潛油電機(jī)溫度場(chǎng)數(shù)值模擬與溫度辨識(shí)技術(shù)研究.pdf

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

2、性等工程問(wèn)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(jī)溫升特性的分析理論及有限元仿真分析方法。同時(shí)根據(jù)某型號(hào)潛油電機(jī)溫度辨識(shí)系統(tǒng)平臺(tái),形成了高精度溫度辨識(shí)的關(guān)鍵技術(shù),并深入研究了特定溫度辨識(shí)條件下的電機(jī)轉(zhuǎn)矩混沌振蕩發(fā)生機(jī)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(jī)間的熱量傳遞數(shù)學(xué)模型,進(jìn)而聯(lián)合流體力學(xué)理論分別確立了油井井筒內(nèi)的溫度場(chǎng),井軸處溫度場(chǎng)、地層內(nèi)產(chǎn)層和圍巖處溫度場(chǎng)的控制方程及其相應(yīng)的

3、初始條件和邊界條件?？紤]到油水兩相流動(dòng)特征,并給出了滲流速度與壓力間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。實(shí)例分析表明,依據(jù)所提算法可實(shí)現(xiàn)油井溫度場(chǎng)的高精度數(shù)學(xué)反演。
　　其次,為解決鎧裝電纜參數(shù)攝動(dòng)及長(zhǎng)線(xiàn)傳輸對(duì)潛油電機(jī)溫度辨識(shí)的影響,研究了潛油電泵機(jī)組的熱力學(xué)建模方法?；谌S溫度場(chǎng)有限元分析理論與潛油電機(jī)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(jī)實(shí)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(chǎng)仿真計(jì)算,計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果表明了方法正確性與有效性。
　　另外,為開(kāi)發(fā)高精度潛油電機(jī)溫度在線(xiàn)辨識(shí)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(jì)算轉(zhuǎn)速,并由潛油電機(jī)狀態(tài)方程確定轉(zhuǎn)子電阻,最終辨識(shí)轉(zhuǎn)子溫升的理論方法?；赥MP-A溫度巡檢儀檢測(cè)某型號(hào)潛油電機(jī)溫度辨識(shí)平臺(tái),將快速Fourier變換、MALLAT小波快速算法和HHT信號(hào)分析理論相結(jié)合進(jìn)行了軟件濾波算法研究。試驗(yàn)結(jié)果表明,該改進(jìn)算法對(duì)轉(zhuǎn)子溫

5、升參數(shù)的辨識(shí)精度高。
　　最后,為有效延長(zhǎng)潛油電機(jī)的壽命與檢測(cè)周期,降低傳統(tǒng)直流注入法在潛油電機(jī)溫度辨識(shí)中的負(fù)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(jìn)行長(zhǎng)時(shí)段內(nèi)溫度辨識(shí)監(jiān)測(cè)方案。通過(guò)電壓、電流波形和直流偏移量的計(jì)算估計(jì)定子電阻,進(jìn)而得到電機(jī)定子溫度。試驗(yàn)研究了潛油電機(jī)混沌振蕩電流現(xiàn)象及相關(guān)影響因素,由此詳細(xì)分析了混沌振蕩電流與電機(jī)定轉(zhuǎn)子極限溫升間定量關(guān)系。
　　本研究可為潛油電機(jī)的耐高溫環(huán)境防護(hù)設(shè)計(jì)和可靠性設(shè)計(jì)提供理