SURF井下系统运行过程优化控制技术应用研究
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随着 油 田开 采 条件 的不 断 变化 ， 已有 相 当一 部
１ Ｓ Ｕ Ｒ Ｆ井 下 系统 优 化 策 略
Ｓ ｕ ｒ ｆ 井 下 系 统 运 行 过 程 优 化 控 制 技 术 是
一
分 游 梁式 抽 油 机不 再 适 应 长 冲程 、 低 冲 次采 油 工 艺 的要求 ［ ］ 。为 了提 高抽 油井 机械采 油 系统 效 率并 节约 电 能 ， 许 涛等 口 应 用 系统 动 态 参 数
关系， 基 于 目标 函数 和 边 界 条 件 提 出 了 Ｓ ＵＲＦ井 下 系 统 运 行 过 程 优 化 控 制 策 略 。通 过 现 场 实验 表 明 ， 笔
者提 出 的 优化 方法 能满 足 节 能 降 耗 的 要求 。 关键词 ： 游 梁 式 抽 油 机 ；数 学 模 型 ；优 化 控 制
国在 该 技术 领 域 起 步较 早 ， 对 游 粱式 抽 油 机变
过程 中的 速 度分 布 规律 ， 减轻 地 面 传 动 系统 和
整个 杆 柱 的结构 和 疲 劳环 境 ， 实 现 按 井下 供 液
速优 化运 行技 术 的研 究 已取得 了 明显进 展 。但 是， 美 国、 加拿 大着重 于解 决高 产油 田产 量最 大
Ｓ ＵＲＦ公 司研制 的驱 动 控 制 柜 ， 在 电机 内加 装
了角位 移传 感 器 ， 如 图 ３所 示 。在 曲柄 轴 上 加
装 了曲柄 位 置校 正传感 器 ， 如 图 ４所 示 。
机 械采 油 系统 的节能 测试 按 Ｓ Ｙ／ Ｔ ５ ２ ６ ６ —
１ ９ ９ ６ （ （ 机械 采油 井系 统效率 测试 方法 》 的规定 执
化 问题㈨ 。
量 自动 调节参 数 ， 提高泵 效 ， 降低机 械 受力 与损 耗， 以降 低 系统 能 耗 等综 合 目标 。有 效 减 轻 了
因轴 向压 力 产 生 的径 向偏磨 力 ， 有 效 降 低 了杆 管 的疲 劳 ， 减 少井 下无 功损 耗 ， 提 高井 下效 率 和 地 面效 率 ， 延 长设 备使 用寿 命 ， 减 少停 机 时间 和
维 修作 业 ， 其 优化 控制 策略 如 图 １ 所示。
２ 现 场 优化 实 验 系统
运用 Ｓ ＵＲＦ井 下 优 化 运 行 技 术 原 有 抽 油 机设 备 ， 仅 需 安装 单 井 地 面调 控 与 驱 动装 置 及 传感 器件 ， 控 制 。笔者 重点 阐述游 梁式 抽油 机
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ － ０ ３ ２ Ｏ 作者简介 ： 丁 乔 （ １ ９ ６ ９ 一） ， 女， 博 士 ，副 教 授 ， 研 究 方 向 为 机 电一 体 化 ， Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ： ｄ ｉ ｎ ｇ ｑ ｉ ａ ｏ ＠ｂ ｉ ｐ ｔ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ 。
采油 工程 工作 是实 现油藏 经 营 目标 活动 的
核心， 采 油工 艺 技 术配 套 水 平及 管 理水 平 直 接
关 系 到油 田开发 水 平 的 高低 ， 机 械 采 油工 作 是 采 油工 程工作 水平 的综 合体 现 。在稳定 并 提高
单 井 日产量基 础 上 ， 减 少维 护性 工作量 ， 节 约材
中图 分 类 号 ： ＴＥ ９ ３ ３ 文献标志码 ： Ａ
游梁 式抽 油机是 目前 我 国各油 田使 用最 多
的一 种机 械 采 油设 备 ， 由于 常规 游 梁 式抽 油 机
优 化控 制 策 略 、 优 化 系 统 的 构 成 及 测 试 结 果 分析。
结 构不 完 善 ，致 使 其 平 衡 效 果 差 、 能耗较 大。
的计 算机 仿真 方法 ，在波 动方 程 的基 础上 建立
种用 于 游梁式 抽油 机运 行 的实用 驱动 控制 技
术， 其 核 心是保 持抽 油机 原设备 构 成完全 不 变 ，
仅通 过 电机变 速 ， 改 变 抽 汲频 率 和 柱塞 在 抽 汲
系统效 率仿 真 分 析 数学 模 型 。美 国 、 加拿 大 等
摘要： 在 总 结 国 内外 研 究 成 果 的 基 础 上 ， 对 游梁 式 抽 油 机 的 四 连 杆 结 构 进 行 分 析 ， 建 立 井 下 采 油 系 统 的运 行 参 数 、 抽 油 机 杆 柱 运 动 的基 本 数 学 模 型 ， 研 究 了 电动 机 、 曲 柄 旋 转 运 动 与 悬 点 直 线 运 动 的 对 应
２ ８
北京 石油 化工 学 院学报
２ ０ １ ３年第 ２ １卷
瑚
３ ． ３ 避 免 液 击
损耗、 降低 系统能 耗等 综合 目标 。
第２ １卷
第 ３期
北 京石油 化 工学 院学报
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｂｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ
Ｐｅ ｔ ｒ ｏ — ｃ ｈｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ Ｔｅ ｃ ｈｎｏ ｌ ｏ ｇｙ
Ｖｏ１ ． ２１ ＮＯ ． ３
Ｓｅ ｐ ．２ ０ １ ３
２ ０ １ ３年 ９月
Ｓ Ｕ Ｒ Ｆ井下 系统 运行 过 程优 化 控 制技 术 应 用 研 究
丁 乔 ， 张 敏
（ １ ． 北 京石 油化 工学 院 机械 工程 系 ， 北京 １ ０ ２ ６ １ ７ ； ２ ． 哈 尔 滨 索 菲 电气 技 术 有 限公 司 ， 黑龙江 哈尔滨 １ ５ ０ ０ ３ ０ ）
优化 运行 系 统 如 图 ２所 示 。在 电 机 前 加 装 了
料 消耗 ， 提 高机采效率 ， 降低 采 油 系 统 运 行 费 用 。近几年 ， 大 庆油 田公 司 、 吉林 油 田公 司在采
油 系统 的 节能 降 耗 方 面进 行 了实 质 性 的研 究 ，
油井 维护性 作 业和能 源消 耗 主要 技 术指标 呈 现 良好 态 势 ， 免 修期 逐 年 延 长和 能 源 消耗 总 量增
１ Ｓ Ｕ Ｒ Ｆ井 下 系统 优 化 策 略
Ｓ ｕ ｒ ｆ 井 下 系 统 运 行 过 程 优 化 控 制 技 术 是
一
分 游 梁式 抽 油 机不 再 适 应 长 冲程 、 低 冲 次采 油 工 艺 的要求 ［ ］ 。为 了提 高抽 油井 机械采 油 系统 效 率并 节约 电 能 ， 许 涛等 口 应 用 系统 动 态 参 数
关系， 基 于 目标 函数 和 边 界 条 件 提 出 了 Ｓ ＵＲＦ井 下 系 统 运 行 过 程 优 化 控 制 策 略 。通 过 现 场 实验 表 明 ， 笔
者提 出 的 优化 方法 能满 足 节 能 降 耗 的 要求 。 关键词 ： 游 梁 式 抽 油 机 ；数 学 模 型 ；优 化 控 制
国在 该 技术 领 域 起 步较 早 ， 对 游 粱式 抽 油 机变
过程 中的 速 度分 布 规律 ， 减轻 地 面 传 动 系统 和
整个 杆 柱 的结构 和 疲 劳环 境 ， 实 现 按 井下 供 液
速优 化运 行技 术 的研 究 已取得 了 明显进 展 。但 是， 美 国、 加拿 大着重 于解 决高 产油 田产 量最 大
Ｓ ＵＲＦ公 司研制 的驱 动 控 制 柜 ， 在 电机 内加 装
了角位 移传 感 器 ， 如 图 ３所 示 。在 曲柄 轴 上 加
装 了曲柄 位 置校 正传感 器 ， 如 图 ４所 示 。
机 械采 油 系统 的节能 测试 按 Ｓ Ｙ／ Ｔ ５ ２ ６ ６ —
１ ９ ９ ６ （ （ 机械 采油 井系 统效率 测试 方法 》 的规定 执
化 问题㈨ 。
量 自动 调节参 数 ， 提高泵 效 ， 降低机 械 受力 与损 耗， 以降 低 系统 能 耗 等综 合 目标 。有 效 减 轻 了
因轴 向压 力 产 生 的径 向偏磨 力 ， 有 效 降 低 了杆 管 的疲 劳 ， 减 少井 下无 功损 耗 ， 提 高井 下效 率 和 地 面效 率 ， 延 长设 备使 用寿 命 ， 减 少停 机 时间 和
维 修作 业 ， 其 优化 控制 策略 如 图 １ 所示。
