一種潛油電泵模糊控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種潛油電泵模糊控制方法，屬石油開采設(shè)備潛油電泵自動控制【技術(shù)領(lǐng)域】，包括以下步驟：（1）設(shè)定潛油電泵井的目標(biāo)壓力值P2；（2）采集潛油電泵井的井底壓力值P1(t)；（3）確定潛油電泵井的實(shí)際運(yùn)行頻率u(t)；（4）調(diào)整潛油電泵機(jī)組轉(zhuǎn)速n(t)；（5）在下一個采樣周期內(nèi)，重復(fù)步驟（2）-（4）。利用井下壓力監(jiān)測裝置對井底壓力實(shí)時動態(tài)監(jiān)測，以可編程控制器為控制核心，采用模糊控制算法，根據(jù)井底壓力的變化對潛油電泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行智能調(diào)控，從而保證供采協(xié)調(diào)，提高潛油電泵系統(tǒng)效率，避免潛油電泵頻繁啟停以及空抽，“死井”現(xiàn)象的發(fā)生。
【專利說明】一種潛油電泵模糊控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種潛油電泵模糊控制方法，屬于石油開采設(shè)備潛油電泵自動控制技 術(shù)領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 潛油電泵井生產(chǎn)過程中，必須保證油井的生產(chǎn)能力和泵的排量相匹配。泵的排量 由轉(zhuǎn)速決定，如果潛油電泵在工頻全壓下工作，則轉(zhuǎn)速不變，排量固定，一旦油井的供液能 力發(fā)生變化，就會導(dǎo)致供采失調(diào)，輕則使泵偏離合理高效區(qū)，造成系統(tǒng)效率低下，能源浪費(fèi) 嚴(yán)重，重則造成空抽、"死井"，為了解決這一問題，通常采用增加變頻器與井下監(jiān)測裝置，利 用變頻器調(diào)整轉(zhuǎn)速，利用井下監(jiān)測裝置對井底壓力進(jìn)行監(jiān)測，其缺陷在于變頻器不具備自 動調(diào)參功能，必須依賴人工根據(jù)井底壓力變化進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，實(shí)時性較差且存在較多的人 為誤判。
[0003] 模糊控制策略屬于智能控制的范疇，不依賴于被控對象精確的數(shù)學(xué)模型，適用于 具有非線性、滯后性、強(qiáng)耦合的復(fù)雜控制對象。潛油電泵采油系統(tǒng)是一個非線性系統(tǒng)，受到 井下溫度、壓力等多種不確定因素的影響，耦合性強(qiáng)，很難建立精確的數(shù)學(xué)模型，因此非常 適合采用模糊控制策略對其進(jìn)行控制，保證其良好運(yùn)行。ZL200610155598. 7公開了一種變 頻調(diào)速節(jié)能的水泵模糊控制方法，分別利用PLC與模糊控制器對污水泵站的水位進(jìn)行"粗 調(diào)"和"細(xì)調(diào)"，選擇水位偏差和水位偏差變化率作為模糊控制器的輸入，選擇變頻器的輸出 頻率作為模糊控制器的輸出變量，通過建立相應(yīng)的模糊控制規(guī)則庫，使變頻器的頻率隨著 水位的變化而變化，從而使泵站平穩(wěn)運(yùn)行于設(shè)定的目標(biāo)水位，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)耗能最小和污水溢 出污染最小的控制目標(biāo)，也避免了機(jī)泵頻繁啟停情況的發(fā)生；申請?zhí)枮?01010209019. 9的 專利申請公開了基于模糊控制的排污水泵控制方法及裝置，由PLC處理平臺、本地操作面 板、水位監(jiān)測元件、水泵控制元件組成，該裝置以PLC為核心，采用模糊控制，以污水泵坑水 位偏差及水位偏差的變化率作為輸入變量，以水泵的速度為輸出變量，通過建立相應(yīng)的模 糊控制規(guī)則庫，使裝置處于自動起停及變速排污水泵，以保證污水泵坑不出現(xiàn)溢污水現(xiàn)象， 免除生產(chǎn)車間二次被污染的可能。
[0004] 以上兩種專利公開的模糊控制專門為地面排污水泵而設(shè)計，控制參數(shù)為液位偏差 和液位偏差變化率，控制目標(biāo)是使泵站平穩(wěn)運(yùn)行于設(shè)定的目標(biāo)水位，而潛油電泵系統(tǒng)工作 在井下兩三千米深處，系統(tǒng)具有高溫高壓以及強(qiáng)耦合的特性，油井的液位難以實(shí)時測量，因 此這兩種方法無法應(yīng)用于深井下的潛油電泵采油。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的油井液位難以實(shí)時測量，從而難以對 潛油電泵轉(zhuǎn)速進(jìn)行智能調(diào)控的缺陷，進(jìn)而提供一種根據(jù)井底壓力變化對潛油電泵轉(zhuǎn)速進(jìn)行 智能調(diào)控的潛油電泵模糊控制方法。
