面向油田节能的智能抽油控制模块研究与实现
发布时间：2021-06-11 23:00
石油工业作为我国经济的支柱产业,对国民经济的发展起着重要的作用。然而,我国大多数油田已进入开采中后期阶段,众多抽油系统处于轻载或空载状态,导致电能浪费严重,抽油效率受到影响。针对油田开采过程中能源浪费的问题,本文以开关磁阻电机为主体,设计了面向油田节能的智能抽油控制模块,实现对抽油系统的自动化、智能化控制,达到提高工作效益、收益最大化的目的。论文从国内外研究现状入手,在油田手动调节开关磁阻电机抽油机的基础上,分析抽油机开关磁阻电机的结构及工作原理,设计实现了自动调节抽油速度的智能抽油控制模块。智能抽油控制模块包含中心处理模块、电流检测模块、转速检测模块、控制调节模块和状态显示模块。状态显示模块借助TFTLCD对整个模块开发过程的流程界面进行展示,主要包括设置界面、测试界面、抽油界面等。智能抽油控制模块依据油井储油状态,综合抽油过程中影响收益的因素,运用抽油机SRM电流去噪算法和融合BP神经网络的抽油节能算法控制电机工作的最佳转速。论文选用12/8极三相开关磁阻电机,利用keil uVision5开发平台作为软件开发工具和STM32F103ZET6最小系统的硬件平台,实现了面向油田节能的...
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
抽油井工作示意图
第二章抽油机结构与抽油模块开发环境11油工作完成，再进行下一个循环的开始[46]。一个冲程内抽油泵完成一个进液和排液的过程，如图2-3所示。图2-3冲程示意图游梁式抽油机是陆地油田长期应用的传统抽油设备[47]。游梁式抽油机的主要特点：（1）整机结构简单、操作维护方便；（2）制造材料耐磨损，抗腐蚀性强，承载能力强；（3）减速器部分特有的设计结构，使得其处于不间断工作，使用寿命长；（4）驴头可采用上翻、上挂或侧转三种形式之一；（5）刹车装置结合保险装置，操作较灵活、安全、稳定、噪声校2.1.3抽油机节能控制策略游梁式抽油机的节能技术可概括为抽油机结构的改进、采用节能驱动设备、使用节能控制器[48]。（1）间抽控制器油井在开采初期阶段井底压力大，原油在管道压力逐步递减的方向移动，开采工作持续一段时间之后，井底压力严重不足，此时需要借助外力的作用，主要是通过油井最大开采力的抽油机促使原油采油的这一过程的进行，但是在进行一段时间的开采工作之后，井底储油需要更长的时间，此时抽油机频繁出现“非满抽”或者“空抽”的现象，处于间歇抽油阶段工作或选择停止抽油机工作状态，以避免浪费现象的发生。处于此阶段，由于石油工业对于节能的需求，停止抽油机的时间控制变的至关重要，因此，间抽控制器应运而生。发展初期主要是通过人工判断出油的量进而手动的调节抽油机开始、停机的时间，存在浪费大量的人力、物力的现象。随着油井地质的微妙变化，抽油机的启停时间不在是固定、单一，因此工作人员对间抽控制器的启停进行手动的调节，人工控制需要付出高昂的代价，加之需要经验的积累，在很多时候工作人员依然无法较准确地确定启停时间，实现间抽采油的最大效率。随后，油田研究人员发现将相关的传感器
第二章抽油机结构与抽油模块开发环境13图2-412/8极三相开关磁阻电机结构意图开关磁阻电机依靠磁阻效应工作，其运行原理遵循“磁阻最小原理”，即磁通量始终沿磁阻最小的路径闭合[52]。在磁场中，某种形状的铁芯主轴线存在移动到与磁场轴重合的位置的趋势。而利用这种趋势，以定子凸极产生磁场，而转子铁芯凸极形成多个均匀分布的主轴线，仅仅通过某种方式控制定子产生磁场，转子就总遵循向磁阻最小的方向移动，从而产生电动势推动电机的持久运行。图2-4中给出了定子12个磁极A1、B1、C1、A2、B2、C2、A3、B3、C3、A4、B4、C4的位置安排，其中4个A磁极（4个B、4个C）在圆周上均匀的分布，其上的绕组相互连接成一相绕组。图中电动机有A、B、C三相绕组，因此又称为三相开关磁阻电动机。因此可知，开关磁阻电动机的几相绕组决定了开关磁阻电动机的名称。开关磁阻电动机调速系统以其独特的优点被广泛应用于塑料机械、矿山机械、油田、机床、造纸机械、风机、空气压缩机、电动车、风力发电领域，尤其是节能方面在各类电机中综合效果最好。开关磁阻电机调速系统的性能特点：（1）开关磁阻电机结构简单、成本低。在SRM的转子上无任何绕组，没有其他的阻碍作用，因此可以用于高速情况下的运行；（2）系统可靠性高。开关磁阻电机的转子与定子之间相互独立，当其中某一相出现问题时，仅需要停止出现故障的，其他的均可处于稳定的工作状态；（3）电路简单可靠。开关磁阻电机调速系统的功率变换器电路中所需要的功率元器件少，最少可以和电机相数相同，电路结构简单[53]；（4）峰值扭矩较高，且持续时间，这是与其他电动机比优势最突出的。2.2.2开关磁阻电机工作原理在磁场中，某种形状的铁芯的主轴线由趋向于移动到与磁场轴重合的位置的趋势。而利用这种趋?
