专利名称：一种抽油机与电机优化匹配的系统节能及评价方法
技术领域：
本发明涉及一种抽油机与电机优化匹配的系统节能及评价方法，尤其是针对井况、抽油机、节能电机及节能控制系统的优化匹配的系统节能及其评价方法，属于油田节能领域。
背景技术：
近年来，各科研院所、抽油机及辅助设备的制造厂家针对油田开发的现状，以节能降耗为目的，在抽油机结构原理、电动机动力特性和电控技术等方面开展了大量的研究。随着节能设备在油田的推广与使用，实践发现，由于抽油机井的工况和节能产品的节能原理不同，其节能效果差异很大。为此国内油田于1999年开始，在模拟试验井上开展对抽油机及配套产品单项节电效果评价，共评价多次上百种产品。但在同一口抽油机井上是否应用的节能产品越多节能效果越好，多种节能产品同时应用能否获得线性叠加的效果及各种节能产品该如何配置才能取得最佳的经济效益一直没有定论。通过在油田多年的现场实践，发现不同的井下工况、不同的抽油机、不同的电机组合成抽油系统后，其节能效果并非简单的叠加，甚至节能抽油机与节能电机组合反而费能; 同一种电机在不同的油井节能效果大不相同，同一口井不同的节能电机节能效果也不同， 井况、抽油机及节能电机存在复杂而精细的匹配关系，只有研究清楚这种关系，才能达到总体节能效果最佳的目的。因此，井下工况、抽油机、电机三者之间存在的紧密影响的动力耦合联系，寻找出三者之间相互影响的规律，准确描述和仿真运行时的工作情况，是解决这一问题的关键。从检索到的文献与专利上看，国内外对抽油系统优化匹配和仿真尚无全面系统的研究，无法形成完整的评价体系和匹配节能仿真方法，难以应用到实际中。而对不同井况 (抽油杆)、抽油机、电机以及控制系统之间复杂的耦合动力关系的准确仿真及其方法，以及据此指导抽油机和电机的选配、进行新型专用节能电机的设计、智能节能控制系统的研制等，将成为未来该领域的研究及发展趋势。石油行业是耗电大户，是推广“抽油机系统节能”的重点行业，因此本发明符合国家节能、减排政策，符合国家经济建设的要求。
发明内容
针对现有技术的缺点与不足，本发明提出一种抽油机与电机优化匹配的系统节能及评价方法。采用计及振动和摩擦载荷，建立井口悬点载荷的精确数学模型，建立常用抽油机与电机的动力数学模型，形成整个抽油系统的耦合变速动力模型。建立现场抽油机参数数据库，以及不同节能产品的原理参数数据库。在实施节能措施时，针对每一口井的具体参数，在相同井况、相同的产量下，以日耗电量最低为目标，在节能抽油机与节能产品的多种匹配关系中，计算出一组最节能的匹配关系；并进行多种节能原理的叠加计算分析，考虑经济性指标，最终提出该井的最佳节能方案。所述技术方案如下
本发明的一种抽油机与电机优化匹配的系统节能及评价方法，其特征在于，所述方法包括抽油系统的耦合变速动力模型，各种抽油机型号的参数数据库，以及不同节能产品的原理参数数据库，通过将每口井的不同井况带入抽油系统的耦合变速动力模型，与不同的节能产品进行组合计算，来进行节能与评估方案的实施。本发明的一种抽油机与电机优化匹配的系统节能及评价方法，其特征在于，所述的抽油系统的耦合变速动力模型是由计及振动和摩擦载荷后的井口悬点载荷的数学模型、 抽油机的动力数学模型以及电机的动力数学模型耦合而成，同时考虑异步电机滑差引起的微小速度变化。本发明的一种抽油机与电机优化匹配的系统节能及评价方法，其特征在于，所述的抽油机型号的参数数据库和不同节能产品的原理参数数据库，采用的是开放式结构，可根据参数变化进行更新，也可追加新的型号和结构参数。本发明的一种抽油机与电机优化匹配的系统节能及评价方法，其特征在于，实施节能措施时，需要针对具体的某一口井，先把其井况和抽油机参数输入抽油系统的耦合变速动力模型，然后在相同井况、相同的产量下，以日耗电量最低为目标，计算出抽油机与节能产品的多种匹配关系的节能效果。本发明的一种抽油机与电机优化匹配的系统节能及评价方法，其特征在于，抽油机与节能产品的匹配计算可以进行多种原理的叠加分析，并根据总体成本与合成节能效果的关系，考虑经济性指标。本发明的一种抽油机与电机优化匹配的系统节能及评价方法，其特征在于，在具体的油井确定后，井况参数确定，可利用数据库中的抽油机型号和电机型号，进行该井的节能优化匹配分析，为抽油机、电机和节能控制系统的选配、评估提供依据。