[0006] 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0007] -種潛油電泵模糊控制方法，利用井下壓力監(jiān)測裝置對井底壓力值進(jìn)行實(shí)時監(jiān) 測，模糊控制器實(shí)時采集井底壓力值，并與人機(jī)界面設(shè)定的目標(biāo)壓力值作比較，通過模糊算 法計算出實(shí)際運(yùn)行頻率，并傳送給變頻驅(qū)動單元，從而對潛油電泵機(jī)組的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，使 潛油電泵的排量能夠根據(jù)井底壓力值的變化自動調(diào)控，方法實(shí)現(xiàn)框圖如附圖1所示，包括 以下步驟：
[0008] 1、設(shè)定潛油電泵井的目標(biāo)壓力值P2 :根據(jù)潛油電泵井的設(shè)計產(chǎn)量和該井由測井 資料繪制的油井流入動態(tài)曲線，可得該井設(shè)計產(chǎn)量下的井底流壓值，在人機(jī)界面的觸摸屏 中將該值設(shè)定為目標(biāo)壓力值P2,傳送并存儲在模糊控制器的CPU模塊內(nèi)；
[0009] 2、采集潛油電泵井的井底壓力值PI(t):在一個采樣周期內(nèi)，井下壓力監(jiān)測裝置 將監(jiān)測的井底壓力值PI(t)按照線性比例關(guān)系轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)模擬信號，并傳送到模糊控制器 的模擬量輸入模塊，模擬量輸入模塊將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，傳送并存儲在模糊控制 器的CPU模塊內(nèi)；
[0010] 3、確定潛油電泵井的實(shí)際運(yùn)行頻率u(t):若潛油電泵井當(dāng)前采樣周期井底壓力 值PI(t)與目標(biāo)壓力值P2相等，則保持當(dāng)前運(yùn)行頻率不變，返回步驟2繼續(xù)采集下一采樣 周期的井底壓力值Pl(t+1);若潛油電泵井當(dāng)前采樣周期井底壓力值Pl(t)與目標(biāo)壓力值 P2與不相等，則首先確定目標(biāo)壓力值P2與井底壓力值Pl(t)的壓力偏差e(t)與壓力偏差 變化率ec(t)，其次模糊化處理壓力偏差e(t)與壓力偏差變化率ec(t)，得到模糊壓力偏差 E(t)與模糊壓力偏差變化率EC(t)，然后確定模糊控制輸出量U(t)，最后得到實(shí)際運(yùn)行頻 率u⑴；
[0011] 4、確定潛油電泵機(jī)組轉(zhuǎn)速n(t):模糊控制器的CPU模塊將實(shí)際運(yùn)行頻率u(t)傳 輸?shù)侥M量輸出模塊，模糊控制器的模擬量輸出模塊將其數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號傳輸?shù)?中壓變頻器，中壓變頻器調(diào)整潛油電泵機(jī)組的電源頻率u(t)，從而按照n(t)與u(t)的線性 比例關(guān)系確定潛油電泵機(jī)組的轉(zhuǎn)速n(t);
[0012]5、在下一采樣周期內(nèi)，重復(fù)步驟（2) -(4)，即可實(shí)現(xiàn)潛油電泵轉(zhuǎn)速的智能調(diào)控。
[0013] 本發(fā)明的有益效果是：利用井下壓力監(jiān)測裝置對井底壓力實(shí)時動態(tài)監(jiān)測，以可編 程控制器為控制核心，采用模糊控制算法，根據(jù)井底壓力的變化對潛油電泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行智 能調(diào)控，從而保證供采協(xié)調(diào)，提高潛油電泵系統(tǒng)效率，避免潛油電泵頻繁啟停以及空抽，"死 井"現(xiàn)象的發(fā)生。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1為本發(fā)明的模糊控制流程框圖。
