抽油机SRM电流去噪算法研究与应用
发布时间：2021-01-25 10:57
我国大多数陆上油田已经处于开采中后期阶段,油井产液量波动范围大,进而导致抽油机频繁出现“空抽”或“不满抽”的现象,油井抽油效率低,电能浪费严重。为此,本文针对抽油机电机电流信号中噪声过多造成抽油量误判导致能源浪费的问题,从电机自身以及传输电路出发,利用抽油机开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor,SRM）电流与抽油量的关系特性,研究了开关磁阻电机电流去噪算法,使得电机处于最佳转速的工作状态,达到节能抽油的目的。首先,本文分析开关磁阻电机抽油机结构与工作原理,找出造成开关磁阻电机电流信号干扰的原因;其次,综合硬阈值函数和软阈值函数去噪过程结果不连续、误差较大等问题,提出了SRM电流去噪算法新的阈值函数,使得电流去噪算法处理的电流信号更连续、更接近真实电流信号;接着,对抽油机各部件进行受力分析,得到抽油量与抽油机开关磁阻电机电流去噪之间的关系,以此控制电机工作的最佳转速;最后,结合抽油量与电流关系将改进的去噪算法移植到STM32开发板上,并搭建实验平台进行了模拟测试。实验结果表明,本文研究的抽油机SRM电流去噪算法能够有效地去除电流信号噪声,通过抽油量与开关磁阻电...
【文章来源】： 李金武 西安石油大学
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
抽油井示意图
第二章抽油机工作原理及信号干扰分析7第二章抽油机工作原理及信号干扰分析2.1抽油机结构与工作原理2.1.1抽油机组成结构游梁式抽油机目前在油田使用最为广泛，如图2-1所示，由游梁式抽油机、抽油泵、抽油杆柱三部分构成游梁式采油系统[22]。图2-1抽油井示意图如图2-2所示，游梁式抽油机位于地上部分，包括电动机、曲柄、减速箱及辅助设备等装置。抽油机作业一个周期分为上、下两个冲程，作用在驴头悬点上的负载始终在变化。上冲程，驴头往上运动带动抽油杆和液柱上升，这时电动机处于电动运行状态，提供能量来拉动驴头上升[24]。下冲程，驴头被液柱和抽油杆往下拉动，反过来对电动机做功，此时电动机转换为发电状态。在这种工作条件下，如果不配备平衡装置，抽油机上、下冲程所承受的负载极其不均衡，这将对抽油机的电动机、四连杆机构和减速箱的使用寿命和效率造成严重的影响，使抽油杆长期处于恶劣的工作条件下，断裂的几率将会大大增加。图2-2游梁式抽油机结构示意图
油机一般会在曲柄或游梁尾部上加上相当重量的平衡块。加上平衡块后，在下冲程时，抽油杆柱拉动驴头下降，驴头和杆柱及液柱的重力作用将平衡块从低位置抬升至高位置，使得平衡块重力势能增加[25]。除了凭借杆柱等的重力势能还需电动机提供部分电能来辅助将平衡块提升。在上冲程时，平衡块由高处下落释放重力势能，帮助电动机提升驴头来拉动抽油杆和液柱，从而降低电动机做功来降低电动机的压力减少电能消耗[26]。油田现在使用的大部分游梁式抽油机都配有平衡装置，对电动机提供电能的需求减少，且处于发电状态的时间减少。如图2-3所示，抽油泵主要由泵筒、柱塞、固定阀和游动阀组成，悬挂在油管柱的底部。抽油杆的作用则是连接地上抽油机和地下抽油泵，在泵体内部抽油杆在驴头的拉动下带动柱塞做上下往复运动，从而完成将原油从油井抽取到地上的工作。抽油泵工作环境恶劣，常常要深入到地下几百米去进行抽油，且所抽取的液体中不仅有原油，还包含气体，水分及腊、砂等物质[27]，为尽可能提高抽油质量，对抽油泵的设计和材料有很高的要求。图2-3抽油泵结构图2.1.2抽油机工作原理抽油机进行作业时，电动机开始工作，电动机通过皮带连接着减速箱，带动减速箱转轮转动，减速箱则带动曲柄做圆周运动，曲柄通过连杆连接着游梁，使游梁开始上下摆动，这样一来，在游梁另一端的驴头由于杠杆作用也上下摆动[29]。曲柄顺时针方向转动，科学设计的曲柄每分钟转动的圈数与抽油机的冲次数相同。位于曲柄上的额孔眼用来调节冲程，皮带轮的大小则可以决定冲次数，使用不同大小皮带轮来调节冲次数[30]。抽油泵主要由泵筒、柱塞、固定阀和游动阀四部分组成。泵筒即缸套，内装有柱塞，游动阀安装在柱塞内部[31]。柱塞与泵筒形成密闭空间，用于从泵筒内排出液体。泵用?
