抽油杆变频电加热技术的研究与开发

论文摘要

随着世界稠油开采量的不断增加,稠油的黏度高、流动性差已成为制约稠油开采的主要问题,稠油黏度对温度的敏感性使得加热成为稠油开采的主要方法。目前各大油田通常大都采用空心抽油杆电加热方法,它具有加热均匀、成本低等的优势。但是目前广泛使用的工频电加热装置,普遍存在着加热效率低、电耗大、功率因数差和用电三相不平衡等缺陷。本论文针对目前工频和中频电加热存在的问题,研究开发一种中低频组合变频加热装置,充分发挥中、低频加热各自的优势,提高加热效率和稠油采收率。本课题在对变频加热电源的多种控制方案进行分析、总结和比较的基础上,提出了了一种中低频组合变频电加热控制方法,以高性能单片机87C196MH作为控制核心,对空心抽油杆变频电加热装置的主电路和硬软件控制系统进行了设计、仿真和研发实现。该系统主要包括交-直-交变频主电路,检测与保护控制单元,单片机控制系统,键盘及显示单元和驱动单元等。该装置输出的中低频电压、频率分别独立可调,用户可以根据不同的井况进行灵活参数设置,使中、低频加热作用独立可调,达到节能增效的目的。在系统保护方面,还结合IGBT的驱动电路特点,提出了集中过流保护和分散过流保护相结合的保护方案,使装置可靠性大大提高。系统所增设的远程通讯功能,通过上位机可以对系统运行状态进行网络化监测,修改系统参数,操作安全方便。通过数字仿真和样机试验结果验证本系统方案及控制方法的正确性与可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 稠油的特性及开采方法
• 1.2 课题研究的目的及意义
• 1.3 稠油井电加热技术的研究现状及发展趋势
• 1.3.1 空心抽油杆工频电加热
• 1.3.2 空心抽油杆中频电加热
• 1.3.3 空心抽油杆低频电加热
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 空心抽油杆电加热原理及应用
• 2.1 中频交流电加热的基本原理
• 2.1.1 集肤效应
• 2.1.2 邻近效应
• 2.1.3 涡流效应
• 2.1.4 磁滞效应
• 2.2 低频交流电加热的基本原理
• 2.3 系统负载的等效电路
• 2.3.1 低频负载模型
• 2.3.2 中频负载模型
• 第3章 变频加热装置的系统方案设计
• 3.1 系统总体设计方案
• 3.2 主回路的工作原理
• 3.3 控制方式选择
• 3.3.1 中低频组合控制的理论分析
• 3.3.2 中低频组合控制仿真
• 3.4 调功方式选择
• 3.4.1 低频输出调功方式
• 3.4.2 中频输出调功方式
• 第4章 变频加热装置硬件电路设计
• 4.1 单片机控制单元
• 4.1.1 单片机控制单元的功能
• 4.1.2 87C196MH 单片机简介
• 4.1.3 参数存储电路
• 4.1.4 RS485 串行通讯电路
• 4.1.5 看门狗设计
• 4.2 驱动电路设计
• 4.3 故障检测及保护电路设计
• 4.3.1 电压检测保护
• 4.3.2 电流检测保护
• 4.4 键盘及显示单元
• 第5章 控制系统的软件设计及实验结果
• 5.1 系统软件设计
• 5.2 系统软件流程分析
• 5.2.1 主程序控制流程
• 5.2.2 中断服务控制流程
• 5.2.3 故障处理控制流程
• 5.2.4 键盘处理控制流程
• 5.2.5 串行通讯控制流程
• 5.3 系统实验及结果分析
• 5.3.1 实验系统的构成
• 5.3.2 实验波形及数据分析
• 结论
• 参考文献
• 致谢