潛油電機溫度場數(shù)值模擬與溫度辨識技術(shù)研究.pdf

1、潛油電泵機組現(xiàn)廣泛應(yīng)用于我國大型油氣田的開采工程中,復雜惡劣的地下工況要求潛油電機必須具備足夠的耐高溫環(huán)境能力,以保證機械采油設(shè)備及系統(tǒng)的可靠性;同時精確、先進的深井下電機溫升軟測量技術(shù)、遠程監(jiān)控技術(shù)亦是提高潛油電泵機組的壽命和工作可靠性的根本保證。
　　以往人們對潛油電機的溫升特性分析并沒有形成系統(tǒng)的方法,本文以我國各大油田開采后期普遍存在的高溫高壓負面效應(yīng)為背景,在解決油田潛油電泵機組能耗高、高溫過壓故障不確定性及現(xiàn)場監(jiān)測不便

2、性等工程問題基礎(chǔ)上,綜合考慮了油井井筒及油田工況特征,建立了潛油電機溫升特性的分析理論及有限元仿真分析方法。同時根據(jù)某型號潛油電機溫度辨識系統(tǒng)平臺,形成了高精度溫度辨識的關(guān)鍵技術(shù),并深入研究了特定溫度辨識條件下的電機轉(zhuǎn)矩混沌振蕩發(fā)生機理與影響因素。
　　首先,根據(jù)熱交換理論建立了油井井筒內(nèi)流體與潛油電機間的熱量傳遞數(shù)學模型,進而聯(lián)合流體力學理論分別確立了油井井筒內(nèi)的溫度場,井軸處溫度場、地層內(nèi)產(chǎn)層和圍巖處溫度場的控制方程及其相應(yīng)的

3、初始條件和邊界條件。考慮到油水兩相流動特征,并給出了滲流速度與壓力間的對應(yīng)關(guān)系。實例分析表明,依據(jù)所提算法可實現(xiàn)油井溫度場的高精度數(shù)學反演。
　　其次,為解決鎧裝電纜參數(shù)攝動及長線傳輸對潛油電機溫度辨識的影響,研究了潛油電泵機組的熱力學建模方法?；谌S溫度場有限元分析理論與潛油電機深井工況特性,依次建立了油井井下的傳熱井筒、油井井軸、產(chǎn)層和圍巖的有限差分方程和邊界條件,結(jié)合潛油電機實體幾何模型,建立了其三維有限元模型,并完成了三

4、維溫度場仿真計算,計算結(jié)果與實測結(jié)果表明了方法正確性與有效性。
　　另外,為開發(fā)高精度潛油電機溫度在線辨識關(guān)鍵技術(shù),基于最小二乘法理論及靈敏度分析理論,提出了以轉(zhuǎn)子槽諧波頻率計算轉(zhuǎn)速,并由潛油電機狀態(tài)方程確定轉(zhuǎn)子電阻,最終辨識轉(zhuǎn)子溫升的理論方法?；赥MP-A溫度巡檢儀檢測某型號潛油電機溫度辨識平臺,將快速Fourier變換、MALLAT小波快速算法和HHT信號分析理論相結(jié)合進行了軟件濾波算法研究。試驗結(jié)果表明,該改進算法對轉(zhuǎn)子溫

5、升參數(shù)的辨識精度高。
　　最后,為有效延長潛油電機的壽命與檢測周期,降低傳統(tǒng)直流注入法在潛油電機溫度辨識中的負面效應(yīng)影響,本文提出了應(yīng)用直流注入瞬間采樣數(shù)據(jù)進行長時段內(nèi)溫度辨識監(jiān)測方案。通過電壓、電流波形和直流偏移量的計算估計定子電阻,進而得到電機定子溫度。試驗研究了潛油電機混沌振蕩電流現(xiàn)象及相關(guān)影響因素,由此詳細分析了混沌振蕩電流與電機定轉(zhuǎn)子極限溫升間定量關(guān)系。
　　本研究可為潛油電機的耐高溫環(huán)境防護設(shè)計和可靠性設(shè)計提供理