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气液柱状旋流式多相流量计监控系统研究

作　者: 郑凯华
导　师: 俞立
学　校: 浙江工业大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: GLCC多相流量计 模型预测控制 支持向量机 稳定性 监控软件
分类号: TE938
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 21次
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内容摘要


气液柱状旋流式(Gas Liquid Cylindrical Cyclone, GLCC)多相流量计是一种高效分离式多相流计量装置,目前已广泛用于石油和天然气产量的单井或分队连续计量。GLCC流量计的性能依赖于气液分离效果,通常采用PID技术实现气液分离控制。当油气井多相流产生较大波动时,气液相的相互作用将严重影响GLCC的分离效果,进而影响流量计的有效运行。另一方面,油井产量预测是油田开发决策的基础和动态优化分析的重要内容,但现有GLCC计量系统侧重对油、气、水三相流量的统计,缺少对油井产量的综合分析与预测功能。因此,研究以分离优化控制和油井产量预测为主要内容的GLCC多相流量计监控系统,对提升多相流计量水平和油气田优化运行能力具有重要的应用价值。针对GLCC多相流量计多变量、强耦合和大时滞的特点,本文结合模型预测控制和支持向量机技术,研究GLCC分离优化控制和油井产量预测方法,设计GLCC多相流量计监控系统,实现分离器液位优化控制、油井产量统计与预报和运行状态实时显示。本文的主要工作和成果如下：1.要将预测控制作为GLCC多相流量计的主要控制方法,首先要保证预测控制算法的稳定性。针对系统多变量的特点,考虑多变量线性系统增量预测控制策略,研究其稳定性问题。通过定义新的性能指标,引入Lipschitz条件、弱能控性和稳态问题强对偶性假设,将二次型性能指标变换为新性能指标,建立闭环系统的Lyapunov函数,从而得到增量预测控制策略的闭环稳定性结论。通过以GLCC多相流量计为被控对象的仿真,验证了本章方法的有效性,同时证明了将预测控制作为GLCC多相流量计主要控制策略的可行性。2.对支持向量机的理论基础及其原理进行了简单介绍,针对已有预测方法在样本数量有限的情况下存在的诸多预测问题,将支持向量机算法应用于油井产量预测。仿真结果表明该算法能很好的实现预期效果。3.在上述成果基础上,设计气液柱状旋流式多相流量计监控系统软件。将预测控制算法作为主要控制方法并进行工程化实现,采用支持向量机原理对油井产量进行预报,并将运行状态实时显示。运行结果表明系统在控制及监测方面达到预期效果。论文通过仿真验证了所提出算法的有效性,通过实验验证了系统的可靠性。最后,对全文进行总结,对进一步的研究提出一些展望。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第1章 绪论  11-19
  1.1 GLCC简介  11-13
  1.2 国内外研究现状  13-17
    1.2.1 GLCC控制方案  13-14
    1.2.2 预测控制及其软件研究现状  14-16
    1.2.3 GLCC监控软件现状  16-17
  1.3 论文内容和章节安排  17-19
    1.3.1 论文内容  17
    1.3.2 论文章节安排  17-19
第2章 多变量增量预测控制的稳定性分析  19-28
  2.1 引言  19
  2.2 问题的描述与准备  19-20
  2.3 稳定性分析  20-24
  2.4 仿真实例  24-27
  2.5 小结  27-28
第3章 基于SVM的油井产量预测  28-37
  3.1 引言  28
  3.2 支持向量机的理论基础  28-31
    3.2.1 机器学习问题的表示  28-29
    3.2.2 经验风险最小化原则  29
    3.2.3 VC维  29
    3.2.4 结构风险最小化原则  29-30
    3.2.5 核函数  30-31
  3.3 支持向量机  31-33
    3.3.1 支持向量分类机(SVC)  31-32
    3.3.2 支持向量回归机(SVR)  32-33
  3.4 SVM在油井产量预测的应用  33-36
    3.4.1 数据采集及预处理  33-34
    3.4.2 选取核函数及模型最佳参数  34-35
    3.4.3 SVM预测与结果分析  35-36
  3.5 小结  36-37
第4章 GLCC监控系统设计与实现  37-64
  4.1 引言  37
  4.2 监控系统总体设计  37-39
    4.2.1 软件设计原则  37
    4.2.2 软件开发工具  37-38
    4.2.3 软件总体结构  38-39
  4.3 GLCC预测控制模块  39-54
    4.3.1 软件主要功能  39-40
    4.3.2 GLCC预测控制模块组成  40
    4.3.3 各部分设计与实现  40-50
    4.3.4 模块测试  50-54
  4.4 GLCC油井产量预测模块  54-60
    4.4.1 软件主要功能  54
    4.4.2 软件具体实现  54-60
  4.5 GLCC运行状态与数据显示模块  60-63
    4.5.1 测量点信息显示  60-61
    4.5.2 报警设置与显示  61-62
    4.5.3 通信设置与显示  62-63
  4.6 小结  63-64
第5章 结论与展望  64-66
  5.1 结论  64
  5.2 展望  64-66
参考文献  66-69
致谢  69-70
攻读学位期间参加的科研项目和成果  70

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中图分类: > 工业技术 > 石油、天然气工业 > 石油机械设备与自动化 > 油气开采机械设备 > 油气开采机械化、自动化
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