油田电潜泵系统控制的相关问题分析

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1、油田电潜泵系统控制的相关问题分析裴玉玲摘　要：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。关键词：电潜泵系统仿人智能控制变频器1引言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

2、。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

3、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

4、，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

5、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；(2)高度非线性传统控制理论中，对于具有高度非线性的控制对象，虽然也有一些非线性方法可资利用，但从总体上看，非线性理论远不如线性理论成熟，因方法过分复杂而难以应用。在油田系统中有大量的非线性问题存在；(3)半结构化与非结构化问题。传统控制理论主要采用微分方程、状态方程以及各种数学变换作为研究工具，其本质是一种数值计算方法，属定量控制范畴，要求控制问题的结构化程度高，易于用定量数学方法进行描述或建模。而油田系统中最关注和需要支持的，有时恰恰是半结构化与

6、非结构化问题；(4)系统复杂性问题按系统工程的观点，广义的对象应包括通常意义下的操作对象和所处的环境。而油田系统中各子系统间关系错综复杂，各要素的高度耦合，互相制约，外部环境又极其复杂，有时甚至变化莫测。传统控制缺乏有效的解决方法；(5)可靠性问题常规的基于数学模型的控制问题倾向于是一个相互依赖的整体，尽管基于这种方法的系统经常存在鲁棒性与灵敏度之间的矛盾，但对简单系统的控制的可靠性问题并不突出。而对油田系统，如果采用上述方法，则可能由于条件的改变使整个控制系统崩溃。由此可见，用传统的方法不能对油田系统进行有效的控制，必须探索更有效的控制策略与方法。4系统的建模问题油田系统的特点

7、是经典数学不曾考虑的。尽管概率论是讨论不确定性的，但它有自己的基本假定。这些基本假定限制了它在专家系统中的应用，当然也限制了在其它领域的应用。它只能处理含有随机性，没有不知也没有模糊的问题。实际上，目前人们发现的四种不确定性信息，除随机信息、模糊信息外，还有灰色信息和未确知信息。这四种不确定信息往往在一个油田系统中交叉呈现或同时呈现。它们同时在影响着人们对系统特性和功能的认识，影响着人们对油田系统的研究、管理和控制。而且，不论从概念的内涵，还是从公理体系以及集合论角度分析，这四种