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    • 簡介:生物柴油作為清潔可再生燃料,可以與石化柴油以任意比例調合使用形成生物柴油調合燃料,在柴油機上直接應用。柴油機燃用生物柴油調合燃料可以改善燃燒過程,降低顆粒物排放,但NOX排放有所增加,結合廢氣再循環技術EXHAUSTGASRECIRCULATION,EGR,可以達到同時降低NOX和顆粒物排放的目的。采用生物柴油調合燃料,改變了燃料的理化特性采用EGR技術,改變了缸內的燃燒環境燃料特性與燃燒環境的改變影響了顆粒物的形成,顆粒物的形貌、結構等狀態特征也會發生改變。全文共分為七章,圍繞生物柴油調合燃料缸內廢氣氛圍顆粒物的形成過程與狀態特征,采用數值模擬和試驗研究相結合的方法,重點針對缸內碳煙前驅體的形成過程、燃燒過程中的碳煙生成特性以及排放顆粒物的形貌、結構、石墨化程度、氧化活性等狀態特征開展了研究工作。建立了生物柴油柴油耦合化學動力學模型,揭示了燃燒過程中的活性自由基、乙炔、芳香烴等碳煙前驅體的形成與衍變規律基于自然發光法,提出了碳煙生成量的評價參數,探討了生物柴油與EGR對碳煙生成與氧化的作用機制通過顆粒的形貌分析,提出了表征顆粒輪廓復雜程度的評價指標研究了生物柴油調合燃料顆粒表面官能團與氧化活性的變化規律,并揭示了兩者之間的相互關系。針對不同燃燒階段的碳煙生成規律,在定容燃燒彈上,采用高速攝影,開展了廢氣氛圍下的柴油B0以及生物柴油調合燃料B20、B50的火焰發展過程與碳煙生成特性研究,采用燃燒火焰綜合亮度作為碳煙生成量的評價參數,探討了生物柴油與EGR對碳煙生成與氧化的作用機制,結果表明,采用生物柴油調合燃料,在火焰浮起長度處的氧卷吸量高于柴油,能夠提高顆粒在燃燒后期的氧化速率,減少碳煙排放量采用EGR技術,對碳煙的生成與氧化均起到抑制作用,擴散燃燒后期,燃燒火焰綜合亮度下降速率隨廢氣濃度的增加而逐漸減小,表明燃燒后期碳煙的氧化速率降低是導致其排放量增加的主要原因。搭建了柴油機性能試驗臺架,測量了排放污染物,同時對燃燒過程進行了分析,重點考察了生物柴油摻混比、EGR率對顆粒排放數量濃度的影響。結果表明,顆粒的數量濃度粒徑分布特征為雙峰對數分布相同工況下,隨生物柴油摻混比的增加,小負荷工況下的核態顆粒數量明顯增加,大負荷下的聚積態顆粒減少,與B0相比,燃用B20、B50在25%負荷下的核態顆粒數量濃度峰值分別增加了166%、828%,在75%負荷下的聚積態顆粒數量濃度峰值分別減小了335%、803%采用EGR技術,小負荷下的核態顆粒數量濃度峰值降低,大負荷下的聚積態顆粒數量濃度峰值顯著升高,顆粒的平均粒徑增大。開展了生物柴油調合燃料在廢氣氛圍下的碳煙形成過程研究,構建了包含芳香烴與碳煙形成的生物柴油柴油混合燃料耦合化學動力學模型,分析了生物柴油摻混比與EGR率對燃燒過程中的活性自由基、乙炔、芳香烴以及碳煙生成規律的影響。結果表明,采用生物柴油調合燃料會促使缸內OH自由基生成始點提前,誘導火焰提前產生,碳煙前驅體乙炔的質量分數減小,抑制了芳香烴的形成與生長,導致芳香烴苯與芘的生成量減小,碳煙質量分數逐漸降低。隨EGR率的增加,OH自由基的生成量減小而乙炔的生成量有所增加,對應的生成始點都發生后移苯和芘的生成時刻滯后,生成量明顯增加,導致碳煙的質量分數逐漸增加采用EGR技術,碳煙生成與消耗達到平衡所需的時間有所延長。針對生物柴油調合燃料顆粒物的狀態特征,采用電鏡、X射線小角散射等試驗方法,分析了顆粒群的形貌、顆粒的粒徑分布、基本碳粒子的微觀結構,提出了以計盒維數作為表征顆粒輪廓復雜程度的評價指標。結果表明,顆粒群整體呈團簇狀結構,粒徑范圍集中在20NM~80NM之間。顆粒的計盒維數隨生物柴油摻混比的增加而增大,隨EGR率的增加而減小,表明采用生物柴油調合燃料,提高了顆粒間的團簇程度,采用EGR技術會導致顆粒間的團簇程度降低。