[發明專利]抽油機自適應功率電機轉速優化方法及隨動控制系統

有效

• 申請號: 202010116722.9
• 申請日: 2020-02-25
• 公開（公告）號: CN113315442B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 李煒;孫東;齊光鋒;周亮;范路;王莉;董偉佳;徐丹;鄭煒博;王曉東
• 申請（專利權）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勝利油田分公司技術檢測中心;勝利油田檢測評價研究有限公司
• 主分類號: H02P23/00
• 分類號: H02P23/00;H02P27/04;E21B43/00
• 代理公司: 濟南智圓行方專利代理事務所(普通合伙企業) 37231
• 代理人: 梁軼聰

本發明公開了一種抽油機自適應功率電機轉速優化算法及隨動控制系統，涉及抽油機控制技術領域，技術方案為，包括獲取工頻條件下抽油機的生產參數和運行狀態參數，確定工頻指標；計算電機初始轉速，生成正交轉速；將正交轉速轉化成頻率信號；根據頻率信號驅動抽油機電機。本發明的有益效果是：電機轉速優化方法將抽油機系統看作黑箱模型，通過正交實驗建立電機轉速與優化目標參數和約束參數的二次響應面回歸方程，脫離了具體的地面和井下模型，具有更好的適應性。

技術領域

本發明涉及抽油機控制技術領域，特別涉及一種抽油機自適應功率電機轉速優化方法及隨動控制系統。

背景技術

有桿泵抽油是應用最廣泛的機械采油技術，游梁式抽油機幾何結構簡單，質量可靠，在油田機械采油中有著重要的地位。但常規電機驅動的游梁式抽油機卻存在著“大馬拉小車”、負載動態急劇變化、泵柱塞的運行速度分布不均勻等問題。抽油機功率隨動控制是指在對游梁式抽油機結構不做變動的前提下，以變頻技術為手段，通過優化電機轉速，使得游梁式抽油機系統軟啟動后處于柔性運行狀態，改變抽油機所固有的光桿速度模式，優化井下抽汲過程，改善抽油機的動力學性能，達到解決節能、增產的目的。

在抽油機功率隨動控制技術中，電機轉速的優化是技術的核心和關鍵。常用的方法是在抽油機功率隨動控制系統中人工輸入油井歷史生產參數，根據一定的地面和井下動力學模型，通過一定優化算法求解以電機轉速為設計變量、以產液量為目標函數的約束優化問題。但在實際應用中發現，當輸入的生產參數與抽油機井的實際工況不符，抽油機工況發生變化，或者井下實際狀態與動力學模型不一致時，抽油機在優化的電機轉速下運行，達不到理想目標，甚至使得抽油井的泵況變得更差，從而影響了抽油機功率隨動控制技術的進一步應用。

發明內容

針對上述技術問題，本發明的目的是提供一種根據抽油機井自身實際參數，且不需要地面和井下動力學模型就可以優化運行的抽油機自適應功率電機轉速優化方法及隨動控制系統。

其技術方案為，一種抽油機自適應功率電機轉速優化方法，

S1、讓抽油機在工頻條件下穩定運行若干個周期，可選讓抽油機運行4-6個周期；

S2、獲取工頻條件下抽油機的生產參數和運行狀態參數，確定工頻指標；

S3、將S2獲取的參數作為初始值，計算電機初始轉速，生成正交轉速；

S4、將S3得到的正交轉速轉化成頻率信號；

S5、根據S4的頻率信號驅動抽油機電機；

S6、重復步驟S1-S5，獲取抽油機在不同轉速下穩定運行的目標參數和約束參數；

S7、根據S6獲取的數據建立目標參數和約束參數二次響應面回歸模型，確定優化函數和約束條件；

S8、通過S7建立的回歸模型通過優化算法獲得最優電機轉速；

S9、獲取S7優化后抽油機的各項參數，當優化指標偏離工頻指標時，重復步驟S1-S8。

優選為，所述S1讓抽油機在工頻條件下穩定運行若干周期，根據抽油機的實際情況，確定電機額定轉速n₀，變頻器可調上限頻率f_u，以及下限頻率f_d，變頻器可調上限轉速以及最小轉速/

優選為，所述步驟S2具體為，獲得一個沖次內的抽油機生產參數和運行狀態參數，包括懸點載荷時間序列PRL(t)、懸點位移時間序列S(t)、電機輸入功率時間序列p(t)、電機轉角時間序列θ(t)等。

優選為，所述步驟S3具體為，根據所述S2獲取的各項參數，計算得到最大載荷PRL_max，最小載荷PRL_min，上沖程載荷波動系數B_u，下沖程載荷波動系數B_d；