潛油往復(fù)抽油機(jī)動(dòng)液面預(yù)測(cè)及沖次優(yōu)化的研究.pdf

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

2、上給出了動(dòng)液面的預(yù)測(cè)方法,并進(jìn)一步研究能夠提高石油產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的潛油往復(fù)抽油機(jī)沖次優(yōu)化方法。最后,針對(duì)潛油往復(fù)抽油機(jī)故障率偏高,平均檢泵周期短的問(wèn)題,提出了一種潛油往復(fù)抽油機(jī)工況診斷方法。
　　動(dòng)液面時(shí)間序列預(yù)測(cè)需要從動(dòng)液面的歷史數(shù)據(jù)以及相關(guān)因素中找到其變化規(guī)律。為此,首先要對(duì)動(dòng)液面時(shí)間序列的特性進(jìn)行分析。本文采用Hurst指數(shù)對(duì)動(dòng)液面序列的非線性特性進(jìn)行分析,進(jìn)一步采用飽和關(guān)聯(lián)維數(shù)法和最大Lyapunov指數(shù)法分析其混沌特性,

3、并用最大 Lyapunov指數(shù)計(jì)算序列的最大可預(yù)測(cè)時(shí)間。
　　針對(duì)動(dòng)液面序列具有非線性和混沌性的特點(diǎn),采用了基于支持向量回歸(Support Vector Regression, SVR)的非線性預(yù)測(cè)方法,對(duì)動(dòng)液面時(shí)間序列進(jìn)行相空間重構(gòu),并連同潛油往復(fù)抽油機(jī)的沖次信息,作為SVR預(yù)測(cè)模型的輸入,對(duì)動(dòng)液面進(jìn)行預(yù)測(cè)。此外,還研究了基于最大Lyapunov指數(shù)和Volterra自適應(yīng)濾波的動(dòng)液面預(yù)測(cè)方法。將幾種預(yù)測(cè)方法進(jìn)行比較,考察它們

4、的預(yù)測(cè)精度。
　　動(dòng)液面時(shí)間序列預(yù)測(cè)的研究為潛油往復(fù)抽油機(jī)的沖次優(yōu)化提供了依據(jù),在此基礎(chǔ)上建立沖次優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)的不同,分別建立產(chǎn)油量最多目標(biāo)函數(shù)和經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)。研究抽油機(jī)沖次優(yōu)化過(guò)程中的約束條件,其中包括動(dòng)液面預(yù)測(cè)的約束,以及避免潛油直線電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間大載荷運(yùn)行而發(fā)生故障的約束。針對(duì)該模型,設(shè)計(jì)了一種類動(dòng)態(tài)規(guī)劃的沖次優(yōu)化算法,并采用時(shí)間子區(qū)間以及動(dòng)液面-沖次子區(qū)間匹配的方法,對(duì)計(jì)算量過(guò)大的問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn),最后用此方

5、法得到算例的沖次最優(yōu)計(jì)算結(jié)果。對(duì)比優(yōu)化前后算例中的產(chǎn)油量和經(jīng)濟(jì)性,證明了沖次優(yōu)化方法能夠在提高生產(chǎn)效率方面所起到非常顯著的作用。
　　決定潛油往復(fù)抽油機(jī)能否在石油生產(chǎn)領(lǐng)域中發(fā)揮更大作用的關(guān)鍵,除了研究能夠提高其生產(chǎn)效率的方法,還需要這種抽油機(jī)具有較長(zhǎng)的平均檢泵周期,能夠穩(wěn)定、可靠地連續(xù)運(yùn)行。為此,本文提出了一種潛油往復(fù)抽油機(jī)工況診斷方法,借鑒游梁式抽油機(jī)利用地面示功圖進(jìn)行工況診斷的原理,結(jié)合潛油往復(fù)抽油機(jī)自身的結(jié)構(gòu)及運(yùn)行特點(diǎn),分析

6、各工況下潛油直線電機(jī)載荷變化的特征,從其運(yùn)行參數(shù)中提取工況診斷的特征量,利用單值支持向量機(jī)分類器和Bayes決策法則構(gòu)成的診斷模型對(duì)常見(jiàn)非正常工況進(jìn)行診斷。潛油往復(fù)抽油機(jī)工況診斷方法為其對(duì)故障征兆的“及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)處理”提供了理論和技術(shù)支持,保證了這種新型抽油機(jī)能夠穩(wěn)定、連續(xù)地運(yùn)行。
　　本文針對(duì)潛油往復(fù)抽油機(jī)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(jī)具有更加成熟的理論和技術(shù)支持,為其大范圍的應(yīng)用