本文编号：3225429
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
抽油井工作示意图
第二章抽油机结构与抽油模块开发环境11油工作完成，再进行下一个循环的开始[46]。一个冲程内抽油泵完成一个进液和排液的过程，如图2-3所示。图2-3冲程示意图游梁式抽油机是陆地油田长期应用的传统抽油设备[47]。游梁式抽油机的主要特点：（1）整机结构简单、操作维护方便；（2）制造材料耐磨损，抗腐蚀性强，承载能力强；（3）减速器部分特有的设计结构，使得其处于不间断工作，使用寿命长；（4）驴头可采用上翻、上挂或侧转三种形式之一；（5）刹车装置结合保险装置，操作较灵活、安全、稳定、噪声校2.1.3抽油机节能控制策略游梁式抽油机的节能技术可概括为抽油机结构的改进、采用节能驱动设备、使用节能控制器[48]。（1）间抽控制器油井在开采初期阶段井底压力大，原油在管道压力逐步递减的方向移动，开采工作持续一段时间之后，井底压力严重不足，此时需要借助外力的作用，主要是通过油井最大开采力的抽油机促使原油采油的这一过程的进行，但是在进行一段时间的开采工作之后，井底储油需要更长的时间，此时抽油机频繁出现“非满抽”或者“空抽”的现象，处于间歇抽油阶段工作或选择停止抽油机工作状态，以避免浪费现象的发生。处于此阶段，由于石油工业对于节能的需求，停止抽油机的时间控制变的至关重要，因此，间抽控制器应运而生。发展初期主要是通过人工判断出油的量进而手动的调节抽油机开始、停机的时间，存在浪费大量的人力、物力的现象。随着油井地质的微妙变化，抽油机的启停时间不在是固定、单一，因此工作人员对间抽控制器的启停进行手动的调节，人工控制需要付出高昂的代价，加之需要经验的积累，在很多时候工作人员依然无法较准确地确定启停时间，实现间抽采油的最大效率。随后，油田研究人员发现将相关的传感器
第二章抽油机结构与抽油模块开发环境13图2-412/8极三相开关磁阻电机结构意图开关磁阻电机依靠磁阻效应工作，其运行原理遵循“磁阻最小原理”，即磁通量始终沿磁阻最小的路径闭合[52]。在磁场中，某种形状的铁芯主轴线存在移动到与磁场轴重合的位置的趋势。而利用这种趋势，以定子凸极产生磁场，而转子铁芯凸极形成多个均匀分布的主轴线，仅仅通过某种方式控制定子产生磁场，转子就总遵循向磁阻最小的方向移动，从而产生电动势推动电机的持久运行。图2-4中给出了定子12个磁极A1、B1、C1、A2、B2、C2、A3、B3、C3、A4、B4、C4的位置安排，其中4个A磁极（4个B、4个C）在圆周上均匀的分布，其上的绕组相互连接成一相绕组。图中电动机有A、B、C三相绕组，因此又称为三相开关磁阻电动机。因此可知，开关磁阻电动机的几相绕组决定了开关磁阻电动机的名称。开关磁阻电动机调速系统以其独特的优点被广泛应用于塑料机械、矿山机械、油田、机床、造纸机械、风机、空气压缩机、电动车、风力发电领域，尤其是节能方面在各类电机中综合效果最好。开关磁阻电机调速系统的性能特点：（1）开关磁阻电机结构简单、成本低。在SRM的转子上无任何绕组，没有其他的阻碍作用，因此可以用于高速情况下的运行；（2）系统可靠性高。开关磁阻电机的转子与定子之间相互独立，当其中某一相出现问题时，仅需要停止出现故障的，其他的均可处于稳定的工作状态；（3）电路简单可靠。开关磁阻电机调速系统的功率变换器电路中所需要的功率元器件少，最少可以和电机相数相同，电路结构简单[53]；（4）峰值扭矩较高，且持续时间，这是与其他电动机比优势最突出的。2.2.2开关磁阻电机工作原理在磁场中，某种形状的铁芯的主轴线由趋向于移动到与磁场轴重合的位置的趋势。而利用这种趋?
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