注水井井筒动态流体力学建模与工程仿真

为了研究注水井井筒工况下流体动态响应机理,基于流体力学微元分析和水力学经典理论,建立流体微元压力-流速关系模型,推导求解注水井井筒空间流体压力、流速的动态分布;结合中国某典型斜井生产数据,进行不同注入压力和不同注入量条件下井筒压力动态分布、油管流体传输延迟特性和衰减特性、井口压力波动下井筒压力幅值动态分布的数值模拟与分析。结果表明:井筒沿程压力损失与绝对压力值无关,设计波码通信编解码方案时无须考虑注入的绝对压力值;注入压力恒定时,井口注入流量越大,井筒沿程损失越大。流体波信号延时幅值主要取决于井筒的长度;管径越小,流体波信号衰减幅度越大。同井深下生成目标波码幅值(压差识别有效值)越高,为克服井筒沿程损失所需的井口压力波幅值越大。

分层注水井下监测与数据传输技术的发展及展望

概述了中国分层注水井下监测与数据传输技术的发展状况,按照发展阶段介绍了传统井下数据获取方法、电缆直读通讯与测调技术、预置电缆井下参数实时监测通讯技术以及井下无线通讯技术,详细介绍了技术原理、施工工艺、技术适应性和应用概况,指出了现有井下监测与数据传输技术存在的问题及面临的挑战,最后根据生产需求,提出了分层注水井下监测与数据传输技术的发展方向。对于已规模应用的电缆高效测调井,着重实现井下堵塞器数字化;对于重点监测井,进一步完善预置电缆通讯技术,发展基于复合连续管的井下监测与数据传输技术,提高施工的便捷性和可靠性;对于规模生产应用,发展井下无线通讯技术,重点实现测调自动化,并结合地面移动通讯网络,加快构建覆盖控制中心、配水间和油藏的数字化通讯网络,为油藏开发数字化提供技术支撑。

基于多变量时间序列模型的高含水期产量预测方法

针对油田高含水期地质条件复杂、地层物性变化多样导致产量预测正确率低的问题,提出一种基于多变量时间序列模型即多变量长短期记忆神经网络(LSTM)的产量预测方法。在基于极限梯度提升算法(XGBoost)筛选产量主控因素的基础上,建立综合考虑产量与地质、开发等影响因素之间相关性特征,并兼顾产量自身的时序性变化特征的产量预测模型;实验选取中国某中高渗透砂岩区块油田生产历史数据进行高含水期产量预测模型的训练和测试,并与单变量长短时记忆模型以及其他全连接网络模型结果进行比较。结果表明:该方法具有较好的预测性能,新模型克服了传统全连接神经网络无法描述产量时序数据相关性,以及单变量LSTM无法表征高含水期产量变化受多因素影响的问题,有效地提高了油田高含水期产量预测的准确性。

大数据驱动下的老油田精细注水优化方法

在传统的数值模拟及优化算法基础上,结合分层注采实时监测与自动控制工艺技术所监测的“硬数据”,提出了一套大数据驱动下的精细注水方案优化方法。首先在动态观测数据的约束下,通过数据同化算法实现地质模型参数的自动拟合;根据分层注采流动关系自动识别方法计算区块分层注采井间的流动关系;采用多层多向产量劈分技术计算采油井分层分方向的产液量与产油量,量化注水效果指标;进一步通过机器学习算法评价多井分层的注水效果、分析注水调整方向;通过智能优化算法求解最优注水调整方案,进行产量预测。该方法和流程充分利用了数据驱动和机器学习算法的自动化、智能化优势,应用于中国东部某复杂断块油藏,数据模拟的拟合率可达85%,示例区块优化后12个月内的累计产油量与未优化时相比增加8.2%,能够精准指导老油田精细注水方案的设计和实施。

新型分层注水工艺高效测调技术的研究

针对传统工艺下的分层注水技术所带来的一些问题,研究并实现了一种新型分层注水高效测调技术.利用无线电能传输解决了井下狭小空间的电能供应问题;利用无线通信技术使PC机对井下各层段进行实时配注,实现了注水井的同步高效测调.新型分层注水工艺高效测调技术是在原有的常规测调注水工艺基础上进行的一次较大变革,使常规注水测调工艺带来的几个关键问题得到了较好解决.

