稠油集输控制系统优化与仿真研究

论文摘要

稠油其物性差,胶质含量高、粘度大、携沙严重,使用常规设备脱水效率低,能耗大,也给稠油集输控制带来较大的困难。尤其是在稠油开发后期,含水含沙率增大,来液量不稳定,对稠油集输监控系统的稳定性提出了更高的要求。稠油集输控制系统的优化设计研究依托中国石化河南油田分公司第二采油厂稠油联合站改造项目,分析研究井楼稠油联合站集输系统的工艺流程和系统优化措施,提出监控内容和控制要求。讨论监控系统的结构,软、硬件的实现,提出系统存在的问题,并针对这些问题对监控系统进行优化设计,提高系统的可靠性和稳定性。监控层由单主机变为双机热备冗余,传输层由MPI变为PROFIBUS_DP总线,控制层通过软件和硬件两方面提高控制系统的可靠性。控制策略的优化,首先介绍常规PID控制器的原理和参数整定原则,用实验的方法分析得出：在油水分离过程中压力液位变量强耦合,液位控制过程非线性,常规PID控制不能满足稠油集输的控制要求。然后引入模糊控制理论,分析模糊控制器的结构,根据四相分离器液位控制的要求,提出采用模糊自适应PID控制代替常规PID控制。最后建立数学模型,利用Simulink工具和模糊工具箱对常规PID控制和模糊自适应PID控制策略进行仿真对比,以及现场验证。最后得出通过模糊自适应PID控制的应用,提高了稠油集输工艺的控制水平,改善了系统的可靠性。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景、意义及必要性
• 1.1.1 课题背景
• 1.1.2 选题的意义及必要性
• 1.1.3 课题来源
• 1.3 国内外集输系统自动化发展状况
• 1.3.1 国外油田自动化发展状况
• 1.3.2 国内油田自动化发展状况
• 1.4 本文的主要内容
• 第二章 稠油集输工艺分析与监控要求
• 2.1 概述
• 2.2 井楼稠油联合站集输工艺流程
• 2.3 四相分离器
• 2.3.1 工作原理
• 2.3.2 四相分离器特点
• 2.3.3 系统优化措施
• 2.4 井楼稠油联合站集输系统监控内容
• 2.5 井楼储油联合站集输系统控制内容
• 2.6 本章小结
• 第三章 稠油集输监控系统的分析
• 3.1 稠油集输监控系统的构成
• 3.2 稠油集输监控系统的功能
• 3.3 稠油集输监控系统硬件配置
• 3.3.1 工控机配置
• 3.3.2 监控层配置
• 3.4 稠油集输监控系统软件分析
• 3.4.1 监控系统软件结构
• 3.4.2 人机界面软件
• 3.4.3 控制层软件
• 3.5 存在的问题
• 3.6 本章小结
• 第四章 稠油集输监控系统的优化设计
• 4.1 传输层的优化设计
• 4.1.1 PROFIBUS现场总线
• 4.1.2 PROFIBUS-DP技术特点
• 4.2 监控层的优化设计
• 4.2.1 冗余备份技术
• 4.2.2 双机热备冗余
• 4.2.3 基于稠油集输监控系统的双机设备实现
• 4.2.4 双机热备组态设置
• 4.3 控制层的优化设计
• 4.3.1 电源的抗干扰优化
• 4.3.2 输入输出信号的优化
• 4.3.3 软件的优化
• 4.4 优化设计的系统结构与软件结构
• 4.5 本章小结
• 第五章 稠油集输系统控制策略的分析与优化
• 5.1 系统控制策略分析
• 5.1.1 PID控制原理
• 5.1.2 PID控制参数整定
• 5.1.3 四相分离器的PID控制分析
• 5.2 模糊控制理论
• 5.2.1 模糊控制概述
• 5.2.2 模糊控制的主要特点
• 5.2.3 模糊控制器
• 5.3 四相分离器液位的模糊自适应PID控制器
• 5.3.1 四相分离器液位模糊自适应PID控制器的结构
• 5.3.2 四相分离器液位模糊自适应PID控制算法原理
• 5.3.3 四相分离器模糊自适应PID控制器的设计
• 5.4 四相分离器模糊自适应PID控制算法在PLC中实现
• 5.5 本章小结
• 第六章 控制策略的仿真与现场应用
• 6.1 仿真概述
• 6.2 模糊控制策略仿真环境
• 6.3 四相分离器数学模型
• 6.4 模糊控制策略仿真结果
• 6.5 模糊控制策略现场应用
• 6.6 本章小结
• 第七章 总结
• 7.1 本文结论
• 7.2 本文创新点
• 7.3 论文的不足与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的论文
• 硕士学位论文详细摘要