[0015] 圖2為本發(fā)明的某潛油電泵井的油井流入動態(tài)曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0017] 一種潛油電泵模糊控制方法，利用井下壓力監(jiān)測裝置對井底壓力值進(jìn)行實(shí)時監(jiān) 測，模糊控制器實(shí)時采集井底壓力值，并與人機(jī)界面設(shè)定的目標(biāo)壓力值作比較，通過模糊算 法計算出實(shí)際運(yùn)行頻率，并傳送給變頻驅(qū)動單元，從而對潛油電泵機(jī)組的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，使 潛油電泵的排量能夠根據(jù)井底壓力值的變化自動調(diào)控，方法實(shí)現(xiàn)框圖如附圖1所示，包括 以下步驟：
[0018] 1、設(shè)定潛油電泵井的目標(biāo)壓力值P2 :根據(jù)潛油電泵井的設(shè)計產(chǎn)量和該井由測井 資料繪制的油井流入動態(tài)曲線，可得該井設(shè)計產(chǎn)量下的井底流壓值，該井底流壓值即為需 要設(shè)定的目標(biāo)壓力值P2,以某潛油電泵井為例，設(shè)計產(chǎn)量為26t/d，查詢該井油井流入動 態(tài)曲線如附圖2所示，可得該設(shè)計產(chǎn)量下的井底流壓值為13. 5MPa，在人機(jī)界面的西門子 MP277觸摸屏中將該值設(shè)定為目標(biāo)壓力值P2 = 13. 5MPa，傳送并存儲在模糊控制器的西門 子224XPCPU模塊內(nèi)；
[0019] 2、采集潛油電泵井的井底壓力值Pl(t):在一個采樣周期內(nèi)，井下壓力監(jiān)測裝置 將監(jiān)測的0_60MPa范圍的井底壓力值PI(t)按照線性比例關(guān)系轉(zhuǎn)換為0-10V的標(biāo)準(zhǔn)模擬信 號，并傳送到模糊控制器的西門子EM231模擬量輸入模塊，模糊控制器的西門子EM231模擬 量輸入模塊將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，傳送并存儲在模糊控制器的西門子224XPCPU模 塊內(nèi)；
[0020] 3、確定潛油電泵井的實(shí)際運(yùn)行頻率u(t):若潛油電泵井當(dāng)前采樣周期井底壓力 值PI(t)與目標(biāo)壓力值P2相等，則保持當(dāng)前運(yùn)行頻率不變，返回步驟2繼續(xù)采集下一采樣 周期的井底壓力值Pl(t+1);若潛油電泵井當(dāng)前采樣周期井底壓力值Pl(t)與目標(biāo)壓力值 P2與不相等，則首先確定目標(biāo)壓力值P2與井底壓力值Pl(t)的壓力偏差e(t)與壓力偏差 變化率ec(t)，其次模糊化處理壓力偏差e(t)與壓力偏差變化率ec(t)，得到模糊壓力偏差 E(t)與模糊壓力偏差變化率EC(t)，然后確定模糊控制輸出量U(t)，最后得到實(shí)際運(yùn)行頻 率u(t)，具體過程如下：
[0021] 3. 1、確定壓力偏差e(t)與壓力偏差變化率ec(t)
[0022]壓力偏差設(shè)為e(t)，e(t) =P2-P1 (t)，e(t)的變化范圍為±30MPa，則其基本論 域為{-30,30}，壓力偏差變化率設(shè)為6〇(〇,6。(〇=(16/社=(1[?2-?1(0]/社，6〇(〇的 變化范圍為±0. 5MPa，則其基本論域為{-0. 5,0. 5};
[0023] 3. 2、確定模糊壓力偏差E(t)與模糊壓力偏差變化率EC(t)
[0024] 模糊壓力偏差設(shè)為E(t)，E(t) =e(t)XKe，其論域為{_6，_5，_4，_3，_2，_1，0， +1，+2, +3, +4, +5, +6}，其中Ke為量化因子，Ke= 0. 2 ;模糊壓力偏差變化率設(shè)為EC(t)， EC(t) =ec(t)XKec，其論域為{-6, -5, -4, -3, -2, _1，0, +1，+2, +3, +4, +5, +6}，其中Kec 為量化因子，Kec= 12 ;
[0025] 3. 3、確定模糊控制輸出量U(t)
[0026] 模糊控制輸出量設(shè)為U(t)，其論域為{_7, _6, _5, _4, _3, _2, _1，0, +1，+2, +3, +4， +5, +6, +7}，通過在模糊控制器的西門子224XPCPU模塊內(nèi)編制的模糊控制量查詢程序查找 與模糊壓力偏差E(t)和模糊壓力偏差變化率EC(t)對應(yīng)的模糊控制輸出量U(t)，U(t)與 E(t)、EC(t)的對應(yīng)關(guān)系如表1所示；
[0027] 表 1
[0028]

【權(quán)利要求】