本发明的一种抽油机与电机优化匹配的系统节能及评价方法，其特征在于，所述的系统可用于对批量已投产的油井分别进行计算分析，以对油井节能状况进行效能评估， 或对不同节能产品进行适用性评估。本发明的一种抽油机与电机优化匹配的系统节能及评价方法，其特征在于，所述的系统可用于对井况、抽油机、电机等设备全部选型完毕后，各部分参数变化引起的节能效果进行计算分析，并提供最优运行参数，为油井离线或在线智能调参提供依据。本发明提供的技术方案的有益效果是采用计及振动和摩擦载荷，建立井口悬点载荷的精确数学模型，建立常用抽油机与电机的动力数学模型，形成整个抽油系统的耦合变速动力模型，这是本发明各种实施应用的理论基础。建立抽油机参数数据库和不同节能产品的原理参数数据库，在具体实施时，带入上述的耦合变速动力模型中，同时带入井况参数，实现每口井的具体建模。在相同井况、相同的产量下，以日耗电量最低为目标，进行多种匹配组合关系的仿真计算。考虑经济性指标，可提出该井的最佳节能方案，为油田节能设备的选型提供科学依据，进而形成完整的评价理论体系。可形成优化选配及智能调参软件， 在新井电机设备选型、运行井的优化匹配评估、以及运行中的最优化节能参数调整等方面为企业提供有效可行的参考意见，达到细化节能的目的；通过紧密耦合的井况、抽油机、电机三者动力特性分析，得到运行时扭矩的特有的动力学规律，从而对新型的、与不同抽油机相匹配的专用节能电机和节能控制系统的设计提供理论指导，从而进一步提高整体节能效^ ο
无。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的实施方式作进一步地详细描述。本发明的核心是建立抽油系统的耦合变速动力模型，并根据应用场合和条件建立常用的抽油机参数数据库和不同节能产品的原理参数数据库。抽油系统的耦合变速动力模型是通过理论分析和实验验证的方法，建立抽油机与电机运动特性数学模型，以及抽油机与电机耦合运动的勻速及变速模型，从而实现对整个系统的准确仿真。包括1)建立通用的抽油机与电机运动特性数学模型。根据不同抽油机与电机组合特点，考虑抽油机井况及所受的摩擦载荷、振动载荷等多种因素影响，建立抽油机与电机运动特性数学模型；2)建立通用的抽油机与电机耦合模型。根据电机特点，考虑电机转差率、转动惯量等因素影响，建立勻速和变速运动的耦合模型；根据实测电流曲线和示功图数据及传动比对模型进行校正，以使数学模型更能吻合实际运行状态；3)节能控制系统的作用最终是要反应到对电机的运行控制上，节能控制系统的理论模型即是电机的不同控制运行方式模型。从而建立节能控制系统的理论模型。上述的模型建立后，通过现场的多口井实测参数，进行对比分析，校正相关参数，提高仿真的精度，从而形成最终的基础模型。各种抽油机、电机、节能控制原理的模型及数据库均采用开放式的结构，即可以根据需要随时添加新的模型，以满足不同场合的需要。在建立上述基础模型和数据库基础上，形成本发明的各种实施实例。实施例1
在新井进行节能设备选型时，需要先把该井的井况参数输入抽油系统的耦合变速动力模型，然后将数据库中的多种抽油机、电机和节能控制系统分别组合，在相同井况、相同的产量下，以日耗电量最低为目标，计算出多种匹配关系的节能效果。抽油机与节能产品的匹配计算可以进行多种原理的叠加分析，并根据总体成本与合成节能效果的关系，考虑经济性指标。最后，根据各种匹配关系的日耗电量排序关系，结合经济性指标，提供最佳的抽油机和节能产品组合选型方案。实施例2:
对于已运行井，需要评估其设备节能选配是否合理、是否有节能改造空间等情况时，可将该井的井况参数输入抽油系统的耦合变速动力模型。首先计算出目前正在运行设备的日耗电量等指标，以此作为基本指标。然后将数据库中的多种抽油机、电机和节能控制系统分别组合，在相同井况、相同的产量下，以日耗电量最低为目标，计算出多种匹配关系的节能效果。这时的计算仍然要考虑多种节能原理的叠加，经济性指标也仍作辅助指标。最后，将匹配计算的结果与上述基本指标进行对比分析，结合经济性和改造的投资回收期等，评价其节能选配的是否合理，是否需要或可以进行节能改造、更换设备等。针对多口井，还可据此形成相应的节能评价体系。实施例3