【参考文献】：
期刊论文
[1]抽油机电机节能方式及其节能测试方法分析[J]. 张梦华. 中国石油和化工标准与质量. 2019(17)
[2]JMP超高效率消防泵专用三相异步电动机的研发[J]. 贺胜强,史尊涛,范磊,杨华. 电机与控制应用. 2018(10)
[3]基于短时傅里叶变换的汽车零部件耐久性载荷信号编辑方法[J]. 朱茂桃,吴新佳,郑国峰,李利平,韩鹏飞,上官文斌. 机械工程学报. 2019(04)
[4]游梁式抽油机冲次软测量方法研究[J]. 赵怀军,常文婷,张燕,朱凌建. 仪器仪表学报. 2017(12)
[5]用于游梁式抽油机电动机系统能耗分析的实用模型[J]. 王义龙,赵海森,詹阳,许国瑞,崔学深,刘晓芳. 中国电机工程学报. 2017(13)
[6]基于典型位置电感的开关磁阻电机无位置传感器控制策略[J]. 李孟秋,陈欣,任修勇,李佑群. 中国电机工程学报. 2017(13)
[7]基于OS-ELM的游梁式抽油机系统电动机负载扭矩的在线混合建模[J]. 李琨,韩莹,李申明,王通. 化工学报. 2017(06)
[8]小波基在低压电力线信道有色背景噪声建模中的应用研究[J]. 索超男,张慧,赵雄文. 电力系统保护与控制. 2017(04)
[9]基于短时傅里叶变换及其谱峭度的电能质量混合扰动分类[J]. 黄建明,瞿合祚,李晓明. 电网技术. 2016(10)
[10]电机系统节能在游梁式抽油机上的使用[J]. 黄先锋,宿伯萍. 电机与控制应用. 2016(08)
博士论文
[1]基于多小波变换的矿用齿轮箱故障诊断研究[D]. 华伟.中国矿业大学(北京) 2017
[2]像素级多源图像融合方法研究[D]. 刘羽.中国科学技术大学 2016
[3]分布式绕组开关磁阻电机的研究[D]. 马庆庆.北京交通大学 2014
[4]游梁抽油机正扭矩调制方法及关键技术[D]. 徐金超.中国石油大学(华东) 2014
硕士论文
[1]单绕组复合转子无轴承开关磁阻电机控制方法研究[D]. 陈昊.南京邮电大学 2019
[2]开关磁阻电机电流采样技术及其寄生参数的研究[D]. 赵燕喃.南京航空航天大学 2018
[3]基于油田油藏特征的抽油机选型方法研究[D]. 门连秀.中国石油大学(华东) 2017
[4]抽油机节能方法研究[D]. 李昊.西南石油大学 2016
[5]游梁式抽油机节能控制研究[D]. 包振水.西南石油大学 2016
[6]基于模糊控制的开关磁阻电机转矩脉动抑制方法研究[D]. 陈建龙.湖南大学 2016
[7]基于改进小波阈值去噪的无模型自适应控制抗噪方法[D]. 郑璟瑜.北京交通大学 2016
[8]游梁式抽油机自适应平衡装置及控制系统设计[D]. 朱砂.东北石油大学 2016
[9]节能抽油机控制器的研制[D]. 王晗靖.黑龙江大学 2016
[10]有杆抽油系统效率和平衡分析研究[D]. 金钟辉.西安石油大学 2015
本文编号：2999111
【文章来源】： 李金武 西安石油大学
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
抽油井示意图
第二章抽油机工作原理及信号干扰分析7第二章抽油机工作原理及信号干扰分析2.1抽油机结构与工作原理2.1.1抽油机组成结构游梁式抽油机目前在油田使用最为广泛，如图2-1所示，由游梁式抽油机、抽油泵、抽油杆柱三部分构成游梁式采油系统[22]。图2-1抽油井示意图如图2-2所示，游梁式抽油机位于地上部分，包括电动机、曲柄、减速箱及辅助设备等装置。抽油机作业一个周期分为上、下两个冲程，作用在驴头悬点上的负载始终在变化。上冲程，驴头往上运动带动抽油杆和液柱上升，这时电动机处于电动运行状态，提供能量来拉动驴头上升[24]。下冲程，驴头被液柱和抽油杆往下拉动，反过来对电动机做功，此时电动机转换为发电状态。在这种工作条件下，如果不配备平衡装置，抽油机上、下冲程所承受的负载极其不均衡，这将对抽油机的电动机、四连杆机构和减速箱的使用寿命和效率造成严重的影响，使抽油杆长期处于恶劣的工作条件下，断裂的几率将会大大增加。图2-2游梁式抽油机结构示意图
