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油田电潜泵系统控制中存在的问题

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*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。
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zui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;
(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zui关注和需要支持的,有时恰恰是半结构化与非结构化问题;
(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。
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