潛油往復抽油機動液面預測及沖次優(yōu)化的研究.pdf

1、石油是當前世界最重要的自然資源之一,如何高效地開采石油,一直是科學技術人員研究的焦點。與傳統(tǒng)的游梁式抽油機相比,潛油往復抽油機作為一種新型石油舉升機械具有可控性強、運行效率高等諸多優(yōu)勢。更加高效、可靠地應用這種新型抽油機,發(fā)揮更大的潛力,使其能夠更加廣泛地應用到油田的生產中去,并全面提高石油開采效率,具有極為重要的意義。為此,本文首先研究潛油往復抽油機油井動液面(Producing Fluid Level, PFL)的變化規(guī)律,在此基礎

2、上給出了動液面的預測方法,并進一步研究能夠提高石油產量和經濟效益的潛油往復抽油機沖次優(yōu)化方法。最后,針對潛油往復抽油機故障率偏高,平均檢泵周期短的問題,提出了一種潛油往復抽油機工況診斷方法。
　　動液面時間序列預測需要從動液面的歷史數據以及相關因素中找到其變化規(guī)律。為此,首先要對動液面時間序列的特性進行分析。本文采用Hurst指數對動液面序列的非線性特性進行分析,進一步采用飽和關聯維數法和最大Lyapunov指數法分析其混沌特性,

3、并用最大 Lyapunov指數計算序列的最大可預測時間。
　　針對動液面序列具有非線性和混沌性的特點,采用了基于支持向量回歸(Support Vector Regression, SVR)的非線性預測方法,對動液面時間序列進行相空間重構,并連同潛油往復抽油機的沖次信息,作為SVR預測模型的輸入,對動液面進行預測。此外,還研究了基于最大Lyapunov指數和Volterra自適應濾波的動液面預測方法。將幾種預測方法進行比較,考察它們

4、的預測精度。
　　動液面時間序列預測的研究為潛油往復抽油機的沖次優(yōu)化提供了依據,在此基礎上建立沖次優(yōu)化的數學模型。根據優(yōu)化目標的不同,分別建立產油量最多目標函數和經濟性最優(yōu)目標函數。研究抽油機沖次優(yōu)化過程中的約束條件,其中包括動液面預測的約束,以及避免潛油直線電機長時間大載荷運行而發(fā)生故障的約束。針對該模型,設計了一種類動態(tài)規(guī)劃的沖次優(yōu)化算法,并采用時間子區(qū)間以及動液面-沖次子區(qū)間匹配的方法,對計算量過大的問題進行改進,最后用此方

5、法得到算例的沖次最優(yōu)計算結果。對比優(yōu)化前后算例中的產油量和經濟性,證明了沖次優(yōu)化方法能夠在提高生產效率方面所起到非常顯著的作用。
　　決定潛油往復抽油機能否在石油生產領域中發(fā)揮更大作用的關鍵,除了研究能夠提高其生產效率的方法,還需要這種抽油機具有較長的平均檢泵周期,能夠穩(wěn)定、可靠地連續(xù)運行。為此,本文提出了一種潛油往復抽油機工況診斷方法,借鑒游梁式抽油機利用地面示功圖進行工況診斷的原理,結合潛油往復抽油機自身的結構及運行特點,分析

6、各工況下潛油直線電機載荷變化的特征,從其運行參數中提取工況診斷的特征量,利用單值支持向量機分類器和Bayes決策法則構成的診斷模型對常見非正常工況進行診斷。潛油往復抽油機工況診斷方法為其對故障征兆的“及時發(fā)現、及時處理”提供了理論和技術支持,保證了這種新型抽油機能夠穩(wěn)定、連續(xù)地運行。
　　本文針對潛油往復抽油機在優(yōu)化控制和工況診斷分析方面所做的研究工作,將使這種極具發(fā)展?jié)摿Φ男滦统橛蜋C具有更加成熟的理論和技術支持,為其大范圍的應用