游梁式抽油机井井下泵功图测试方法

提出了一种利用加速度传感器测量抽油泵冲程从而得到游梁式抽油机井井下泵功图的直接测试方法,并进行了实验验证和现场测试。分析了加速度传感器输出的带有冲击干扰的低频弱信号的特性,对周期信号及其漂移进行了建模分析,得出了长时间积分累计误差及其对测量结果的影响。根据消去原理设计了隔直去噪滤波器,建立了其数学模型,通过隔直去噪滤波器可将漂移分量从采集信号中分离出来。实验验证及现场测试结果表明:原始加速度数据经隔直去噪滤波器滤波和二次积分后能够得到无漂移位移信号,从而得出井下泵功图,数据测量精度在±2.0%以内,且测量误差随着冲次增大而减小;提出的井下泵功图测试方法可实现对泵效的计算和冲程损失直接测量,为游梁式抽油机工艺分析提供依据。

变论域自适应模糊的分层注水工艺控制

针对油田同步分层注水工艺具有强非线性、层间耦合强干扰、时变性、模型复杂等特点,采用传统基于模型的控制策略将导致系统不稳定、测调时间长及易出现工艺管柱憋压这一问题,提出一种新型的变论域自适应模糊控制算法,并设计了同步分层注水工艺流量调节控制器。该控制器通过伸缩因子实现论域跟随变量参数而变化,并可实现模糊控制与PID控制软切换,确保系统无超调,解决工艺管柱耦合憋压现象。单位阶跃仿真响应与现场运行实验表明,控制器适应性强,注水测调时间缩短了1/3,平均单次测调耗电节省160mAh,可长期保证注水合格率。

分层注水工艺中涡街流量计信号处理方法研究

在一体化分层注水工艺中,每个层段的流量都要精确测量,而其所需的流量计必须能长期置于井下,综合考虑选择涡街流量计作为智能分层注水工艺中的流量检测装置。但涡街流量计易于受到管道震动和流场扰动引起的噪声干扰,且注水管道在注水的过程中更容易产生干扰信号,尤其在小流量处很难分辨出传感器产生的频率信号。本文根据涡街流量计的特点,提出一种以硬件和Mallat算法相结合,处理低频段无法分辨的问题,并进行了试验验证和现场应用。实验结果表明,使用该种方法,能有效的减少噪声干扰,降低了流量计的下限,提高了精度。

大功率IGBT逆变式空气等离子切割电源的关键技术

对一种大功率IGBT逆变式空气等离子切割电源的主电路进行了原理分析与设计.从提高切割效率,减小整机体积以及加强电源可靠性的角度出发,对电源外特性、驱动电路、逆变器结构和中频变压器材质等各项电源关键技术进行了分析和讨论,并提出了相应的设计方案,使电源整机性能得到了改善,可以完成切割电流160A、切割电压150V的大功率作业要求.实验证明,该方案合理、有效,能够满足切割工艺要求.

逆变式等离子切割电源变间距模糊-PI控制

针对切割过程的强非线性及不确定性,以逆变式等离子切割电源为研究对象,提出了一种在全论域范围内带有自调整因子的变间距模糊量化算法,并与PI控制结合构成模糊-PI双模控制器。控制算法避免了冗杂的非线性系统建模过程,且本身具有优化的特性,通过模糊-PI双模控制,有效解决了传统模糊算法在提高系统稳态精度和动态性能之间的矛盾。仿真结果表明,与PI控制或模糊控制相比,所设计的双模控制器在稳态性能和鲁棒性两方面都得到了改善。

油管声波传输特性机理及应用分析

为验证声波在油管中的传播特性,获取实际井况中声波传输的频率点或频段等问题.设计了现场试验方案,并利用先导井实测数据开展油管声波传输特性应用研究,探索了以油管为信道实现无线井筒控制技术的可行性.采用800 m油管为研究对象,通过理想的油管频率方程,分析了波数k与频率f曲线,群速度频率曲线等之间的关系.先导井中以常规的2^(7/8)油管为声波信道,进行声波传播特性测试.在不同声波频率下,分析了声波在油管中传播存在的梳状滤波器特性和色散现象,并获得了800 m油管中声波传播的频率点和频率范围.所实测的声波传输数据,也可为理想模型修正提供有效依据.

逆变电源改进型重复控制器设计及仿真研究

针对恒频恒压(CFCV)逆变电源控制系统,提出了一种采用重复控制器与比例、积分、微分调节器有机结合的控制策略,以提高逆变电源在非线性负载情况下的输出电源品质。基于该控制策略,给出了重复控制器各个部分参数的详细设计方案以及比例、积分、微分调节器的系数;构建补偿器Q(z)和S(z)时,引入特殊的零相移Notch函数,对PWM型逆变电源输出电压谐波干扰进行有效抑制。利用Matlab对系统进行了仿真,结果表明该改进型方案可以保证系统具有较好的动、静态特性,稳压精度高,输出波形的谐波含量降到了1.07%,误差收敛速度大幅度提高。

