60000字硕士毕业论文基于遗传算法的机械采掘井电气设备配置优化设计研究

论文类型：硕士毕业论文

论文字数：60000字

论点：油田,节能,设备

论文概述：

通过研究分析认为，机采井电气设备的组合不合理是造成系统效率降低的主要原因。电气设备在彼此配合协同工作时所消耗的能量大于最初的设备产品设计的目标值

论文正文：

第一章导言

1.1研究背景
在深化国有企业持续改革和中国加入世界贸易组织对环境的影响中，降低生产成本、实现生产效益最大化是每个企业的共同目标。此外，降低能耗是企业降低生产成本的最有效措施之一。经过近50年的开发建设，大庆油田初步建成了全国最大的企业配电网。该油田大约有3万口机械生产井在使用。据近年统计，油田的耗电量约占原油产量的30%，由此可见，虽然油田是一个大的能源生产单位，但同时也消耗了大量的能源。为了提高配电设备的效率，降低设备的能量损耗，油田配电网采用了大量的机械采井节能配电设备。然而，通过多年机械采井的实际运行，发现节能配电设备在协同工作时消耗的能量大于原设备产品设计的目标值，使得节能产品的效率和节能产品的使用没有得到充分利用。
通过设备的改进和技术创新，这些节能配电设备单独运行时具有低损耗、高效率的优点，但它们联合运行时形成的配电系统实际运行点不能满足每台设备在损耗最低、效率最高的工作点运行的要求，从而使油田配电系统的总功率损耗不是最小值。换句话说，变压器、电机、配电控制箱和抽油机等节能电气设备的不合理组合，导致了[1井节能设备的节能效果不尽如人意。为了实现油田可持续发展的战略目标，降低生产成本，提高油田开发的经济效益。
近年来，针对油田开发现状，以节能降耗为目标，抽油机及辅助设备的研究者和制造商对抽油机的节能特性、电机特性和电控技术进行了大量研究。开发和生产了各种类型的节能抽油机、节能电机和控制箱。其中，节能抽油机:继偏置抽油机之后，引进了双驴头抽油机、低偏置杠铃抽油机和摆杆抽油机等新型节能游梁抽油机。节能电机:在原有Y系列电机的基础上，开发了高、中转差电机、双速双动力电机、三速三动力电机、稀土永磁电机和油田专用交流伺服电机。随着油田节能降耗工作的普及，节能设备在油田的实际应用中逐渐形成了一定的规模，在使用数量上有逐渐超过常规抽油机的趋势。这使得油田工程师和技术人员在制定采油计划时难以选择和应用节能产品。根据油田的具体井况，哪种节能抽油机适合该井况，哪种节能电机适合该井况，或者哪种节能抽油机与节能电机的匹配方式更适合该井况，这类问题已成为采油工程师[2]的难题。
在现有的有杆泵抽油系统中，生产前根据常规方法选择泵送设备，为稳定的液体抽取留下很大的负荷余量。然而，随着生产层主次矛盾的变化，许多油井采取了堵水等控水措施，导致产液量大幅下降，“大马小车”现象和系统效率下降，导致泵送系统功耗增加。因此，有必要定期检测这种泵送系统的日常功耗。当有大幅度增加时，有必要更换电机以适应现有的工作状态，使泵送设备在最佳节能状态下工作。在这种情况下，也有必要研究抽油机与电机之间的匹配问题。综上所述，油田采油工程设计和老井节能改造都必须根据油田井况的特点，合理选择匹配抽油机和电机，使整个泵送系统处于最佳节能状态。研究了节能抽油机和节能电机的优化选择。研究节能抽油机与节能电机最佳匹配的方法主要有三种:理论计算法、实验研究法和计算机模拟法。本文的研究工作采用理论计算和计算机模拟相结合的方法，[3]。

1.2项目研究的目的和意义
迄今为止，机械采油井中的电气设备仍然是油田最重要的能耗产品，但现有电气设备仍存在许多问题，还有许多工作需要做。电气设备的机械性能没有得到很好的发展，也没有达到最佳工作状态。有些型号的电气设备使用寿命短，设备老化严重，产品更新困难。在各种配电设备的运行过程中，抽油机、电气设备等系统的效率很低，造成了大量的浪费。与其他国家的电气设备相比，仍有一定差距。机械化矿井电气设备系统效率低的主要原因是电气设备选型不当。然而，由于油田机械采井配电网中电气设备种类繁多，各种电气设备组合繁多，如何从众多组合中选择最佳组合是设备选型和采购决策的难点之一。因此，有必要重视机械开采井电气性能的评价和电气设备的优化，以提高现有机械开采井的系统效率。为了解决这一问题，本课题开发了一套油田机械采油井电气设备选型优化管理系统，为油田设备的应用和选择提供了技术支持。

1.3国内外研究现状
迄今为止，国内外许多专家学者对降低油田功耗、降低投资成本、提高设备工作效率进行了深入的研究和分析，积累了大量宝贵的知识和工作经验。还有许多电气工人和石油工人对机械生产井的电气评价和设备选择进行了深入研究。其中一些人比较了机械采油井的局部电气性能，一些人从抽油机技术适应性的角度进行了研究，另一些人分析了定性理论数据和实际应用[4，5]。并在一个方面取得了许多成就。然而，不同的机械采油方法对电气设备的电气特性有不同的要求，电气设备的适应性也不同，兼容性达不到预期效果。根据大量文献研究，油田配电网和配电设施节能降耗的研究主要体现在以下几个方面:
1.3.1新抽油机的使用
目前，抽油机仍然是机械采油设备应该拥有的最重要的设备，也是油田所有设备的主要用电设备。其功耗约占油田设备总功耗的40%,系统效率不高。根据研究数据的统计，大约是30%。大庆油田经过近50年的发展，抽油机老化问题相当严重。据统计，大庆油田已使用15年以上的抽油机有6000多台，约占抽油机总数的20%。由于设备老化，设备能耗高，利用率低，后期维护成本高。

1.4本课题的研究思路和主要内容............................13-15
第2章电气设备的电气性能评估............................15-26
2.1机械采矿井电气性能评价原则............................15-16 [/BR/] 2.2电气设备的节能特性............................16-19
2.3电气性能评估的数学模型............................19[/比尔/ ] 2.4电气设备的数学模型............................19-25
2.5本章概述............................25-26
第三章优化算法的理论分析............................26-30
3.1优化算法介绍............................26-27 [/BR/] 3.2优化计算数学模型的建立............................27-29 [/BR/] 3.3............................29-30
第四章基于遗传算法的优化设计............................30-36 [/BR/] 4.1遗传算法的基本结构和流程............................30-33 [/BR/] 4.2优化计算软件设计............................33-35
4.3本章概述............................35-36
第5章软件设计和电气性能测试............................36-45
5.1设计基本理念............................36
5.2编程流程图............................36-37
5.3建立配电设备数据参数文件的软件设计............................37-38
5.4电气设备各部件的运行试验............................38-43
5.5本章概述............................43-45
第6章管理系统软件设计说明............................45-55
6.1软件操作环境要求............................45
6.2数据文件及其存储地址............................45-46
6.3软件操作............................46-47
6.4优化计算软件的操作............................47-51 [/BR/] 6.6本章概述............................54-55

道结

通过研究分析，认为机械生产井中电气设备的不合理组合是系统效率降低的主要原因。电气设备相互配合时消耗的能量大于原设备产品设计的目标值，因此节能产品的功效和节能潜力在产品使用中没有得到充分发挥和利用。因此，提高配电设备的效率，降低设备的能量损耗是研发设计者的共同追求。本课题在前人研究成果的基础上，对机械采井电气设备的电气特性分析、优化算法理论分析、系统优化设计等方面进行了深入研究。取得了以下研究成果:
(1)根据电气性能评价的原理和机械矿井配电设备的电气性能，建立了电气性能评价的数学模型，包括各电气设备的数学模型和综合电气性能评价的数学模型。通过分析抽油机和电气设备常用数据和机械井电气设备系统动态参数，利用机械井电气设备优化控制系统进行现场模拟试验。通过控制和调整运行参数的组合，使机械井整体抽油机系统处于最佳组合工作状态，提高了机械井抽油机系统的效率。
(2)根据机械开采井的工况，建立优化系统的数学模型，确定目标函数。在系统分析系统运行状况的基础上，结合标准井测得的配电设备运行功耗和机械采井示功图，按照独立节能改造或实施节能措施的原则，将整个机械采井系统划分为抽油机、电机、变压器、控制柜等单元模块。通过对各模块节能原理和节能特性的理论和实验研究，建立了优化系统经济运行的多目标优化数学模型。

参考

[1]赵玉华，王杰，白晓东等.大庆老油田更好的节能技术[J]。石油规划和设计。2000年3月。
[2]赵鹏飞。油田抽油机节能方法及解决方案综述[。科技信息，2007，10: 96-67。
[3]李强。王严嵩。油田电网节能配电变压器节能效果分析[。《电气时报》，2008，3: 62-63。[/比尔/] [4]武卫东、王群宁、金东明等。大庆油田抽油机节能潜力分析，[，石油规划与设计。2007年，1: 25-26。[/BR/] [5]张强，于传聚，刘晓东等。油田油井高效节能供电方案研究[J]。DSM，2006，8: 410-413。[/比尔/] [6]陈皮章。电动机节能技术。北京:科学出版社，1989: 186-224。[/比尔/] [7]李强，王严嵩。油田电网节能配电变压器节能效果分析[。《电气时报》，2008年。3:62-63
[8]邵阎正，机械采油方法优化综合评价研究[D]。哈尔滨:哈尔滨工程大学，2004。
[9][玉兰油田和胜坨油田机械采油方法优化研究。华东:中国石油大学，2007。
[10]杨海涛。新型节能抽油机的设计[。机电一体化，2006 (11): 71-73。