顆?;咎剂W咏Y構呈指紋狀的球形碳層結構隨生物柴油摻混比的增加,基本碳粒子的層面間距、彎曲度減小,微晶尺寸略有增加隨EGR率的增加,基本碳粒子的層面間距、彎曲度逐漸增大,微晶尺寸逐漸減小。生物柴油調合燃料在廢氣氛圍條件下會形成團簇體積較大、表面較為粗糙的顆粒。采用拉曼光譜技術,分析了生物柴油調合燃料顆粒的化學異相性、石墨化程度等參數的變化規律,結果表明,隨生物柴油摻混比與EGR率的增加,半高寬逐漸增大,顆粒的化學異相性增強顆粒的ID1IG比值隨生物柴油摻混比的增加而逐漸減小,ID3IG比值略有增大,采用生物柴油調合燃料有助于提高顆粒的石墨化程度,而對顆粒中的無定型碳含量影響較小顆粒的ID1IG、ID3IG比值隨EGR率的增加逐漸增大,采用EGR技術,顆粒的石墨化程度降低,顆粒中的無定型碳含量增加。為揭示生物柴油調合燃料顆粒表面官能團與氧化活性之間的相互關系,采用軟X射線近邊吸收光譜、熱重分析儀等測試技術,分析了顆粒表面官能團的分布規律,探討了顆粒氧化特征參數的變化規律。結果表明,柴油機顆粒表面含氧官能團COH、CO、脂肪族CH官能團的含量隨生物柴油摻混比以及EGR率的增加而逐漸增加。生物柴油調合燃料缸內廢氣氛圍顆粒的氧化活性表觀活化能介于5425KJMOL~8717KJMOL之間。隨生物柴油摻混比以及EGR率的增加,顆粒的活化能逐漸減小,表明采用生物柴油調合燃料和EGR技術均會提高顆粒的氧化活性,兩者共同作用能進一步減少顆粒燃盡所需的能量。顆粒的活化能隨著顆粒表面脂肪族CH官能團以及含氧官能團含量的增加而逐漸降低。與脂肪族CH官能團相比,含氧官能團對顆粒的活化能影響更大,是提高顆粒氧化活性的主要因素。
      下載積分: 4 賞金
      上傳時間:2022-07-26
      頁數: 170
      18人已閱讀
      ( 4 星級)
    • 簡介:越來越多的人選擇汽車出行,這必會帶來了不少問題,如日益減少的石油資源和石油需求量增加之間的矛盾,為了緩解矛盾,盡快尋找石油燃料的替代產品。乙醇柴油是柴油替代產品的一種,然而,不同廠商生產的乙醇柴油品質參差不齊,不利于乙醇柴油的推廣使用,因此,需要一種便捷的手段對乙醇柴油的品質進行檢測。本文采取了光譜診斷技術對乙醇柴油的主要指標做了研究。建立乙醇柴油品質指標的準確可靠定量分析模型,具體結論如下1以乙醇柴油為實驗目標,利用近紅外光譜(NEARINFRAREDSPECTROSCOPY,NIR)技術對乙醇柴油的乙醇含量、密度、粘度進行定量分析,采用五種預處理方法對光譜數據進行處理,并建立了最小二乘支持向量機、主成分回歸和偏最小二乘回歸三種模型。結果表明在多元散射校正平滑預處理下,最小二乘支持向量機對乙醇柴油密度、粘度、乙醇含量的建模效果最好,相關系數分別RP是09950995和0995;RMSEP分別是68104,113102和05714101。2以乙醇柴油為實驗目標,利用中紅外光譜(INFRAREDSPECTROSCOPY,MIR)技術,對乙醇柴油進行光譜采集與分析。對乙醇柴油MIR原始數據進行不同的預處理,并對光譜數據進行波段篩選,分別建立了乙醇柴油乙醇含量、密度、粘度PLSR模型,得出以下主要結論綜合比較八種變量篩選方法,發現UVESPACARSPLS對乙醇含量的建模效果最好,模型預測集的RP、RMSEP分別為0978、0825。變量篩選較原始光譜建立的模型來說,不僅模型輸入數量減少,預測效果也有所提高。3利用拉曼光譜技術,對乙醇柴油進行光譜采集與分析,對乙醇柴油拉曼光譜原始數據進行不同的預處理,并對光譜數據進行波段篩選,分別建立了乙醇柴油乙醇含量、密度、粘度PLSR模型,得出以下主要結論發現SPACARSPLS對乙醇含量的建模效果最好,模型預測集的RP、RMSEP分別為0978、0825。波段篩選出的波長變量以及建模的結果為以后設計便攜式中紅外光譜儀打下基礎。