1. 一種潛油電泵模糊控制方法，其特征包括以下步驟： (1) 設(shè)定潛油電泵井的目標(biāo)壓力值P2 :根據(jù)潛油電泵井的設(shè)計產(chǎn)量和該井由測井資料 繪制的油井流入動態(tài)曲線，可得該井設(shè)計產(chǎn)量下的井底流壓值，在人機(jī)界面的觸摸屏中將 該值設(shè)定為目標(biāo)壓力值P2,傳送并存儲在模糊控制器的CPU模塊內(nèi)； (2) 采集潛油電泵井的井底壓力值PI (t):在一個采樣周期內(nèi)，井下壓力監(jiān)測裝置將監(jiān) 測的井底壓力值PI (t)按照線性比例關(guān)系轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)模擬信號，并傳送到模糊控制器的模 擬量輸入模塊，模擬量輸入模塊將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，傳送并存儲在模糊控制器的 CPU模塊內(nèi)； (3) 確定潛油電泵井的實(shí)際運(yùn)行頻率u(t):若潛油電泵井當(dāng)前采樣周期井底壓力值 PI (t)與目標(biāo)壓力值P2相等，則保持當(dāng)前運(yùn)行頻率不變，返回步驟2繼續(xù)采集下一采樣周 期的井底壓力值Pl(t+1);若潛油電泵井當(dāng)前采樣周期井底壓力值Pl(t)與目標(biāo)壓力值P2 與不相等，則首先確定目標(biāo)壓力值P2與井底壓力值Pl(t)的壓力偏差e(t)與壓力偏差變 化率ec (t)，其次模糊化處理壓力偏差e (t)與壓力偏差變化率ec (t)，得到模糊壓力偏差 E (t)與模糊壓力偏差變化率EC (t)，然后確定模糊控制輸出量U (t)，最后得到實(shí)際運(yùn)行頻 率 u(t); (4) 確定潛油電泵機(jī)組轉(zhuǎn)速n(t):模糊控制器的CPU模塊將實(shí)際運(yùn)行頻率u(t)傳輸?shù)?模擬量輸出模塊，模糊控制器的模擬量輸出模塊將其數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號傳輸?shù)街袎?變頻器，中壓變頻器調(diào)整潛油電泵機(jī)組的電源頻率u (t)，并按照n (t)與u (t)之間的線性比 例關(guān)系確定潛油電泵機(jī)組的轉(zhuǎn)速n (t); (5) 在下一個采樣周期內(nèi)，重復(fù)步驟（2) - (4)，即可實(shí)現(xiàn)潛油電泵轉(zhuǎn)速的智能調(diào)控。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種潛油電泵模糊控制方法，其特征是：壓力偏差e(t)與壓 力偏差變化率ec (t)的確定方法如下：壓力偏差設(shè)為e (t)，則e (t) =P2_P1 (t)，設(shè)定其基本 論域；壓力偏差變化率設(shè)為ec(t)，則ec(t)=de/dt=d[P2_Pl (t)]/dt，設(shè)定其基本論域。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種潛油電泵模糊控制方法，其特征是：模糊壓力偏 差E (t)與模糊壓力偏差變化率EC (t)的確定方法如下：模糊壓力偏差設(shè)為E (t)，則E (t)= e(t) XKe，設(shè)定其論域，其中Ke為量化因子；模糊壓力偏差變化率設(shè)為EC(t)，則EC(t) = ec(t) XKec，設(shè)定其論域，其中Kec為量化因子。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種潛油電泵模糊控制方法，其特征是：模糊控制輸出量 U(t)的確定方法如下：模糊控制輸出量設(shè)為U(t)，設(shè)定其論域，通過在模糊控制器的CPU模 塊內(nèi)編制的模糊控制量查詢程序查找與模糊壓力偏差E(t)和模糊壓力偏差變化率EC(t) 對應(yīng)的模糊控制輸出量U(t)，確定U(t)與E(t)、EC(t)的對應(yīng)關(guān)系。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種潛油電泵模糊控制方法，其特征是：實(shí)際運(yùn)行頻率u (t) 的確定方法如下：實(shí)際運(yùn)行頻率設(shè)為u(t)，設(shè)定其基本論域，并按照u(t)與U(t)之間的線 性比例關(guān)系確定實(shí)際運(yùn)行頻率u(t)。
【文檔編號】G05B19/042GK104331001SQ201410412577
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月20日
【發(fā)明者】田芳勇, 陳傳東, 宋衍, 肖繼威, 謝衛(wèi)兵, 董國強(qiáng), 石懋峘, 羅代亮 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司中原油田分公司采油工程技術(shù)研究院