油井结蜡故障智能诊断与电热除蜡技术的研究

发布时间：2017-10-10 14:20

  本文关键词：油井结蜡故障智能诊断与电热除蜡技术的研究

  更多相关文章： 油井结蜡故障 示功图 数学形态学 支持向量机 电热除蜡

【摘要】：石油是当今世界主要的能源产品,石油在世界各国中所占的能源消耗比都非常高,因此石油开采对于每个国家来说都是非常的重要。在石油开采中,基本上所有的产油国都会遇到抽油设备和输油设备的结蜡问题。当抽油设备发生结蜡故障时,抽油机载荷增加,有可能造成抽油井卡蜡等事故从而影响正常安全生产作业;当结蜡故障发生在输油设备时,输油管道上附着的蜡会降低油液的流动速度,缩小管道的直径,甚至造成蜡堵。结蜡故障将会影响油井的采油效率和经济效益,如何准确、迅速的诊断出抽油系统的结蜡故障成为石油领域的重要研究方向,针对油井结蜡问题,本文主要从油井载荷信号参数的提取和显示、抽油井数学模型的建立、结蜡故障诊断方法的研究和电热除蜡技术的应用这四部分进行全面探索,本文的主要研究成果和结论如下:(1)示功图作为判断油井生产状态的重要依据,也是诊断故障重要的技术资料,其参数的测量和绘制将直接影响故障诊断的准确率。本文首先介绍了抽油系统工作的基本原理和示功图的相关概念,并选择CSF-3GB型载荷传感器对抽油井的载荷参数进行测量、显示,其中包括对传感器信号的转换、稳压电路和A/D转换器以及最终的数据处理显示系统的设计。(2)在完成示功图载荷参数的提取后,接着进行有杆抽油系统数学模型的建立。根据抽油系统机械物理关系得到边界条件、初始条件和连续性条件,利用傅里叶变换方法实现对Gibbs波动方程的求解,最终将地面载荷函数和位移函数转换为井下泵的载荷函数和位移函数。(3)抽油系统故障诊断方法主要是通过分析示功图进行,结蜡故障诊断也是通过分析结蜡故障示功图的特征参数来完成的。在从辽河油田采油现场实测的36幅不同工况的示功图,首先利用数学形态学理论对实测示功图进行预处理,去除无用信息,使示功图保留用于故障诊断的形状特征;接着以七阶矩作为示功图的特征参数,完成对结蜡故障诊断数据库的建立;最后利用支持向量机理论完成对结蜡故障的实验仿真。仿真结果表明支持向量机能够准确有效地识别结蜡故障,实现油井结蜡智能诊断。(4)当抽油井发生结蜡故障后,需要进行除蜡操作。本文首先对当前主流清除蜡方法进行比较并分析电热除蜡的技术优势,设计的电热除蜡系统主要由中频电源和加热电缆这两部分组成。其中中频电源使用交直交整流逆变电路输出单相交流电并通过变压器调压,通过逆变电路中IGBT的控制对单相交流电的频率进行改变。加热电缆使用碳纤维材料作为发热主体,在分析温升实验数据,加热电缆加热效果明显,加热温度满足除蜡需要。
【关键词】：油井结蜡故障 示功图 数学形态学 支持向量机 电热除蜡
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE358.2
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 课题的背景及意义11-12
• 1.1.1 课题的背景11
• 1.1.2 课题的意义11-12
• 1.2 国内外发展现状和趋势12-15
• 1.2.1 油井结蜡故障诊断的研究现状12-14
• 1.2.2 油井除蜡的研究现状14-15
• 1.3 课题研究内容15-16
• 第2章 有杆抽油系统示功图与参数提取16-26
• 2.1 有杆抽油系统的组成及工作原理16-17
• 2.2 示功图的分析17-19
• 2.2.1 示功图的概念17
• 2.2.2. 理论示功图17-19
• 2.3 油井载荷信号的采集和显示19-25
• 2.3.1 载荷传感器19-20
• 2.3.2 信号采集电路20-22
• 2.3.3 显示电路22-24
• 2.3.4 仿真与实验结果24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第3章 有杆抽油系统模型的建立与求解26-35
• 3.1 一级杆情况下泵功图的推导26-31
• 3.1.1 波动方程求解26-27
• 3.1.2 悬点位移和载荷方程的求解27-28
• 3.1.3 粘滞阻力系数求解28-29
• 3.1.4 特殊函数和系数求解29-31
• 3.2 多级杆情况下傅里叶系数的求解31-33
• 3.2.1 傅里叶系数的求解31-32
• 3.2.2 多级杆情况下泵的位移和载荷函数32-33
• 3.3 计算流程33-34
• 3.4 本章小结34-35
• 第4章 油井结蜡故障智能诊断35-57
• 4.1 泵功图的预处理35-41
• 4.1.1 数学形态法35-36
• 4.1.2 示功图预处理36-40
• 4.1.3 泵功图的特征参数提取40-41
• 4.2 支持向量机的概念41-48
• 4.2.1 线性支持向量机42-44
• 4.2.2 非线性支持向量机44-47
• 4.2.3 核函数47
• 4.2.4 多分类支持向量机47-48
• 4.3 结蜡诊断模型建立及参数选择48-53
• 4.3.1 仿真软件Lib SVM工具箱介绍48-49
• 4.3.2 工具箱主要函数介绍49-50
• 4.3.3 泵功图数据库和相关特征参数数据50-51
• 4.3.4 惩罚因子C和核函数参数g的选择51-53
• 4.4 结蜡诊断模型实验及结果分析53-56
• 4.4.1 结蜡诊断实验53-56
• 4.4.2 结蜡诊断实验结果分析56
• 4.5 本章小结56-57
• 第5章 电热除蜡系统原理及设计57-65
• 5.1 当前除蜡方法的比较57-58
• 5.2 电热除蜡系统设计58-60
• 5.2.1 电热除蜡系统原理58-59
• 5.2.2 电热除蜡中频电源设计59-60
• 5.2.3 电热除蜡加热电缆60
• 5.3 实验平台实物介绍60-62
• 5.4 温升实验结果及分析62-64
• 5.5 本章小结64-65
• 第6章 结论与展望65-67
• 参考文献67-70
• 在学研究成果70-71
• 致谢71

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本文编号：1006840