基于數(shù)據(jù)挖掘的油田機(jī)采過程建模及節(jié)能優(yōu)化

【摘要】：油田既是產(chǎn)能大戶，也是耗能大戶，抽油機(jī)是油田生產(chǎn)的主要耗能設(shè)備，其耗電量占油田用電量的45%左右，與此同時(shí)抽油機(jī)的系統(tǒng)效率也不高，目前只有25%左右。如何實(shí)現(xiàn)油田抽油機(jī)的增產(chǎn)節(jié)能是目前油田研究的一個(gè)重要內(nèi)容。隨著數(shù)字化油田的發(fā)展，井上、井下都布置了監(jiān)測裝置，對許多工況參數(shù)進(jìn)行了離線或在線監(jiān)測，并通過無線通信把這些監(jiān)測數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)測站。油田企業(yè)在長期的采油過程中，涉及了各種類型抽油機(jī)、及許多井上和井下工況，因此，積累了豐富詳實(shí)的工況參數(shù)和能耗數(shù)據(jù)。為此，本文擬從數(shù)據(jù)挖掘的角度出發(fā)，以抽油機(jī)采油過程為研究對象，對抽油機(jī)采油系統(tǒng)的增產(chǎn)節(jié)能進(jìn)行研究。 首先，在深入學(xué)習(xí)抽油機(jī)采油過程的基礎(chǔ)上，研究抽油機(jī)負(fù)載不斷變化時(shí)，工藝變量的變化情況，選出所有可能影響增產(chǎn)節(jié)能的工藝變量，并選取一定時(shí)間段的樣本數(shù)據(jù)，通過人工去噪等數(shù)據(jù)處理方法，最終得到有效的研究樣本。 其次，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性逼近能力，獲得抽油機(jī)采油系統(tǒng)的初始模型，接著利用擴(kuò)展卡爾曼濾波的思想，建立基于擴(kuò)展卡爾曼濾波（EKF）的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值和閾值的迭代學(xué)習(xí)方法，從而使抽油機(jī)采油時(shí)變系統(tǒng)的模型具有自適應(yīng)性，實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)采油系統(tǒng)的自適應(yīng)遞歸建模，構(gòu)建基于EKF的自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并對此模型進(jìn)行檢驗(yàn)。 再次，以EKF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立的抽油機(jī)模型為基礎(chǔ)，以模型的兩個(gè)輸出——產(chǎn)量和用電量為指標(biāo)，運(yùn)用多目標(biāo)進(jìn)化算法非支配排序遺傳算法（NSGA-II）對工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到一個(gè)帕累托（Pareto）最優(yōu)解集。 最后，考慮到NSGA-II優(yōu)化的結(jié)果不是一個(gè)最優(yōu)解，而是Pareto前沿上的一組解，不便于油田工程師選擇，本文進(jìn)一步研究Pareto解集的決策模型，先用有序加權(quán)平均算法（OWA），再用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)融合專家經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)而選出Pareto解集中綜合性能最好的解。 通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，與樣本平均值比較，用電量與平均值比較降低3.53%，產(chǎn)量提高了6.59%，證實(shí)了該方法的可行性和有效性。 【關(guān)鍵詞】：抽油機(jī)采油系統(tǒng) 建模優(yōu)化 EKF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) NSGA-II 有序加權(quán)平均算法
【學(xué)位授予單位】：西安石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TE933.1;TP311.13
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 緒論8-13
• 1.1 課題的研究背景及意義8-9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-11
• 1.2.1 傳統(tǒng)的抽油機(jī)節(jié)能方法9-10
• 1.2.2 基于智能方法的抽油機(jī)節(jié)能方法10-11
• 1.3 論文的主要工作11-12
• 1.4 本文的技術(shù)路線12-13
• 第二章 抽油機(jī)的工作原理13-16
• 2.1 游梁式抽油機(jī)系統(tǒng)淺析13-14
• 2.2 抽油機(jī)能耗分析14
• 2.3 影響系統(tǒng)效率的主要因素14-16
• 2.3.1 地面設(shè)備14-15
• 2.3.2 井筒條件15
• 2.3.3 生產(chǎn)參數(shù)15
• 2.3.4 管理15-16
• 第三章 基于 EKF 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的抽油機(jī)采油系統(tǒng)動態(tài)演化建模16-30
• 3.0 引言16-17
• 3.1 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性逼近方法17-19
• 3.1.1 逼近特性簡介17-18
• 3.1.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的函數(shù)逼近18-19
• 3.2 Kalman 濾波19-21
• 3.3 EKF 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)抽油機(jī)采油系統(tǒng)建模21-23
• 3.4 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析23-29
• 3.4.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取23-24
• 3.4.2 EKF 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)確定24-25
• 3.4.3 抽油機(jī)采油過程 EKF 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模25-29
• 3.5 小結(jié)29-30
• 第四章 基于 NSGA-II 算法的抽油機(jī)節(jié)能多目標(biāo)優(yōu)化30-45
• 4.1 引言30
• 4.2 非支配排序算法30-36
• 4.2.1 多目標(biāo)優(yōu)化算法簡介30-31
• 4.2.2 Pareto 解集的概念31-32
• 4.2.3 快速非支配排序遺傳算法（NSGA-II）32-36
• 4.3 基于 NSGA-II 的油田抽油機(jī)采油過程參數(shù)優(yōu)化36-37
• 4.4 基于 OWA 和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的 Pareto 前沿決策模型37-39
• 4.4.1 OWA 算子37-38
• 4.4.2 基于 OWA 的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型 Pareto 決策38-39
• 4.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析39-44
• 4.5.1 決策參數(shù)優(yōu)化39-42
• 4.5.2 Pareto 解集的決策模型42-44
• 4.6 小結(jié)44-45
• 第五章 全文總結(jié)及展望45-47
• 參考文獻(xiàn)47-50
• 致謝50-51
• 附錄51-52
• 詳細(xì)摘要52-62