      下載積分: 4 賞金
      上傳時間:2022-07-26
      頁數: 70
      15人已閱讀
      ( 4 星級)
    • 下載積分: 4 賞金
      上傳時間:2022-07-26
      頁數: 154
      14人已閱讀
      ( 4 星級)
    • 簡介:目前我國鋪設的輸油管道大部分已經服役了20多年,管道因腐蝕破壞而造成的泄漏事故時有發生,造成了巨大的經濟損失,嚴重的管道事故甚至會危害人身安全,因而管道的安全運行越來越受到人們的重視。如何對油田在役管道實施檢測,及時發現問題,采取補救措施,延長管道壽命,提高安全可靠性,已成為我國油田降低石油和天然氣生產成本、保護人員生命安全的關鍵所在。目前國內外在埋地管道腐蝕檢測方面已做了大量的研究,開發了各種各樣的檢測技術。在管道檢測的基礎上,對管道作出科學合理的評價,計算出管道的剩余強度,對評估管道的使用年限,制定管道的維修管理方案有重要的意義。國外在管道剩余強度評價方面已經做了深入的研究,而我國才剛剛起步。本文將對國內外目前最常用的檢測方法做介紹,對國內外研究現狀做整體的概括,重點分析管道腐蝕檢測的兩種方法“多頻管中電流法”和“金屬蝕失量法”。檢測工作的重點就是對防腐層防護性能與管道剩余壁厚兩方面進行檢測。在管道剩余強度評價上,介紹了幾種常用的評價方法,主要研究的是API評價體系,分析它對均勻腐蝕缺陷的評價流程與評價步驟。本文檢測堅持理論聯系實際,結合自己參與的某油田開展的實地檢測,將檢測方法是如何應用在實際工作中的展現給大家,對于檢測出的防腐層數據做了科學的分析,給出了評價意見,為管道檢測周期的制定提供了依據。結合檢測所得的剩余壁厚數據,根據管道的剩余壁厚計算出在役管道的剩余強度,為管道的安全運行提供了保證。文章最后運用VB60對均勻腐蝕缺陷管道剩余強度進行分級評價,編制出相應的評價軟件,為管道評價提供了操作平臺。
      下載積分: 4 賞金
      上傳時間:2022-07-26
      頁數: 93
      11人已閱讀
      ( 4 星級)
    • 下載積分: 4 賞金
      上傳時間:2022-07-25
      頁數: 64
      11人已閱讀
      ( 4 星級)
    • 簡介:油水井套管的損壞一直困擾著油田的高效開發,給油田生產帶來許多不便,甚至影響正常生產。本文通過對大港油田港西區塊的套損井建立非線性有限元模型,利用有限元軟件對常用套管的承載能力進行分析。對套管的變形形態與地應力作用大小、應力范圍之間的關系和非均勻地應力的求解進行了研究。主要研究內容和結論如下(1)建立了大港油田常用套管的有限元模型,利用有限元軟件對各種套管的承載能力進行分析。對套管的變形形態與地應力作用大小、范圍之間的關系進行了研究,得到符合大港油田實測數據的變形形態。(2)根據采集的油井數據分析得出大港油田港西地區套管變形的主要因素是泥頁巖吸水蠕變及膨脹和油層出砂。(3)給出了通過破裂壓力求取水平地應力的計算方法。為油田其他區塊套損的相關計算提供了計算依據。(4)用ANSYS中的非線性彈簧單元模擬地應力的作用,并建立了套管受壓損壞后的有限元模型,對套管的整形修復過程進行了分析模擬,得到了大港油田現有條件下可修復的套損套管范圍。(5)建立套管修復后的力學模型,對套管再次受壓變形損壞進行了預測,并與首次變形的計算結果進行了對比。(6)給出了國內外目前常用的套管整形復位工具的工作特點及適用范圍等。(7)針對港西地區具體油井套管損壞的數據,初步分析計算了用現有套管損壞整形復位工具進行修復的可行性。
      下載積分: 4 賞金
      上傳時間:2022-07-26
      頁數: 96
      24人已閱讀
      ( 4 星級)
    • 簡介:油田廣泛采用注水采油技術進行采油生產。注水泵出水管線是注水系統必不可少的設施之一,其振動直接影響到油井的穩定生產、采油質量和效率。過大的振動可能引發嚴重事故,造成重大經濟損失。因此,對注水泵出水管線的振動及其控制策略進行研究有著重大的工程意義。本文針對中國石油吐哈油田分公司某注水泵出水管線振動過大問題,以此管線為研究對象,研究了管線的振動與減振策略。首先研究了管道振動的機理,重點論述了流體壓力脈動引起的管道振動;借助BK3560測試系統對該管線的振動響應信號進行了測試與分析,獲得了管線振動的主要激勵頻率、振動源及振動較大點等信息。詳細研究了管道結構模態的有限元分析方法和試驗模態分析方法,并借助ANSYS軟件及BK3560測試系統分別對該注水泵出水管線進行了理論模態分析和試驗模態分析。在有限元方法中,建立了空管和載流管線的有限元模型,獲得了各個模型的理論模態參數,分析了流固耦合對載流管線固有特性的影響;在管線結構的試驗模態分析中,測試了該注水泵出水管線的頻響函數,識別了管線結構的模態參數。識別結果和振動響應分析結果共同表明,管線發生了二階共振。最后,對兩種分析方法的計算結果進行了比較發現,兩種方法的分析結果基本一致。在上述研究的基礎上,詳細論述了管線結構減振的一般策略,同時結合工程實際對該注水泵出水管線提出了具有針對性的減振改造策略,并運用有限元分析方法對改造后管線進行模態分析和諧響應分析,驗證了改造策略的可行性。
      下載積分: 4 賞金
      上傳時間:2022-07-26
      頁數: 59
      13人已閱讀
      ( 4 星級)
    • 簡介:杭州灣海底管道是中石化甬滬寧管網的重要子工程,也是我國孔徑最大的長距離海底原油輸送管道。由于特殊的地理自然環境,杭州灣海底管道的安全性問題是甬滬寧管網的正常運行的關鍵所在,也是中國石油化工股份有限公司以及社會各界關注的熱點。腐蝕失效是海底管道失效的主要原因之一,然而在極其復雜的海洋環境中,腐蝕又是不可避免的,因此對含腐蝕缺陷海底管道進行結構完整性研究具有重要的工程應用價值。本文的研究是“杭州灣海底管道安全運行與風險管理技術研究”項目的一部分,研究同時得到了國家高技術研究發展計劃863計劃和中國石油化工股份有限公司科技開發部資助。本文的題目是“杭州灣海底管道腐蝕失效分析及其壽命預測”,通過對含腐蝕缺陷的海底管道的結構完整性評定的研究,得出杭州灣海底管道的安全狀況,并通過對不同失效模式下的腐蝕剩余壽命的研究,為管道的運行和維護提供決策依據。本文的主要研究內容及部分結論如下1分安全系數PSFS法作為一種簡便的處理結構完整性評定中參數不確定性的方法,有效地減少了評定過程中所需評定參數的數量和計算的工作量,仍然具有較強的工程應用價值。本文分析了API579和BS7910的分安全系數的來源,給出了基于一次二階矩法FOSM的分安全系數求解方法,實例表明該方法能簡便有效的計算出相應的分安全系數值。2面型缺陷是海底管道在服役過程中最常見的缺陷類型,也是最危險的一種缺陷,本文基于BS7910的基本原理利用分安全系數對管道中常見的焊縫表面環向裂紋進行了評定,給出了含不同裂紋尺寸時杭州灣海底管道的安全可接受性。評定結果表明杭州灣海底管道的三條并行管道Ψ2731MM,Ψ7112MM和Ψ762MM的裂紋臨界深度值分別為31MM,31MM和26MM以Α2C01為例。3本文根據DNVRPF101的體積型缺陷評定的分安全系數法對杭州灣海底管道可能出現的體積型缺陷進行評定,并給出了含不同尺寸的凹坑缺陷時杭州灣海底管道的安全工作壓力。評定結果表明杭州灣海底管道的三條并行管道Ψ2731MM,Ψ7112MM和Ψ762MM的凹坑臨界深度值分別為46MM,58MM和20MM以凹坑長度L200,寬度C20為例。4根據DNVRPG101以及應力腐蝕試驗的結果,確定了杭州灣海底管道的體積型缺陷及應力腐蝕裂紋的擴展速率,并在此基礎上運用概率安全評定的方法,對杭州灣海底管道的腐蝕失效概率的變化趨勢進行了計算,對剩余壽命做出了預測。結果表明三條并行管道Ψ2731MM,Ψ7112MM和Ψ762MM均勻腐蝕的剩余壽命分別為111年、120年和109年;管道SCC剩余壽命分別為32871小時、40985小時和39217小時以無損檢測中發現裂紋的Α2C01、ΑB002為例。
      下載積分: 4 賞金
      上傳時間:2022-07-26
      頁數: 116
      10人已閱讀
      ( 4 星級)
    • 簡介:添加柴油降凝劑生產低凝柴油,可使部分蠟油餾分深度切割成為柴油餾分,拓寬了柴油餾程,節約了資源;同時具有操作靈活簡便、費用低、見效快,保留高十六烷值的蠟組分等特點,是一種增產高品質柴油的有效方法,對于提升我國煉油企業的國際競爭力具有重要的作用。本論文主要研究以下兩部分內容第一部分針對蘭煉生產的柴油的特點,采用溶液聚合法制備丙烯酸酯苯乙烯馬來酸酐三元共聚物作為柴油降凝劑。運用正交分析法篩選出最佳工藝條件單體配比N丙烯酸酯N苯乙烯N馬來酸酐911,引發劑用量為原料總質量的08%,反應溫度90℃,反應時間8小時,最佳條件下制備的降凝劑收率為6415%,加劑量為01%質量比時,蘭煉生產的三種柴油的凝點分別降低了10℃、5℃、7℃,具有良好的降凝效果。同時提出了降凝劑的生產工藝過程,對主體反應設備進行了設計型計算,為降凝劑的工業化生產提供了依據。第二部分為了克服濃硫酸作為催化劑帶來的弊端,研制了SO42ZRO2TIO2固體酸催化劑代替濃硫酸作為丙烯酸酯合成的催化劑。結果表明固體酸的最佳制備條件是05MOLL1硫酸浸泡6H,550℃焙燒3H,ZRTI原子比為025。將催化劑用于丙烯酸酯的合成,酯化率可達926%,高于未加入TIO2的SO42ZRO2催化劑。
      下載積分: 4 賞金
      上傳時間:2022-07-27
      頁數: 63
      24人已閱讀
      ( 4 星級)
    • 簡介:地處偏僻的油田單井油罐的多液位自動檢測和計量是油田生產中迫切需要解決的問題,本文針對單井油罐,研究開發了油罐氣油界面和油水界面的多液位遠程監控系統。本文對國內外液位檢測理論與技術進行了認真的研究,在此基礎上,設計了油罐多液位監控系統,包括由液位傳感器和檢測電路構成的液位檢測系統、完成數據采集與控制功能的單片機系統、無線遠程通信系統和上位機數據處理系統。在液位檢測系統中,改進了傳統的電容式液位傳感器,設計了多液位測量的分段式電容液位傳感器和電容檢測電路;單片機系統以AT89C51單片機為核心,可以完成分段電容和溫度等數據的采集、傳輸及油罐閥門的自動控制;無線遠程通信系統以GPRS網絡、INTER公網為橋梁,主要完成單片機系統和上位機的數據傳輸;在上位機數據處理系統中,建立了油罐多液位BP神經網絡預測模型,利用神經網絡自學習功能和強大的泛化功能,提高了液位測量精度和系統實時性,除此之外,該系統還可以完成報警、信息轉發、存儲、打印、顯示及對下位機的遠程監控等功能。通過實驗研究,證明了油罐多液位遠程監控系統的可行性、先進性、可靠性及實用性。
      下載積分: 4 賞金
      上傳時間:2022-07-26
      頁數: 65
      16人已閱讀
      ( 4 星級)
    • 下載積分: 4 賞金
      上傳時間:2022-07-26
      頁數: 61
      17人已閱讀
      ( 4 星級)
    • 下載積分: 4 賞金
      上傳時間:2022-07-26
      頁數: 67
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    • 簡介:隨著人類社會的發展,化石燃料的消耗量逐漸增大,化石燃料的價格也逐漸升高,能源緊張和環境污染問題,正一步步的制約著中國經濟的發展。所以,人們對替代燃料的需求越來越強烈。生物質資源是一種清潔的可再生資源,而通過生物質裂解、液化等技術,可以將生物質資源轉化為生物燃料或者高附加值化學品。中國作為農業生產大國,伴隨著農業生產,產生出大量的副產物,而作為農業生產副產物的農作物秸稈中存在著大量的生物質資源,對于農作物秸稈中的生物質資源的開發和利用,也越來越受到研究者的關注。因此,本文就以棉花秸稈作為生物質原料,分別通過生物質微波裂解、液化技術,轉化為液化產物,并對產物進行分析后進行分離,然后確定產物中主要成分進行模型化合物的催化加氫實驗,從而達到提高產物品質、創造高附加值化學品的目的。1以棉花秸稈為原料,采用微波輔助裂解技術將棉花秸稈轉化為生物油。通過響應面中心組合回歸實驗,優化了微波輔助裂解技術棉花秸稈的最佳工藝條件粒徑為過20目篩、微波吸收劑2G、波功率1800W,反應時間235分鐘,反應溫度為550℃。實際生物油產率最高為3247%。對產物進行分析,得知生物油中主要含有酚類、羧酸類和芳香族化合物。2為進一步增加生物油產率,研究了不同催化劑對棉花秸稈裂解生物油的產率的影響,研究認為用質量分數為10的磷酸預處理,加入氯化鈉的量為8,此混合催化劑對棉花秸稈生物質裂解制備生物油比較有利,在微波功率1900W,裂解溫度500℃,裂解時間30MIN條件下,生物油的產率達到了4551。對棉花秸稈生物油進行成分分析,發現生物油含有酚、醛、酯、羧酸、酮、醇、呋喃類等物質,其中酚類物質相對含量最高。3以棉花秸稈為原料,選擇乙二醇為液化劑,濃硫酸和對氨基苯磺酸混合催化劑,采用微波輔助直接催化液化技術對棉花秸稈進行液化。采用響應面優化實驗得到的最佳工藝條件為功率為600W、對氨基苯磺酸為5、濃硫酸為25、反應溫度140℃、微波時間25MIN、液料比151,在此最佳工藝條件下液化產率為9454。并對產物進行分析后,發現主要產物有酚類、長鏈脂肪酸、長鏈脂肪酸酯、油酸等。4對生物油產物采用溶劑分離法進行分離,再經過GCMS分析后得知生物油中主要化合物有酚類、酮類、酸類、酯類、脂肪族化合物、醛類等,其中酚類化合物所占比例最高。大量含氧官能團的存在,導致生物油,含氧量增高、酸性增加、品質下降,需要對生物油進行催化加氫等相應的改性處理,以降低氧的含量和油的黏度,從而提高生物油品質。5以苯酚作為生物油的模型化合物,在高壓固定床中進行了催化加氫脫氧實驗,以苯酚的轉化率和環己烷的選擇性作為指標,通過單因素實驗研究了各因素對苯酚催化加氫脫氧的影響,并得出了最優反應條件20NIHZSM5分子篩為催化劑,反應溫度為220℃,氫氣壓力為4MPA,進料速度為01MLMIN。在此條件下,最優的苯酚轉化率為9993,環己烷選擇性為9807。
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    • 簡介:有桿抽油系統在油田采油中占主導地位,是油田能耗的主要組成部分,其運行效率一直備受關注。采用傳統游梁式抽油機是有桿抽油系統效率低下的重要原因。受限于游梁抽油機曲柄搖桿的非線性傳動方式,盡管出現了各種改進型游梁抽油機,其驅動功率不平衡、電機負載率低、效率低下、工作參數調整困難、體積大質量重等一系列缺點一直存在,并限制了其通過長沖程低沖次運行提高有桿抽油系統效率的能力。因此一系列無游梁式抽油機得到了研發與應用。