[發(fā)明專利]一種基于傅里葉級(jí)數(shù)的功圖轉(zhuǎn)換優(yōu)化方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010164474.5
• 申請(qǐng)日: 2020-03-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113392473A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張立婷;李世超;鄭東梁;曾鵬;石碩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所
• 主分類號(hào): G06F30/17
• 分類號(hào): G06F30/17;G06F30/20;G06F111/04;G06F119/14
• 代理公司: 沈陽(yáng)科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 王倩

本發(fā)明涉及采油工程領(lǐng)域，具體說(shuō)是一種基于傅里葉級(jí)數(shù)的功圖轉(zhuǎn)換優(yōu)化方法。本發(fā)明包括以下步驟：通過(guò)獲取曲柄、連桿、游梁的質(zhì)心速度及電參數(shù)據(jù)得到抽油機(jī)的有效功率值，建立有效功率優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型，并通過(guò)該模型得到構(gòu)造變量的傅里葉系數(shù)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化得到優(yōu)化后的懸點(diǎn)載荷；根據(jù)優(yōu)化后的懸點(diǎn)載荷和懸點(diǎn)位移，并構(gòu)建示功圖。本發(fā)明有效解決了轉(zhuǎn)換示功圖上下死點(diǎn)附近不收斂的問(wèn)題，大幅降低油井工況診斷和計(jì)量成本，推動(dòng)基于電參數(shù)的油田低成本物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及采油工程領(lǐng)域，具體說(shuō)是一種基于傅里葉級(jí)數(shù)的功圖轉(zhuǎn)換優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

目前，示功圖分析方法已廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)各大油田，但示功圖測(cè)取存在成本高、實(shí)時(shí)性差等問(wèn)題。而電功圖數(shù)據(jù)獲取容易，具有成本低、適合長(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)，但現(xiàn)有的電功圖轉(zhuǎn)示功圖技術(shù)還存在一些不足，如果能夠得到有效的優(yōu)化和改進(jìn)，本方法將在油田生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)得到很好的工程實(shí)際應(yīng)用，使油田大規(guī)模低成本物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)成為可能。

在現(xiàn)有電功圖轉(zhuǎn)示功圖過(guò)程中，轉(zhuǎn)換功圖上下死點(diǎn)不收斂問(wèn)題是影響功圖轉(zhuǎn)換精度的關(guān)鍵因素。由于將扭矩因數(shù)作為除數(shù)，在上、下死點(diǎn)處扭矩因數(shù)為零，需要根據(jù)上、下死點(diǎn)附近正常值經(jīng)過(guò)多次修正后，才能得到示功圖，導(dǎo)致計(jì)算載荷不符合實(shí)際，更新不及時(shí)，降低了轉(zhuǎn)換功圖的精度。而有關(guān)如何提高上下死點(diǎn)附近載荷的計(jì)算精度，尚無(wú)學(xué)者進(jìn)行專門的研究。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述技術(shù)不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于傅里葉級(jí)數(shù)的功圖轉(zhuǎn)換優(yōu)化方法。該方法將有效功率變化前后損失函數(shù)最小作為有效功率優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，考慮總做功不變和上下死點(diǎn)有效功率為零等約束條件，建立了基于傅里葉級(jí)數(shù)的有效功率優(yōu)化模型和載荷擬合優(yōu)化模型，實(shí)現(xiàn)了實(shí)測(cè)電功圖向電功圖的有效轉(zhuǎn)換，有效解決了轉(zhuǎn)換示功圖上下死點(diǎn)附近不收斂的問(wèn)題。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種基于傅里葉級(jí)數(shù)的功圖轉(zhuǎn)換優(yōu)化方法，包括以下步驟：

通過(guò)獲取曲柄、連桿、游梁的質(zhì)心速度及電參數(shù)據(jù)得到抽油機(jī)的有效功率值，建立有效功率優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型，并通過(guò)該模型得到構(gòu)造變量的傅里葉系數(shù)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化得到優(yōu)化后的懸點(diǎn)載荷；根據(jù)優(yōu)化后的懸點(diǎn)載荷和懸點(diǎn)位移，并構(gòu)建示功圖，對(duì)抽油機(jī)工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

所述得到優(yōu)化后的懸點(diǎn)載荷，具體包括以下步驟：

步驟1：通過(guò)位移傳感器獲取曲柄、連桿、游梁的質(zhì)心速度，通過(guò)電表獲取抽油機(jī)電參數(shù)，建立懸點(diǎn)載荷計(jì)算模型，得到抽油機(jī)的有效功率值；

步驟2：根據(jù)步驟1所述有效功率值，通過(guò)傅里葉級(jí)數(shù)的方式構(gòu)建有效功率構(gòu)造變量；

步驟3：根據(jù)所述有效功率構(gòu)造變量和有效功率值，確定有效功率優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)；步驟4：根據(jù)有效功率構(gòu)造變量和有效功率值，確定約束條件；

步驟5：根據(jù)有效功率優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和約束條件，建立有效功率優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)求解該模型得到構(gòu)造變量的傅里葉系數(shù)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，進(jìn)而得到優(yōu)化后的有效功率；

步驟6：根據(jù)優(yōu)化后的有效功率和懸點(diǎn)速度，得到懸點(diǎn)載荷數(shù)列；

步驟7：將懸點(diǎn)載荷展開(kāi)成傅里葉級(jí)數(shù)；

步驟8：根據(jù)優(yōu)化后的懸點(diǎn)載荷確定懸點(diǎn)載荷優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)以及約束條件，建立懸點(diǎn)載荷優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型；通過(guò)求解該模型得到懸點(diǎn)載荷構(gòu)造變量的傅里葉系數(shù)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，進(jìn)而得到優(yōu)化后的懸點(diǎn)載荷；

所述得到優(yōu)化后的懸點(diǎn)載荷與懸點(diǎn)位移，通過(guò)傳感器獲取懸點(diǎn)位移參數(shù)作為橫坐標(biāo)，優(yōu)化后的懸點(diǎn)載荷作為縱坐標(biāo)，以此構(gòu)建示功圖，對(duì)抽油機(jī)工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

所述有效功率值如下式：