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基于机器动力学电示功图技术理论研究

王宁宁  
【摘要】:本课题得到了国家重大科技专项:大型油气田及煤层气开发“基于井筒流场的排采自适应控制技术研究与推广示范”(编号:2016ZX05042003-001)和国家自然科学基金“煤层气排采井下泵的设计技术与理论研究”(编号:51174224)的支持。该课题是在认真研究煤层气排水采气的特征与排采设备特点及适用行性的基础上,以目前采集设备的发展与采集特点为基础,按照煤层气精细降压排采的作业要求,提出了通过电动机电参数反演悬点示功图来连续、稳定、相对精确获取煤层气井排采参数的方法。首先,本文分析了煤层气分阶段排水降压排采的特点,常用排采工艺设备的使用现状,同时对煤层气井排采参数的获取现状进行了分析。通过对比分析常规油田与煤层气排采的特点,得出煤层气井需要对井底流压(动液面)等排采参数进行连续、稳定、长期的测试的结论。其次,建立了抽油机地面机械系统等效动力学模型,利用动力学的基本原理详细介绍了游梁式抽油机等效动力学模型的建立与等效动力学模型求解的方法与技巧。按照电动机机械特性曲线变化规律及模型示功图相关理论,通过等效动力学模型的正分析,给出了抽油机主机构真实运动条件下的运动与动力特性,得到了系统等效构件曲柄的角速度与角加速度真实变化规律。同理,通过抽油机等效动力学模型的逆分析,对三项异步电动机的机械特性进行了分析,建立了电动机输入功率与输出扭矩理论关系;通过对抽油机游梁与曲柄的建模与受力分析,建立了电动机的输出扭矩与悬点载荷的关系,完成了由电动机电参数经动力学系统到示功图的转化。再次,通过与现场实测示功图对比对分析,确立了影响电示功图测试精度的主要参数,其中主要包括:电动机硬度特性、减速箱高速机转动惯量、低速级转动惯量等,并给出影响参数的显著度分析数据。对现场两口井的电动机电参数进行了测试,建立了控制方程和分析程序,通过计算输入电机的功率,得到电机的输出功率和抽水机的输出功(示功图),进而与现场测试功图进行对比,吻合度可满足工程标准测试要求。


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