基于DSP逆变式等离子切割电源的研制

研制了一台基于DSP的数字化逆变式等离子切割电源。电源系统采用双核核心控制器,以DSP-TMS320LF2407为核心处理器,以P89C54单片机为辅助处理器。DSP的3路PWM分别对斩波与逆变电路的IGBT进行驱动。通过LM35温度传感器和霍尔传感器进行实时温度和电流采样,并设计了温度及电流反馈保护电路;针对切割电源工作过程中可能会出现过电压、欠电压和过电流等问题,设计了专用的保护电路和吸收网络。实验证明,该系统控制精度高,电路简单,工作可靠。

逆变式等离子弧切割电源的建模及仿真研究

采用基于Simulink的元件仿真技术,针对逆变式等离子弧切割电源本身具有非线性、时变性及混杂性特点,建立了基于PI调节的数字化逆变式切割电源系统仿真模型。并在此基础上,完成了对电感影响测试、死区效应、负载突变及切割外特性测试等动态过程的仿真。仿真结果表明,该模型充分体现各逆变电源参数对切割工艺的影响,并进一步验证了各参数变化规律与理论分析相符,该仿真模型是分析广义非线性混杂电力系统的有效工具。

数字化逆变式等离子切割电源的研制

提出了一种基于数字信号处理器(DSP)和单片机(MCU)并行处理技术,实现数字化逆变式等离子切割电源的新方法,利用DSP高速强大的数据处理能力,实现切割参数的采样计算和相应控制算法;采用控制能力强大的单片机实现人机接口和逻辑控制.设计专用的保护电路、参数记忆电路和自动调高模块,实现对过压/过流保护、最佳系统参数匹配和割炬调整.实验数据表明,智能数字化切割电源控制性能好,可靠性高和操作灵活,大大改善了切割质量.

一种新型数字化逆变式等离子切割电源

介绍了以TMS320LF2407数据处理器(DSP)和P89C52双芯结构为控制核心的逆变式等离子切割电源系统,包括系统构成、电源主电路、控制电路和时序控制系统等。针对切割电源工作过程中可能会出现的过/欠电压、过电流等问题,设计了专用的保护电路与吸收网络。结合电源系统具有时变性和非线性的特性,阐述了软件进行输出波形控制的基本方案以及预测PI控制算法。进行了切割厚度与最佳切割速度关系实验,结果表明,以DSP和P89C52双芯结构为核心的预测PI控制逆变式等离子切割电源系统具有良好的控制性能,且电路简单,调试方便。

非晶纳米晶薄带成型设备设计

根据单辊快淬法制取薄带原理及工艺要求,提出并设计了一套全新的非晶纳米晶薄带制取设备。首先分析了非晶纳米晶薄带制取设备的机械结构,设计了制备非晶纳米晶薄带工艺流程总体方案,即以PLC为控制核心完成电气控制系统的硬件平台搭建,包括主传动电机速度控制子系统、喷包与快冷辊的间隙高度调整子系统、炉壳闭环补压子系统和坩埚倾倒子系统四部分。采用触摸屏作为人机交互界面增加柔性化设计,炉壳闭环补压子系统中引入PID控制提高喷带喷出的稳定性。实验证明,所设计的非晶纳米晶薄带制取设备满足生产要求。

HAI系列开放式多轴运动控制器开发

对实验室开发的HR I系列开放式步进、伺服电机多轴运动控制器进行了总结.介绍了以ISA总线作为数据传输通道,基于8253+8255、MCX314、LM628、DSP+LM628和DSP+CPLD技术的各种电机控制方案.探讨了其硬件关键技术和软件开发,并在此基础上对各方案进行比较.最后,对运动控制器的进一步开发进行了展望.

新型矿用逆变式快速充电电源的建模及仿真

针对研制基于IGBT的矿用逆变式快速充电电源过程中存在数学建模难度高、参数整定过程复杂等问题,采用基于Simulink的元件仿真技术,建立了常规脉宽调制控制方式下电源的非线性闭环仿真模型;并完成了恒定负载、周期性负载、非周期性负载及负载突变下系统动态响应过程的仿真.仿真结果表明:该模型可以正确反映各环节参数对系统输出的影响,是该设备电参数的优化设计和智能控制策略设计并予以验证的有效分析工具.

逆变式等离子切割电源控制策略

以逆变式等离子切割电源为研究对象,对其强非线性、时变、多变量耦合的特点及工艺要求,提出基于PID-NN算法的控制策略,从非线性受控对象建模、多工艺参数解耦、控制器加速及精度提高等方面入手,对控制器进行性能优化。通过仿真及切割实验,与传统PID控制器和单一的BP神经网络控制器进行比较,验证了该方案使系统在鲁棒性、响应速度等方面有较大的改善,切割质量得到了明显提高,证明了该控制器在处理离散事件及多变量的解耦问题的优势。