本文針對提高有桿抽油系統運行效率的目標,嘗試將直驅電液技術應用其中,研發了線性平衡驅動的液壓抽油機,研究了直驅電液系統的懸點提升位移跟蹤控制,并基于井下系統工作動態提出了有桿抽油系統節能運行控制策略,實現了原油開采的節能增效。這些研究為有桿抽油系統效率提升與直驅電液系統應用研究提供了支撐,具有重要的實際應用與學術研究價值。本文根據采油懸點載荷的特點,從驅動速度平衡與驅動力平衡角度分析了減小抽油機裝機功率、提高電機負荷率進而提高抽油機效率的方法,并由此設計了平衡效果好的直驅電液抽油機。為實現僅可獲帶噪聲位移量測信號且受未知干擾的直驅電液抽油機懸點提升跟蹤控制,本文研究了量測噪聲環境下的系統狀態觀測與未知干擾估計方法,進而設計了帶干擾補償的自適應切換增益滑??刂破?。在連續時間滑??刂破鞯幕A上,考慮工業控制器的采樣控制特性,設計了位移跟蹤離散時間滑??刂破?。在研究高效直驅電液抽油機與懸點提升控制的基礎上,進一步研究了有桿抽油系統的節能運行控制。建立了包括抽油桿柱和抽油泵在內的井下系統動態仿真模型,分析比較了不同浮力處理方法在抽油桿柱動態模型中的效果,求解了基于等摩擦功原理的抽油桿柱波動方程粘性阻尼系數。利用井下系統模型仿真比較了油井含氣量與懸點運動對抽油泵工況與懸點載荷的影響。進一步考慮油層供油動態,仿真分析了不同采油沖次下油井產油量與系統能耗效率的變化。最終提出了基于抽油泵充滿度控制的采油節能控制策略,并設計了由懸點功圖求解井下泵充滿度的方法。論文的主要結構如下第一章,論述了有桿抽油系統節能增效的研究背景及意義,概述了有桿采油系統的工作原理、國內外采油效率研究現狀以及液壓抽油機的研發現狀,并介紹了直驅電液技術的相關研究進展,最后提出了課題的主要研究內容。第二章,介紹了直驅電液抽油機的設計、仿真分析與樣機功能性試驗。給出了本課題液壓抽油機的載荷與沖程沖次等主要性能指標。設計了懸點提升曲線及液壓驅動與功率平衡方案,并對帶氣體蓄能的直驅電液系統方案進行了具體設計與器件選型。仿真驗證了所設計液壓抽油機的性能,并對樣機進行了輕載掛重的連續運行試驗與傳動效率分析。第三章,針對直驅電液抽油機僅位移可測且帶隨機噪聲,存在系統參數不確定性及未知負載力擾動下的懸點提升位移跟蹤問題,設計了連續時間滑??刂破?。結合電機矢量控制與液壓動態建立了直驅電液系統的動態模型。比較了基于滑模觀測器、跟蹤微分器與KALMAN擴張觀測器的狀態觀測與干擾估計效果。設計了基于理想切換增益的切換增益自適應律。仿真與實驗比較了控制算法的性能。第四章,研究了直驅電液抽油機懸點提升采樣控制時的離散滑??刂破?。討論了離散滑模趨近律問題,分析了準滑模帶寬與干擾補償誤差的關系,研究了給定降維系統性能下的滑模面設計方法。分析了前步干擾補償可能導致的系統不穩定,并提出在滑??刂破鬏敵雠c系統輸入間引入一階輸入濾波器,分析了引入輸入濾波器后系統的穩定性判斷方法。第五章,建立了包括三維定向井抽油桿柱與抽油泵在內的井下系統聯合仿真模型,給出了其數值求解方法,并利用仿真模型比較了油層含氣量和不同懸點運動曲線對采油作業的影響。討論了抽油桿柱動態模型中不同浮力處理方法的影響與效果,以及基于等摩擦功求解了的其等效粘性阻尼系數。第六章,研究了供采匹配問題,提出了有桿抽油系統節能控制策略。聯合油井流入動態與井下系統模型仿真了不同沖次時的供采平衡狀態。分析了沖次提高對油井產油量與井下系統效率的影響。提出了維持一定泵充滿度的采油效率優化控制策略。對優化控制策略中的抽油泵充滿度判斷問題,研究了基于泵端位移載荷曲線一階、二階導數的判斷方法。第七章,對本文的主要研究工作和結論進行了總結歸納,闡述了本文的創新點,并對下步研究工作進行了展望。
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