1 實現(xiàn)能效系統(tǒng)的三大技術(shù)突破
1.1 研制出多參數(shù)測控裝置
將研制出的低成本高可靠性的“井況”測量傳感器放置井下,節(jié)能增效井口測控裝置放置地面；特別是系統(tǒng)介入了變頻、饋電節(jié)能措施后，能很好地實現(xiàn)產(chǎn)能和電能的合理配置。
系統(tǒng)采用嵌入式軟件結(jié)構(gòu)，自適應(yīng)的軟件測控原理、數(shù)據(jù)采集同步、網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)傳通訊等實用技術(shù)，通過對井下高溫度、高壓力下工作的電潛泵機組的環(huán)境參數(shù)和自身的電參量的在線采集、處理、分析和判斷，實現(xiàn)自適應(yīng)測量和控制，同時也能實現(xiàn)各種故障下的全線速動，快速切除各種故障模塊或單個電機，并能在瞬時性故障切除后自動恢復(fù)工作，保證非故障機組長期安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟地運行。
1.2 實現(xiàn)實時的最優(yōu)控制決策軟件
本系統(tǒng)采用了反映波形畸變程度的短數(shù)據(jù)窗波形識別算法、正交濾波算法、小矢量提取等算法。因泵況、工況或井況發(fā)生異�；蚬收系乃查g，其物理特性對應(yīng)的電流、電壓信號包含衰減的直流分量和諧波分量等暫態(tài)分量的變化，其波形發(fā)生畸變，嚴(yán)重影響快速測控的性能。由于快速測控采用基于短數(shù)據(jù)窗的算法，為克服波形畸變對測控性能的影響，本項目采用反映波形畸變程度的短數(shù)據(jù)窗波形識別算法，計算出波形畸變程度，據(jù)此修正測控或保護的判據(jù)，從而提高其保護性能。
1.3 提供信息發(fā)布軟件系統(tǒng)
本系統(tǒng)建立一套強大的綜合性的利用地質(zhì)資料和測試資料反映油藏開發(fā)狀況的分析處理與遠(yuǎn)程信息分析發(fā)布軟件系統(tǒng)。本系統(tǒng)使得有關(guān)的地質(zhì)人員（油藏工程師）能在桌面上高效率地直接使用各種測試資料和地質(zhì)資料，并通過這些資料可靠地定量和/或定性地判斷儲層動態(tài)使用狀況和注水受效評價，直觀地反映井間連通狀況、注采平衡和措施效果等信息。
2 項目關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)
本項目由井下多傳感器，井口測控部分和同軸信號傳輸電纜構(gòu)成。井口測控裝置的核心部件采用TMS320F2812數(shù)字信號處理器。利用其先進的內(nèi)部和外設(shè)結(jié)構(gòu)使得該處理器特別適合各電器參量的測量、電機及其運動狀態(tài)的控制。井下多傳感器實現(xiàn)了單片控制器系統(tǒng)（SOC）與AD采集模塊的組合；軟件采用自適應(yīng)測控技術(shù)，將測量裝置的多傳感器（主要完成流量、壓力、溫度、含水、密度等信號的采集、處理和編碼）系統(tǒng)和井口測控裝置合二為一，融合測控電力調(diào)頻。各流水線參量變換時間最小60 ns，單位變換200 ns；井口裝置使用改進的eCAN 2.0B接口模塊可以完成系統(tǒng)到遠(yuǎn)程的通訊。
2.1采用分布式井口就地低壓無功補償技術(shù)
在用電設(shè)備最近點進行無功功率補償和諧波濾除，有效降低上級電網(wǎng)的補償壓力，同時進一步降低傳輸損耗。該方法通過提高功率因數(shù)、改善電壓質(zhì)量、降低線路輸送電流、降低線路損耗電量、消除電網(wǎng)諧波，從而實現(xiàn)節(jié)能降耗。
2.2 針對泵況，變頻調(diào)速
根據(jù)電機轉(zhuǎn)速公式：n=60 f(1-s)/p 可知，電機轉(zhuǎn)速n與頻率f 成正比，只要改變頻率f即可改變電動機的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f 在0-50 Hz的范圍內(nèi)變化時，電動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬，變頻調(diào)速就是通過改變電動機電源頻率實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的。主要是采用變頻調(diào)速控制后，控制系統(tǒng)可根據(jù)系統(tǒng)“泵況”負(fù)荷變化及時改變輸入電機的電流和電壓，降低電機輸入功率，調(diào)整電機的轉(zhuǎn)速，使電機處于經(jīng)濟負(fù)荷下運行，達(dá)到節(jié)電目的。