油机一般会在曲柄或游梁尾部上加上相当重量的平衡块。加上平衡块后，在下冲程时，抽油杆柱拉动驴头下降，驴头和杆柱及液柱的重力作用将平衡块从低位置抬升至高位置，使得平衡块重力势能增加[25]。除了凭借杆柱等的重力势能还需电动机提供部分电能来辅助将平衡块提升。在上冲程时，平衡块由高处下落释放重力势能，帮助电动机提升驴头来拉动抽油杆和液柱，从而降低电动机做功来降低电动机的压力减少电能消耗[26]。油田现在使用的大部分游梁式抽油机都配有平衡装置，对电动机提供电能的需求减少，且处于发电状态的时间减少。如图2-3所示，抽油泵主要由泵筒、柱塞、固定阀和游动阀组成，悬挂在油管柱的底部。抽油杆的作用则是连接地上抽油机和地下抽油泵，在泵体内部抽油杆在驴头的拉动下带动柱塞做上下往复运动，从而完成将原油从油井抽取到地上的工作。抽油泵工作环境恶劣，常常要深入到地下几百米去进行抽油，且所抽取的液体中不仅有原油，还包含气体，水分及腊、砂等物质[27]，为尽可能提高抽油质量，对抽油泵的设计和材料有很高的要求。图2-3抽油泵结构图2.1.2抽油机工作原理抽油机进行作业时，电动机开始工作，电动机通过皮带连接着减速箱，带动减速箱转轮转动，减速箱则带动曲柄做圆周运动，曲柄通过连杆连接着游梁，使游梁开始上下摆动，这样一来，在游梁另一端的驴头由于杠杆作用也上下摆动[29]。曲柄顺时针方向转动，科学设计的曲柄每分钟转动的圈数与抽油机的冲次数相同。位于曲柄上的额孔眼用来调节冲程，皮带轮的大小则可以决定冲次数，使用不同大小皮带轮来调节冲次数[30]。抽油泵主要由泵筒、柱塞、固定阀和游动阀四部分组成。泵筒即缸套，内装有柱塞，游动阀安装在柱塞内部[31]。柱塞与泵筒形成密闭空间，用于从泵筒内排出液体。泵用?
【参考文献】：
期刊论文
[1]抽油机电机节能方式及其节能测试方法分析[J]. 张梦华. 中国石油和化工标准与质量. 2019(17)
[2]JMP超高效率消防泵专用三相异步电动机的研发[J]. 贺胜强,史尊涛,范磊,杨华. 电机与控制应用. 2018(10)
[3]基于短时傅里叶变换的汽车零部件耐久性载荷信号编辑方法[J]. 朱茂桃,吴新佳,郑国峰,李利平,韩鹏飞,上官文斌. 机械工程学报. 2019(04)
[4]游梁式抽油机冲次软测量方法研究[J]. 赵怀军,常文婷,张燕,朱凌建. 仪器仪表学报. 2017(12)
[5]用于游梁式抽油机电动机系统能耗分析的实用模型[J]. 王义龙,赵海森,詹阳,许国瑞,崔学深,刘晓芳. 中国电机工程学报. 2017(13)
[6]基于典型位置电感的开关磁阻电机无位置传感器控制策略[J]. 李孟秋,陈欣,任修勇,李佑群. 中国电机工程学报. 2017(13)
[7]基于OS-ELM的游梁式抽油机系统电动机负载扭矩的在线混合建模[J]. 李琨,韩莹,李申明,王通. 化工学报. 2017(06)
[8]小波基在低压电力线信道有色背景噪声建模中的应用研究[J]. 索超男,张慧,赵雄文. 电力系统保护与控制. 2017(04)
[9]基于短时傅里叶变换及其谱峭度的电能质量混合扰动分类[J]. 黄建明,瞿合祚,李晓明. 电网技术. 2016(10)
[10]电机系统节能在游梁式抽油机上的使用[J]. 黄先锋,宿伯萍. 电机与控制应用. 2016(08)
博士论文
[1]基于多小波变换的矿用齿轮箱故障诊断研究[D]. 华伟.中国矿业大学(北京) 2017
[2]像素级多源图像融合方法研究[D]. 刘羽.中国科学技术大学 2016
[3]分布式绕组开关磁阻电机的研究[D]. 马庆庆.北京交通大学 2014
[4]游梁抽油机正扭矩调制方法及关键技术[D]. 徐金超.中国石油大学(华东) 2014
硕士论文
[1]单绕组复合转子无轴承开关磁阻电机控制方法研究[D]. 陈昊.南京邮电大学 2019
[2]开关磁阻电机电流采样技术及其寄生参数的研究[D]. 赵燕喃.南京航空航天大学 2018
[3]基于油田油藏特征的抽油机选型方法研究[D]. 门连秀.中国石油大学(华东) 2017
[4]抽油机节能方法研究[D]. 李昊.西南石油大学 2016
[5]游梁式抽油机节能控制研究[D]. 包振水.西南石油大学 2016
[6]基于模糊控制的开关磁阻电机转矩脉动抑制方法研究[D]. 陈建龙.湖南大学 2016
[7]基于改进小波阈值去噪的无模型自适应控制抗噪方法[D]. 郑璟瑜.北京交通大学 2016
[8]游梁式抽油机自适应平衡装置及控制系统设计[D]. 朱砂.东北石油大学 2016
[9]节能抽油机控制器的研制[D]. 王晗靖.黑龙江大学 2016
[10]有杆抽油系统效率和平衡分析研究[D]. 金钟辉.西安石油大学 2015
本文编号：2999111
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