２ 现 场 优化 实 验 系统
运用 Ｓ ＵＲＦ井 下 优 化 运 行 技 术 原 有 抽 油 机设 备 ， 仅 需 安装 单 井 地 面调 控 与 驱 动装 置 及 传感 器件 ， 控 制 。笔者 重点 阐述游 梁式 抽油 机
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ － ０ ３ ２ Ｏ 作者简介 ： 丁 乔 （ １ ９ ６ ９ 一） ， 女， 博 士 ，副 教 授 ， 研 究 方 向 为 机 电一 体 化 ， Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ： ｄ ｉ ｎ ｇ ｑ ｉ ａ ｏ ＠ｂ ｉ ｐ ｔ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ 。
采油 工程 工作 是实 现油藏 经 营 目标 活动 的
核心， 采 油工 艺 技 术配 套 水 平及 管 理水 平 直 接
关 系 到油 田开发 水 平 的 高低 ， 机 械 采 油工 作 是 采 油工 程工作 水平 的综 合体 现 。在稳定 并 提高
单 井 日产量基 础 上 ， 减 少维 护性 工作量 ， 节 约材
中图 分 类 号 ： ＴＥ ９ ３ ３ 文献标志码 ： Ａ
游梁 式抽 油机是 目前 我 国各油 田使 用最 多
的一 种机 械 采 油设 备 ， 由于 常规 游 梁 式抽 油 机
优 化控 制 策 略 、 优 化 系 统 的 构 成 及 测 试 结 果 分析。
结 构不 完 善 ，致 使 其 平 衡 效 果 差 、 能耗较 大。
的计 算机 仿真 方法 ，在波 动方 程 的基 础上 建立
种用 于 游梁式 抽油 机运 行 的实用 驱动 控制 技
术， 其 核 心是保 持抽 油机 原设备 构 成完全 不 变 ，
仅通 过 电机变 速 ， 改 变 抽 汲频 率 和 柱塞 在 抽 汲
系统效 率仿 真 分 析 数学 模 型 。美 国 、 加拿 大 等
摘要： 在 总 结 国 内外 研 究 成 果 的 基 础 上 ， 对 游梁 式 抽 油 机 的 四 连 杆 结 构 进 行 分 析 ， 建 立 井 下 采 油 系 统 的运 行 参 数 、 抽 油 机 杆 柱 运 动 的基 本 数 学 模 型 ， 研 究 了 电动 机 、 曲 柄 旋 转 运 动 与 悬 点 直 线 运 动 的 对 应
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北京 石油 化工 学 院学报
２ ０ １ ３年第 ２ １卷
瑚
３ ． ３ 避 免 液 击
损耗、 降低 系统能 耗等 综合 目标 。
第２ １卷
第 ３期
北 京石油 化 工学 院学报
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｂｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ
Ｐｅ ｔ ｒ ｏ — ｃ ｈｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ Ｔｅ ｃ ｈｎｏ ｌ ｏ ｇｙ
Ｖｏ１ ． ２１ ＮＯ ． ３
Ｓｅ ｐ ．２ ０ １ ３
２ ０ １ ３年 ９月
Ｓ Ｕ Ｒ Ｆ井下 系统 运行 过 程优 化 控 制技 术 应 用 研 究
丁 乔 ， 张 敏
（ １ ． 北 京石 油化 工学 院 机械 工程 系 ， 北京 １ ０ ２ ６ １ ７ ； ２ ． 哈 尔 滨 索 菲 电气 技 术 有 限公 司 ， 黑龙江 哈尔滨 １ ５ ０ ０ ３ ０ ）
优化 运行 系 统 如 图 ２所 示 。在 电 机 前 加 装 了
料 消耗 ， 提 高机采效率 ， 降低 采 油 系 统 运 行 费 用 。近几年 ， 大 庆油 田公 司 、 吉林 油 田公 司在采
油 系统 的 节能 降 耗 方 面进 行 了实 质 性 的研 究 ，
油井 维护性 作 业和能 源消 耗 主要 技 术指标 呈 现 良好 态 势 ， 免 修期 逐 年 延 长和 能 源 消耗 总 量增