2.3 基于實際開采中已采用的三次采油措施建模
采用以實驗?zāi)B(tài)分析技術(shù)作為結(jié)構(gòu)動力學(xué)反問題研究的方法來控制開采，由此提出了只在響應(yīng)可測的條件下對結(jié)構(gòu)動力學(xué)參數(shù)辨識的測控問題，以實際工作狀況實測響應(yīng)參數(shù)來真實地辨識反映采/注井結(jié)構(gòu)本身的固有特征、邊界條件及環(huán)境載荷特性，與主動控制、系統(tǒng)監(jiān)測和設(shè)備保護診斷等調(diào)頻節(jié)能工程應(yīng)用直接相關(guān)，建立模型。其節(jié)能增效意義更加廣泛，動力結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，如還包括單井吞吐、近井地帶處理以及水平井開采技術(shù)應(yīng)用等。
2.4 以循環(huán)注水流量所消耗電能和其變化率這兩個簡單、直觀常用的參數(shù)為依據(jù)，及時采集、分析和調(diào)節(jié)采/注
自適應(yīng)控制與常規(guī)反饋控制及最優(yōu)控制一樣,也是一種基于物理和數(shù)學(xué)模型約束的控制方法，所不同的是自適應(yīng)控制所依據(jù)的關(guān)于模型和擾動的經(jīng)驗參量比較少，需要在系統(tǒng)的運行過程中去不斷提取有關(guān)模型的信息，使模型逐漸完善。
本項目產(chǎn)品依據(jù)精準(zhǔn)控制的技術(shù)基礎(chǔ)，采用自適應(yīng)“井況”和“泵況”的動態(tài)優(yōu)化控制技術(shù)來適應(yīng)“工況”系統(tǒng)的實時瞬變特性。具體地說，裝置可以依據(jù)井口裝置獲得的“泵況”和“井況”的傳感輸入和執(zhí)行器輸出數(shù)據(jù)，不斷地辨識“工況”模型的參數(shù)。隨著采注過程的不斷進行，裝置不停地在線辨識，結(jié)果“工況”模型會變得越來越準(zhǔn)確，越來越接近于實際獲得的專家指令。該控制技術(shù)根據(jù)單口井或?qū)拥臍v史產(chǎn)能（單位消耗的出油率或注水量）參數(shù)構(gòu)建出最大熵約上束條件下的動態(tài)優(yōu)化控制結(jié)構(gòu)和快速自適應(yīng)優(yōu)化算法，實時改變“工況”效能、特性或定值，使得采注系統(tǒng)處于最佳運行狀態(tài)、更充分地發(fā)揮其調(diào)頻節(jié)電性能，用更多判據(jù)來提高采注系統(tǒng)的選擇性、速動性、可靠性和靈敏性。如圖1，各采油井的產(chǎn)能系統(tǒng)一般可以分成產(chǎn)出、用電、轉(zhuǎn)儲三個部分，產(chǎn)出部分一般由產(chǎn)出井及其多級采注層組成，各層特性是間歇脈動的；轉(zhuǎn)儲部分是多個并聯(lián)的油、氣、水儲罐，其中油、氣是產(chǎn)出部分，水是循環(huán)轉(zhuǎn)儲的，特性穩(wěn)定均衡，它可以作為系統(tǒng)的緩沖調(diào)節(jié)，重復(fù)使用；用電部分是指產(chǎn)油、注水等動力系統(tǒng)，通用設(shè)備用電特性是穩(wěn)定的；根據(jù)產(chǎn)能平衡原理，可以建立產(chǎn)能，消耗、轉(zhuǎn)儲三者關(guān)系的物理模型。
圖1：產(chǎn)能系統(tǒng)示意圖
其數(shù)學(xué)模型如下： 式（1）中： —某井單位日采噸油（方氣）消耗總電量，單位KW/日， —為某井單位日正常采噸原油（方氣）產(chǎn)量的電力消耗，KW/日; ——某井采用節(jié)能后單位日采注水循環(huán)流量而消耗的電能，KW/日;η1——每度電的單位日產(chǎn)能系數(shù)，其含義是每1KW/日噸的電能，能夠供出的原油（氣）的產(chǎn)量，T（方）/日，主要與電力節(jié)能有，“泵況”有關(guān)；η2——每度電的單位日無用產(chǎn)能系數(shù)，其含義是轉(zhuǎn)注儲罐水所消耗的1KW/日噸電能，能夠供出的原油（氣）產(chǎn)量或轉(zhuǎn)儲水罐后節(jié)省1KW/日噸電能，所供出的原油（氣）產(chǎn)量的，與流量，流體成分持率（濃度）等“井況”和儲罐的容積有關(guān)。對式（1）積分后有：
其中，式（1）表示該系統(tