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基于虚拟仪器技术的抽油机井工况监测分析系统研究

作　者: 王峰
导　师: 王海文
学　校: 中国石油大学
专　业: 油气田开发工程
关键词: 虚拟仪器抽油机井示功图工况诊断自动监测
分类号: TE933.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

数字化油田的推广建设使抽油机工作状况的远程监测和智能诊断研究成为热门的重要课题。油井监测技术在发展中存在监测功能少,组建投入大,不易更新等特点,成为进一步强化油田管理和提高生产率的瓶颈,为了改善这种状况,本文在游梁式抽油机工作原理和监测系统设计相关研究基础上,提出了基于虚拟仪器技术开发抽油机井工况监测系统的设计方案。本文分析研究了抽油机悬点运动规律,驱动电机工作原理及传感器测量和信号处理等内容,结合虚拟仪器“软件即仪器”核心技术,用最少硬件资源监测抽油机工作参数及获取悬点示功图,降低系统组建投入和因硬件故障导致系统无效的风险。通过研究抽油机平衡原理,建立了电机功率曲线判断及调整抽油机平衡的计算模型;通过抽油杆柱微元力学分析和阻尼系数求解研究,建立了泵示功图求取计算模型;通过功图求产理论研究,建立了泵示功图计量产量计算模型;通过整个监测系统误差分析,建立了误差修正模型;运用虚拟仪器数据处理的优势提高各模型求解速度和精度,满足生产监测实时性并扩展了系统功能。研究模式识别原理和抽油机工况诊断技术,根据多边形近似算法运用傅里叶描述子识别示功图思想,建立了计算机读图算法;建立了针对抽油机六种典型工况的示功图样本库;建立了示功图形状模式识别结合支持向量机方法的抽油机工况智能诊断模型;结合虚拟仪器多任务并行处理和可拓展接口提高诊断速度和精度。根据模块化设计思想采用虚拟仪器开发平台LabVIEW编制了基于虚拟仪器技术的抽油机井工况监测系统软件,能满足抽油机工作状态监测及分析要求且充分体现了虚拟仪器的优越性,具有抽油机工作参数监测准确,数据分析功能全面,实时性好及系统功能更新拓展便捷等优点。用实测油井数据测试软件,结果表明本文提出的基于虚拟仪器技术的抽油机井工况监测系统方案具有可行性,具备一定理论意义和实践价值。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章前言  10-15
  1.1 研究目的和意义  10-11
  1.2 国内外研究及应用现状  11-13
  1.3 主要研究内容  13
  1.4 技术路线  13-15
第2章虚拟仪器抽油机井工况监测系统  15-27
  2.1 虚拟仪器技术适用性分析  15-20
    2.1.1 虚拟仪器核心技术  15-16
    2.1.2 虚拟仪器系统构成  16-17
    2.1.3 虚拟仪器基本功能  17-18
    2.1.4 虚拟仪器开发环境选择  18
    2.1.5 LabVIEW 开发优势  18-19
    2.1.6 LabVIEW 程序构成  19-20
  2.2 虚拟仪器监测系统优越性分析  20-21
  2.3 有杆泵抽油系统工作原理  21-22
  2.4 虚拟仪器工况监测系统构成分析  22-25
    2.4.1 中心监测站  22-23
    2.4.2 数据通信  23-24
    2.4.3 井口远程监测终端  24-25
  2.5 虚拟仪器工况监测系统主要功能和任务  25-27
第3章虚拟仪器工况监测系统误差分析及修正  27-33
  3.1 虚拟仪器工况监测系统误差分析  27-29
    3.1.1 抽油机参数测量环节误差分析  27-29
    3.1.2 数据采集系统环节误差分析  29
    3.1.3 虚拟仪器软件环节误差分析  29
  3.2 虚拟仪器工况监测系统误差模型  29-32
    3.2.1 建立非线性误差数学模型  29-30
    3.2.2 建立温度误差数学模型  30-32
  3.3 虚拟仪器工况监测系统误差修正  32-33
第4章虚拟仪器基于电参数的抽油机工况监测  33-41
  4.1 虚拟仪器获取电参数  33-34
  4.2 虚拟仪器监测抽油机平衡  34-38
    4.2.1 抽油机平衡原理分析  34
    4.2.2 抽油机平衡监测必要性  34-35
    4.2.3 功率曲线判断平衡原理分析  35-36
    4.2.4 功率曲线调整平衡的分析  36-38
    4.2.5 虚拟仪器实现抽油机平衡的监测  38
  4.3 虚拟仪器监测电动机工作状况  38-41
    4.3.1 虚拟仪器监测电动机电流  39
    4.3.2 虚拟仪器监测电动机电压  39-40
    4.3.3 虚拟仪器监测电动机功率因数  40-41
第5章虚拟仪器基于示功图的抽油机工况监测  41-63
  5.1 示功图分析  41-44
    5.1.1 静载荷作用下的理论示功图  41-42
    5.1.2 考虑动载荷后的理论示功图  42-43
    5.1.3 现场实测示功图  43-44
  5.2 虚拟仪器获取悬点示功图  44-52
    5.2.1 抽油机运动学性能分析  44-48
    5.2.2 悬点加速度求悬点位移数学模型  48-50
    5.2.3 悬点加速度数据处理算法分析  50-51
    5.2.4 悬点示功图测取方案  51-52
  5.3 虚拟仪器获取泵示功图  52-59
    5.3.1 抽油杆柱动力学分析  53-55
    5.3.2 抽油杆动力学模型求解  55-56
    5.3.3 阻尼系数的求解  56-58
    5.3.4 泵示功图求解算法  58
    5.3.5 虚拟仪器求取泵示功图  58-59
  5.4 虚拟仪器计量产量  59-63
    5.4.1 泵示功图计算产量模型建立  59-62
    5.4.2 虚拟仪器实现产量计量  62-63
第6章基于虚拟仪器的抽油机工况诊断  63-86
  6.1 支持向量机适用性分析  64
  6.2 支持向量机原理  64-67
  6.3 支持向量分类机的建立  67
  6.4 示功图识别模型建立  67-68
  6.5 示功图曲线特征提取算法分析  68-71
  6.6 示功图曲线快速傅里叶变换分析  71-72
  6.7 归一化傅里叶描述子推导  72-73
  6.8 虚拟仪器实现抽油机工况智能诊断  73-74
  6.9 典型工况示功图样本库建立  74-82
    6.9.1 抽油杆断脱示功图样本集  74-75
    6.9.2 抽油泵漏失示功图样本集  75-77
    6.9.3 柱塞脱出泵筒示功图样本集  77-78
    6.9.4 气体影响示功图样本集  78-79
    6.9.5 供液不足示功图样本集  79-81
    6.9.6 正常工作示功图样本集  81-82
  6.10 实例井工况诊断及结果分析  82-86
第7章监测系统测试仿真与应用分析  86-90
  7.1 上位机监测系统软件的实现  86-87
  7.2 LPTI302 井仿真测试及结果分析  87-90
结论  90-91
参考文献  91-94
攻读硕士学位期间的研究成果  94-95
致谢  95

基于虚拟仪器技术的抽油机井工况监测分析系统研究

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