基于ARM的油田模糊PID变频注水系统研究与设计

发布时间：2020-04-29 11:54

【摘要】：油田注水是保持地层压力、提高原油产量必不可少的措施,是保证原油稳产高产的重要环节。我国油田注水工艺落后,注水平均效率仅为78%,远低于国外发达国家油田注水效率86%的水平,造成巨大的电能浪费。究其原因主要在于我国油田注水系统多采用调节阀通过节流或回流的方式调整注水量,效率低下,同时加剧了电机部件磨损,降低使用寿命。另外,调节阀控制精度低,抗干扰能力差,欠注或过注现象普遍,严重影响原油生产。为提高油田注水整体效率,降低注水能耗,达到节能减排的目的,进行油田注水精细化控制研究具有重要的现实意义。本文在分析当前国内外油田注水控制方法的基础上,结合矢量变频技术,提出一种基于模糊PID控制算法的油田注水优化控制方法,并利用ARM控制器进行系统设计,具体研究内容如下:首先,分析了离心泵和往复注水泵工作原理和负载特性,提出了利用矢量变频技术降低注水电机能耗的设计方案,并完成了注水电机变频控制系统设计与仿真,验证了设计的可行性。其次,结合油田注水实际需求,设计了模糊PID注水控制算法并进行了仿真,通过与传统PID算法的对比分析,说明基于模糊PID的优化注水控制算法在超调量、静差、调节速度等方面具有明显的优越性。再次,根据硬件电路总体结构,完成了注水控制系统的硬件设计,对变频器进行选型,设计了变频器的外围保护、滤波及控制电路。设计了包括232、485通讯电路、存储电路、晶振电路、电源电路、CAN总线电路的ARM控制器,给出了ARM控制器芯片选型和元器件参数选择方法。最后,根据模块化思想,结合注水控制需求,设计并编写了软件程序,包括与电气设备通信的通讯程序、模糊PID算法程序、滤除噪点数据的滤波程序。另外对HITECH控制屏进行设计,使其具备显示实时工况、调节参数及报警功能。测试ARM变频注水系统在油田现场的实际节能效果和注水效果,经过长期测试并对系统进行改进、优化,该系统已经实现了在油田配注间内的应用,实现了智能安全可靠运行,在完成注水任务的同时,达到节能降耗的目的,提高了油田注水安全性和经济性,应用前景可观。
【图文】：

流程图,油田注水,流程图,控制工艺

第二章油田注水控制工艺与系统能耗分析二章油田注水控制工艺与系统能耗分注水能耗大，注水量不匹配的问题，本章对油田行分析，找出注水控制过程存在的问题，并分析水泵调节注水时能耗大的原因，找出有效的节能艺过程模、布局与要求不同，，注水流程稍有差异，但总

系统控制结构,注水泵

图 2.2 系统控制结构图 2.2 所示为某配注间控制结构图，配注间内在注水泵汇管以及各个注力、流量传感器。注水泵上的压力传感器采集注水泵汇管上的压力信注水泵的工作状态，而各个注水井汇管上的压力传感器采集到的压力压力。注水泵汇管的流量传感器采集的是注水泵的出水瞬时流量，反作情况，而注水井汇管上的流量传感器采集的是注入地层的实际流量注水任务完成情况。电动调节阀能够根据指令调节阀门开度，调节流调节阀的调节与控制动调节阀工作原理 2.3 所示，电动调节阀按照功能结构可以分成电动执行机构部分和调执行机构将控制器给定的输出量进行转化成执行器运动的力矩，从而做直线或者旋转运动。调节机构主要是把执行器直线或旋转运动产生门开度的变化量，从而调节流经阀门的流量大小[28]。
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP273;TE357.6

【参考文献】