对于某一种节能抽油机、节能电机或节能控制原理，由于井况的不同直接影响其节能效果，无法用实际安装的方式评价其总体节能效果。因此可以在抽油系统的耦合变速动力模型中，采用此设备，其他设备相同，通过多口井的不同井况参数变化的方式，来模拟该设备安装到不同井上的节能效果，从而进行该节能设备的综合性能评价。以此类推，采用同样的一批典型井况，换上不同的节能设备，还可以进行不同产品的综合性能对比，以及适用性分析等；例如有的设备适用于轻载、有的适用于重载，根据评价结果实施，从而充分发挥各种产品的节能效果。实施例4
本发明可用于对井况、抽油机、电机等设备全部选型完毕后，各部分参数变化引起的节能效果进行计算分析。即在所有设备不变的情况下，改变该井的运行参数，如冲次、平衡度等，以吨液耗电最小作为优化目标，进行参数优化计算，得到最优运行参数，为油井离线或在线智能调参提供依据。从而指导节能调整，使每口井都能基本运行在节能效果最优的位置，达到总体最大的节能效果。以上所述仅为本发明的较佳实施实例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种抽油机与电机优化匹配的系统节能及评价方法，其特征在于，所述方法包括抽油系统的耦合变速动力模型，各种抽油机型号的参数数据库，以及不同节能产品的原理参数数据库，通过将每口井的不同井况带入抽油系统的耦合变速动力模型，与不同的节能产品进行组合计算，来进行节能与评估方案的实施。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的抽油系统的耦合变速动力模型是由计及振动和摩擦载荷后的井口悬点载荷的数学模型、抽油机的动力数学模型以及电机的动力数学模型耦合而成，同时考虑异步电机滑差引起的微小速度变化。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的抽油机型号的参数数据库和不同节能产品的原理参数数据库，采用的是开放式结构，可根据参数变化进行更新，也可追加新的型号和结构参数。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，实施节能措施时，需要针对具体的某一口井，先把其井况和抽油机参数输入抽油系统的耦合变速动力模型，然后在相同井况、相同的产量下，以日耗电量最低为目标，计算出抽油机与节能产品的多种匹配关系的节能效果。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，抽油机与节能产品的匹配计算可以进行多种原理的叠加分析，并根据总体成本与合成节能效果的关系，考虑经济性指标。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在具体的油井确定后，井况参数确定，可利用数据库中的抽油机型号和电机型号，进行该井的节能优化匹配分析，为抽油机、电机和节能控制系统的选配、评估提供依据。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的系统可用于对批量已投产的油井分别进行计算分析，以对油井节能状况进行效能评估，或对不同节能产品进行适用性评估。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的系统可用于对井况、抽油机、电机等设备全部选型完毕后，各部分参数变化引起的节能效果进行计算分析，并提供最优运行参数，为油井离线或在线智能调参提供依据。
全文摘要
本发明涉及一种抽油机与电机优化匹配的系统节能及评价方法，计及振动和摩擦载荷，建立井口悬点载荷的精确数学模型和抽油机与电机的动力数学模型，从而形成整个抽油系统的耦合变速动力模型。结合抽油机参数与不同节能产品的参数数据库，针对每一口井的具体参数，在相同井况、相同的产量下，以日耗电量最低为目标，在节能抽油机与节能产品的多种匹配关系中，计算出一组最节能的匹配关系；并进行多种节能原理的叠加计算分析，考虑经济性指标，最终提出该井的最佳节能方案。该方法可为油田节能设备的选型提供科学依据；为油井在线智能调参使节能效果最优，以及研制节能效果更好的抽油机、电机和控制系统，达到整体节能效果最优提供了方法和依据。
文档编号G06Q10/00GK102306341SQ20111020674
公开日2012年1月4日 申请日期2011年7月22日 优先权日2011年7月22日
发明者于长胜, 刘健, 周封, 唐树斌, 王丙全, 王晨光, 郝婷 申请人:周封, 哈尔滨理工大学