潛油電機溫度場數(shù)值模擬與溫度辨識技術研究.pdf

1、潛油電泵機組現(xiàn)廣泛應用于我國大型油氣田的開采工程中,復雜惡劣的地下工況要求潛油電機必須具備足夠的耐高溫環(huán)境能力,以保證機械采油設備及系統(tǒng)的可靠性;同時精確、先進的深井下電機溫升軟測量技術、遠程監(jiān)控技術亦是提高潛油電泵機組的壽命和工作可靠性的根本保證。
　　以往人們對潛油電機的溫升特性分析并沒有形成系統(tǒng)的方法,本文以我國各大油田開采后期普遍存在的高溫高壓負面效應為背景,在解決油田潛油電泵機組能耗高、高溫過壓故障不確定性及現(xiàn)場監(jiān)測不便

2、性等工程問題基礎上,綜合考慮了油井井筒及油田工況特征,建立了潛油電機溫升特性的分析理論及有限元仿真分析方法。同時根據某型號潛油電機溫度辨識系統(tǒng)平臺,形成了高精度溫度辨識的關鍵技術,并深入研究了特定溫度辨識條件下的電機轉矩混沌振蕩發(fā)生機理與影響因素。
　　首先,根據熱交換理論建立了油井井筒內流體與潛油電機間的熱量傳遞數(shù)學模型,進而聯(lián)合流體力學理論分別確立了油井井筒內的溫度場,井軸處溫度場、地層內產層和圍巖處溫度場的控制方程及其相應的

3、初始條件和邊界條件。考慮到油水兩相流動特征,并給出了滲流速度與壓力間的對應關系。實例分析表明,依據所提算法可實現(xiàn)油井溫度場的高精度數(shù)學反演。
　　其次,為解決鎧裝電纜參數(shù)攝動及長線傳輸對潛油電機溫度辨識的影響,研究了潛油電泵機組的熱力學建模方法?；谌S溫度場有限元分析理論與潛油電機深井工況特性,依次建立了油井井下的傳熱井筒、油井井軸、產層和圍巖的有限差分方程和邊界條件,結合潛油電機實體幾何模型,建立了其三維有限元模型,并完成了三

4、維溫度場仿真計算,計算結果與實測結果表明了方法正確性與有效性。
　　另外,為開發(fā)高精度潛油電機溫度在線辨識關鍵技術,基于最小二乘法理論及靈敏度分析理論,提出了以轉子槽諧波頻率計算轉速,并由潛油電機狀態(tài)方程確定轉子電阻,最終辨識轉子溫升的理論方法。基于TMP-A溫度巡檢儀檢測某型號潛油電機溫度辨識平臺,將快速Fourier變換、MALLAT小波快速算法和HHT信號分析理論相結合進行了軟件濾波算法研究。試驗結果表明,該改進算法對轉子溫

5、升參數(shù)的辨識精度高。
　　最后,為有效延長潛油電機的壽命與檢測周期,降低傳統(tǒng)直流注入法在潛油電機溫度辨識中的負面效應影響,本文提出了應用直流注入瞬間采樣數(shù)據進行長時段內溫度辨識監(jiān)測方案。通過電壓、電流波形和直流偏移量的計算估計定子電阻,進而得到電機定子溫度。試驗研究了潛油電機混沌振蕩電流現(xiàn)象及相關影響因素,由此詳細分析了混沌振蕩電流與電機定轉子極限溫升間定量關系。
　　本研究可為潛油電機的耐高溫環(huán)境防護設計和可靠性設計提供理