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1、单击此处添加标题文字单击添加署名或公司信息 LOGOLOGO油田污水处理最优控制系统研究本文从实现计算机优化控制的角度,着眼于调整油田注水开发全过程的水质特性,即根据具体油田的地化参数,调整注入水的pH值,使注水管、油管的腐蚀、结垢及地层的结垢尽可能少,研究了油田污水处理控制新技术的优化控制算法,通过现场实验,建立了多参数控制对象模型,设计出了污水处理解耦控制模型和优化控制算法LOGO背景1.油田污水不经处理直接回注地层,经过一定的化学过程,将会引起注水管、抽油管的严重腐蚀或结垢，,使地层空隙堵塞,并使造价昂贵的抽油井和注水井出现严重的事故2.对油田污水进行有效的处理,防止腐蚀、结垢和细菌的危
2、害,具有巨大的经济效益和社会效益3随着污水回注采油技术的广泛应用,对污水的处理要求也愈来愈高,其中为注水专家所共识的观点之一是变末端处理为全过程控制即动态检测井下、地面各环节的有关参数,寻求最优控制算法,及时作出控制,使污水处理效果最好,成本最低。不同油田地质特性、地化参数不同,污水性质相异,开发适合具体油田水质特性的注入水处理系统将对油田的注水水质控制有重大影响LOGO2.多参数控制模型2 2.1 1污水腐蚀和结垢倾向模型污水腐蚀和结垢倾向模型饱和度指数:Si=f(Ap,Ksp)容度积常数:KSP=f(Ti,Pi)亨利系数:fi=f(Ti,ri,Me,Li)碳酸钙的饱和pH值:pHS=f(X
3、1,X2,Ti,X3)LOGO各参数含义为:温度Ti;压力Pi;不同Ti、Pi 下的溶度积常数Ksp;成垢离子活度积(化验成垢离子浓度)Ap;原油室温下密度ri(g/ml);原油平均分子量Me;奥氏系数Li;总溶固X1;钙硬度X2;总碱度X3污水结垢倾向对不同水质评价侧重点不同,其权值由a1,a2,a3常数描述LOGO腐蚀倾向函数据已有资料分析,腐蚀倾向与污水的Fe2+、O2、HCO3-、CO2-3、HS-等含量有关,因此腐蚀倾向函数fS 近似用线性模型描述为:其中S1,S2,S3,S4,S5分别为Fe2+、O2、HCO3-、CO2-3、HS-的含量,b1、b2、b3、b4、b5 分别为腐蚀倾
4、向系数,所以污水总的腐蚀结垢倾向模型可近似描述为:LOGO根据污水的腐蚀结垢倾向模型确定注入水的pH值设定值,即注入水的pH值设定值是Y的函数pH=f(Y)在回注作业中,定时投加各种化学药剂,同时对腐蚀速率、溶解氧含量、垢厚度、细菌总量和悬浮物总量等进行现场监控LOGO控制特性模型A剂为pH值调整剂,B剂为沉降剂,C剂为阻垢剂,采用增加A剂提高污水的pH值以减少腐蚀。增加C剂减少结垢,但提高pH值虽然减少了腐蚀,却增大了结垢倾向,为使结垢率保持不变,必须增加阻垢剂C剂。增加阻垢剂却又反过来增加了腐蚀倾向,等效于使pH值减少了所以防腐和阻垢在控制上存在耦合LOGO多参数解耦控制解耦控制,是通过设
5、计解耦模型,使具有耦合作用的任意一个控制变量的变化只影响其对应的被控变量而不影响其它控制回路的被控变量,这样就把双变量控制系统分解为二个相互独立的单变量控制系统W(S):控制算法传递矩阵(为对角线矩阵),采用PID的比例控制WD(S):解耦环节矩阵W0(S):过程传递矩阵,被控对象传递矩阵LOGO解耦后模型经过解耦以后,系统之间的关联已被解除,控制算法输出的控制作用与被控量之间有一一对应的关系LOGO优化控制算法根据实测对象特性,通过实验数据的获取、分析、整理、拟合,被控对象数学模型形式为现场测取100组输入U(k)和输出Y(k)数据,辨识模型中参数A、B、C、D,求出系数矩阵如下LOGO将差
6、分方程转化为状态方程将差分方程转化为状态方程,考虑考虑 被控对象随机干扰后的状态预报方程为被控对象随机干扰后的状态预报方程为Q和R均为常数阵,由常数确定。I 为单位矩阵LOGO最优控制系统控制器算法总框图LOGO1 1.Yk Yk 为输出偏差为输出偏差=pH=pH设定值设定值-pH-pH测量测量2.2.Yk Yk 新信息量新信息量,Xk/k-1,Xk/k-1为前一时刻转移到本时刻的估计值为前一时刻转移到本时刻的估计值3 3.经卡尔曼滤波估计经卡尔曼滤波估计,由由Xk/k-1Xk/k-1即前一时刻转移到本时刻的估计值加上新即前一时刻转移到本时刻的估计值加上新信息量和卡尔曼滤波增益矩阵信息量和卡尔
7、曼滤波增益矩阵K K的乘积的乘积,得到当前时刻的估计值得到当前时刻的估计值4 4.当前时刻估计值可以用来推断下一时刻的估计值当前时刻估计值可以用来推断下一时刻的估计值,即当前时刻的估计值加即当前时刻的估计值加上最优控制量的下一时刻估计值。上最优控制量的下一时刻估计值。5 5.由当前时刻估计值、卡尔曼滤波增益矩阵由当前时刻估计值、卡尔曼滤波增益矩阵K K、最优反馈控制系数矩阵可得、最优反馈控制系数矩阵可得到当前时刻的最优控制量到当前时刻的最优控制量,最优控制量送下位机和两个前馈控制量叠加最优控制量送下位机和两个前馈控制量叠加,控制控制A A剂泵的转速和剂泵的转速和C C剂泵的转速。剂泵的转速。感谢您的关注