智能井井下流量控制器液压监控系统研究与设计

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智能井技术是一项新兴的油井生产管理系统,是智能数字化油田的重要组成部分。近些年,伴随我国油气开采技术的不断进步,滩海、深海等开采战略的实施,油气产量逐年递增,智能井凭借其智能化监测、远程控制、产能优化等特点受到了越来越多的关注。井下流量控制器是智能完井的核心部件,通过地面液压系统给定流量控制阀不同的压力信号,可以实现阀体对多产层的节流控制。本文设计了一套可以向智能井井下流量控制器提供压力源的液压监控系统以及配套的数据监测方案。首先,在分析了国内外智能井井下流量控制器液压控制系统研究现状和发展趋势的基础上,针对系统的功能需求及实际难点,提出了包含底层数据采集、地面控制系统和上位机HMI软件监控的三层体系结构。在系统整体框架设计的基础上,总结和描述了系统实现的关键技术。然后,针对系统所涉及的数据多节点采集算法和异步电机控制算法进行了较深入的研究。在液压控制系统运行现场,数据采集节点众多、数据格式多样,需要研究对应的数据格式封装和采集算法。在此背景下,提出了 CAN数据多节点封装和采集算法,算法可以对底层多数据节点进行转换、识别和远程传输。液压系统所需压力源来自系统的电机泵,电机泵向管线的加压时间由异步电机的转速决定,为了实现电机变频调速控制,在此设计电机PID控制算法。为了实现异步电机的模拟仿真,在MATLAB Simulink中建立非线性异步电机数学模型,设计PID控制算子,对比多组仿真效果,确定较优的控制参数。最后,在以上研究基础上,开发了基于PLC的智能井井下流量控制器液压系统的地面核心控制系统以及对应的上位机HMI监控软件,并依照设计样本,搭建了样机台架。通过试验结果表明,系统可以实现液压系统的智能控制,可以满足智能井井下流量控制器不同压力的供应需求,配套的液压解码器可以完成多产层、多开度的节流控制功能。方案设计合理,具有较强实用性。
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