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淺析“電氣節(jié)能措施”在石油化工企業(yè)的應(yīng)用    趙瑛;

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無基礎(chǔ)抽油機(jī)側(cè)面抗風(fēng)能力的分析與計(jì)算    吉效科;高長樂;林泉;孫存文;程愛國;

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基于功圖飽滿度的抽油機(jī)無線閉環(huán)調(diào)控技術(shù)    楊杰;劉曉壘;侯錦麗;胥毅;張自強(qiáng);

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淺談數(shù)字化抽油機(jī)事故風(fēng)險(xiǎn)與防范    陽忠華;李躍;

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通過抽油機(jī)尾平衡改造提高系統(tǒng)效率    南北杰;王科;丁金崗;馮永宏;任佩華;

抽油機(jī)節(jié)能裝置有較大普及空間    通訊員 寧海利

大慶油田自主研發(fā)國內(nèi)首臺全平衡抽油機(jī)    記者 王志田

油田自主研發(fā)國內(nèi)首臺全平衡抽油機(jī)    王智瑋　記者 幸福

大慶采三抽油機(jī)降型試驗(yàn)取得重大突破    記者 王志田 通訊員 崔英春

新型抽油機(jī)井口居中移機(jī)裝置甩掉“黑大褂”    耿愛紅

抽油機(jī)井成組變頻測控技術(shù)    

唱響“三部曲”打好服務(wù)牌    記者　陶文忠 通訊員　孫士龍

從“耗能大戶”到“節(jié)能大廠”    張士維

營造氛圍挖掘更大效益    特約記者 張士維

勝利油田：“創(chuàng)新工作室”讓員工創(chuàng)新成效倍增    顧永強(qiáng)

抽油機(jī)井系統(tǒng)效率的數(shù)值模擬分析與試驗(yàn)研究    葉鵬

抽油機(jī)井油管失效機(jī)理及事故預(yù)防的研究    趙啟成

偏心柔性抽油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)    李曉東

抽油機(jī)井優(yōu)化運(yùn)行理論研究    趙洋

遠(yuǎn)程監(jiān)測抽油機(jī)井工況智能診斷技術(shù)    王科科

基于直流供電配置的抽油機(jī)變頻群控系統(tǒng)研發(fā)    于祥春

基于電流檢測的抽油機(jī)井故障診斷機(jī)制研究    賀聯(lián)勤

1100型寬帶式抽油機(jī)的設(shè)計(jì)    李偉

棘輪換向節(jié)能式抽油機(jī)設(shè)計(jì)與研究    馬健強(qiáng)

無功換向智能抽油機(jī)研究    孫慶紅

抽油機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)與綜合評價(jià)技術(shù)開發(fā)研究    崔臣君

新型抽油機(jī)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)與分析    李云峰

基于嵌入式系統(tǒng)的抽油機(jī)遠(yuǎn)程示功儀設(shè)計(jì)    文波