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油田电潜泵系统控制的相关问题分析
 
慧聪网   2005年10月17日16时17分   信息来源:慧聪网水工业行业频道    

    摘 要(Abstract):结合工程实践,总结了油田电潜泵控制存在的问题。针对被控制对象特性,分析了可供选择的控制策略,用仿人智能控制算法对系统实施控制的结果表明,文中提出的控制方法是令人满意的。

    1  引言

    众所周知,电潜泵是油田中应用较多的采油设备之一。实质上,电潜泵就是一个工作于井下的多级离心泵,同油管一起放入井下,地面电源通过变压器、控制屏和电潜泵专用电缆将电能输送给井下电潜泵电动机,使电动机带动多级离心泵旋转,将电能转化为机械能,将油井中的液体升到地面。 

    电潜泵应用主要存在两个问题,一是如何节能,二是如何控制好电潜泵,使之工作于最佳工况。由于电潜泵是在地面2Km以下的井底工作,工作环境非常恶劣(高温,强温度等),一般采用传统的供电方式,即在工频全压下工作,因而故障频繁,运行成本高。一方面电潜泵在工频启动时,启动电流大,电动机电缆的压降大,使电动机电缆在启动过程中的反向电压较高,电缆绝缘性能降低,每次开机都会影响电潜泵使用寿命。电潜泵的修理仅工程费一项就达5万元之多,价值10万元的电缆平均提上放下5次就须更换,电潜泵平均每10个月就维修1次,维修费用须8万元,使运行成本增高。另一方面电潜泵在正常工作下,普遍存在着电动机负载率较教低的情况,“大马拉小车”现象严重,造成电能的巨大浪费。此外,电潜泵的功率因数降低,耗电量大,工频工作时,电潜泵始终工作在额定转速下,如果井下液量供不应求,容易造成“死井”,一旦死井则损失惨重。正确的解决方法是电潜泵应能够根据地质的情况变化调节抽油量,使供求平衡。但传统的调节方式是靠更换油嘴来调节产量,既造成能量的浪费又不能精确的控制。有时使得电动机与泵长期在高压状态下运行;有时使得油井出沙严重,使设备寿命缩短,因此对油田电潜泵系统控制的相关技术问题作简要讨论是必要的。本文主要对被控对象特性,控制策略选取,控制算法及变频调速技术应用等方面作些讨论。

    2  油田的特性

    采油是把油田作为特殊被控对象加以控制的,因此首先必须了解油田开采过程中表现出的某些特性。其中最主要的是时变性,由于地质情况的复杂多变,概括起来有以下一些特点。就电潜泵系统而言,从宏观角度考虑,被控对象特性主要表现在以下几个方面:

    (1) 系统参数的未知性、时变性、随机性和分散性;

    (2) 系统滞后的未知性和时变性;

    (3) 系统严重的非线性;

    (4) 系统各变量间的关联性;

    (5) 环境干扰的未知性、多样性和随机性。

    这些特性给系统建摸与控制带来了许多问题。

    3  控制中存在的问题

    面对上述特性,因其属于不确定性的复杂对象(或过程)的控制问题,传统控制是无能为力的,主要表现在:

    (1) 确定性问题

    传统控制(如PID)是基于数学模型的控制,即认为控制、对象及干扰的模型是已知的或者是通过辩识可以得到的。但油田系统中的很多控制问题具有不确定性,甚至常常会发生突变。对于“未知”、不确定、或者知之甚少的控制问题,用传统方法难以建模,因而也无法实现有效的控制;

 
 
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