丛式井液压排采系统协调控制建模及控制算法研究.pdfVIP

长江大学学报 (自科版) 2013年 3月号理工上旬刊第lo卷 第7期 JournalofYangtzeUniversity(NatSciEdit) Mar．2013，Vo1．10No．7 丛式井液压排采系统协调控制建模及控制算法研究 徐 盛 ，翁惠辉 (长江大学电子信息学院，湖北荆州434023) 习近路 (北京迪威尔石油天然气技术开发有限公司，北京100085) [摘要] 阐述 了丛式井液压排呆系统的工艺原理 ．分析 了系统协调控制原理 ，构建 了液压排采系统协调控 制模型，提 出了 “可变优先级”驱动的协调控制方法及具体控制算法。为验证控制模型的正确性及控制 算法 的有效性 ，开发 了仿真试验平 台，试验平 台可 同时模拟 5口丛式井液压排采系统 的工艺流程 ，井下 泵 的运行过程及驱动控制过程与控制效果 。仿真控制试验过程 中能实时显示井下泵 的运行状态、实际泵 冲次、上下冲程时间、等待时间、模拟产量、控制优先级状态、控制 阀状态、控制效率等主要工艺参数 与控制参数 。仿真控制试验结果表 明，研究的控制算法具有 良好 的控制效果，能在地面站 电机功率最小 的前提下，确保每 口井的配产要求。 [关键词]液压排采系统；系统模型；可变优先级；协调控制 [中图分类号]TE21 [文献标志码]A [文章编号]1673—1409 (2013)07—0058—04 丛式井液压排采系统是把水基动力无杆抽油装置用于丛式井抽油作业中。目前水基动力无杆抽油装置 在实际应用 中是基于 “一站一井”来实现的。由于其特殊结构 ，系统的电机和泵是持续工作的，但电机只 在井下抽油泵上冲程时做有用功 ，在井下抽油泵下冲程 (靠 自身重力向下运行)做无用功，这样还是会浪 费部分能效… 。所以希望能实现 “一站多井”液压排采系统的协调控制，从而最大限度地提高能效。 1 丛式井液压排采系统工艺原理 “ 一 站 多井 ”液压 排 采 系统 主要 由地面液压站系统 、井下泵 系统 2大部分构成 ，地面动力 由 一 台地面动力站提供 ，可带动 5 口井 (以5口井为例)T作 ，各 井均有 自己的井 下泵 执行机构 ， 完成采水及排水 (见图 1)。 地面液压站系统作用是驱动 井下液力抽油泵液动机构运动， 实现抽油过程 ，主要 由增压泵、 换 向 阀、电磁 阀、水 箱 、齿 轮 泵 1 泵 、液压油箱 、减压阀等部分组 图 1 丛式井液 压排 采系统工艺原理图 成。当电磁 阀开时 ，换 向阀在液 压油的推动作用下处于开状态 ，水箱中的水就经过增压泵进入到井下泵 中的动力管线 ，驱动动力缸上 行 ，带动抽油泵柱塞上行 ，抽油泵排 出产液 ；电磁阀断时，换 向阀也随之关闭，在配重杆 的作用下，动 力缸下行，动力液经动力管线回流至地面系统 ，同时，带动抽油泵柱塞下行 。 2 系统协调控制原理 系统采用的协调控制原理是 ：错开各井 的运行状态 ，在一段时间内部分井工作于上冲程，另一部分 [收稿 日期]2ol2一l2—23 [作者简介]徐盛 (1987一)，男，硕士生，现主要从事仪器仪表智能化方面的研究工作 。 第 1O卷 第 7期 徐盛等 ：丛式井液压排采系统协调控制建模及控制算法研究 井工作于下冲程 ，这样可以选择功率较小的电机 ，提高系统的效率 。以 “一站五井”系统为例 ，如果能 保证在同一时刻 3口井是上冲程 ，2口井是下冲程 ，那么只需选择能够满足 3口井功率的电机 ，就能满 足系统的正常运行 。但是在实际生产 中5口井 的冲次不同，可能会 出现 3口以上的井 同时是上冲程的情 况 ，因此系统需要控制各井的运行状态 ，避免以上的情况出现 。 3 液压排采系统模型的构建 液压排采系统控制模型如 图2所示 。该模型主要依据单井配产、泵排量、单井实际产量等工艺参 数 ，实时计算配产所需冲次、冲次误差 ，然后仿真试验平 台以此为依据来确定每 口井的驱动控制优先 级 ，结合每 口井实时运行状态确定地面驱动控制换 向阀的状态 ，实现产液量的最优控制