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【6h】

基于分布式光纤的稠油井筒模拟实验装置开发

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第1章前言

1.1课题来源及研究意义

1.1.1课题来源

1.1.2课题研究意义

1.2课题国内外研究现状分析

1.2.1稠油热采井井下环境分析现状

1.2.2分布式光纤在测井中的应用现状

1.2.3模拟井筒研究进展

1.3课题研究的主要内容及难点

第2章注蒸汽稠油热采井井下环境分析

2.1蒸汽吞吐过程

2.2井筒热传导机理

2.3井筒总传导系数的计算

2.3.1井筒总传导系数的计算方法

2.3.2井筒总传导系数计算程序

2.4注入过程中井筒温度及压强的计算

2.4.1各参量计算公式

2.4.2注入过程中井筒温度压强的迭代算法

2.5模型的验证

2.5.1基本数据

2.5.2计算结果

2.6注入蒸汽过程中敏感性分析

第3章稠油井筒模拟实验装置设计

3.1模拟实验装置的设计要求

3.2稠油井筒模拟实验装置整体设计

3.2.1模拟井筒实验装置的组成

3.2.2模拟井筒釜体的设计

3.3压力控制系统部分

3.3.1压力手动操作

3.3.2模拟井筒填充介质的选择

3.4恒温循环部分

3.4.1恒温循环器结构组成

3.4.2温度控制系统的硬件组成

3.5温度控制系统的算法设计与仿真

3.5.1执行部分的数学模型

3.5.2 PID控制

3.5.3模糊控制系统的组成及原理

3.5.4模糊控制器设计

3.5.5参数自整定模糊PID控制器设计

第4章压力控制系统的设计

4.1压力自动控制系统组成

4.2压力控制系统数学模型的建立

4.2.1各分立元件建模

4.2.2压力控制系统开环传函的建立

4.2.3压力控制器的设计

4.2.4压力闭环传函与仿真结果

4.3温度变化对压力影响的控制

4.3.1温度对压力的影响状况

4.3.2温度变化与压力的关系

4.4温度对压力的干扰的控制与仿真

4.4.1系统仿真原理图

4.4.2仿真结果与分析

第5章模拟实验装置数据采集系统的设计

5.1数据采集系统的硬件设计

5.1.1数据采集系统组成

5.1.2传感器的选型

5.1.3 JR485转换器

5.1.4智能仪表及其接线设计

5.2数据采集系统通讯的实现

5.2.1 VB开发系统及MSComm控件

5.2.2仪表通讯的实现

5.2.3仪表通讯程序的实现

5.3数据库的建立与图形界面的实现

第6章实验结果及分析

6.1稠油井筒模拟实验装置

6.2实验装置性能

6.2.1压力精度实验

6.2.2温度精度实验

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢

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摘要

井筒中的温度和压力是评价注蒸汽热力采油效果的重要参数,而井下温度和压力的测量一直是油藏监测中的难题,传统电子传感器难以在复杂恶劣的井下环境中长期稳定地工作。近年来发展起来的基于布里渊散射的分布式光纤传感测量是一种有广阔应用前景的测量技术,本文设计了一套稠油井模拟井筒地面实验装置,用来满足布里渊散射分布式光纤测井所需的实验环境要求。 本课题在分析注蒸汽热力采油工艺特点的基础上,深入研究了注入蒸汽过程中井下环境特点,并根据传热综合模型、汽水两相流流动状态,建立了井筒的蒸汽温度、压力的数学模型,采用数值迭代的方法,对模型进行了求解,并用一个计算实例进行了验证。 根据对模拟实验环境的要求,研制了一套稠油井筒模拟实验装置,包括模拟井筒釜体、压力控制系统、恒温循环系统三部分。釜体选用内外三层的结构形式,以增压器获取所需高压,以外循环恒温槽控制温度,井筒内压力和温度连续可调、可控,实现对井下压力和温度环境的模拟。 针对温度控制系统的大惯性和滞后特性,重点研究了温控系统可选用的控制算法。建立好温控模型后,利用Matlab的Simulink开发环境和模糊逻辑工具箱对PID控制、模糊控制和参数自整定模糊PID控制三种方案进行研究和仿真分析,通过比较得到了最佳控制方案为参数自整定模糊PID控制。 完成了模拟实验装置的压力自动控制系统的方案设计。执行机构采用电液伺服的力控系统,并对各分立元件建模,得出压力控制系统的数学模型。同时考虑了温度变化对压力的影响,将温度对压力的影响作为压力控制中的干扰量引入到模型中,并验证了所设计的压力控制系统的稳态特性。 最后利用MSComm控件在VB6.0环境下实现串行通信的方法,借助智能仪表提供的标准接口,为模拟实验装置设计了配套的数据采集管理系统,实现装置与计算机之间的高速可靠通讯,并可实现对数据的操作、管理等一系列功能。

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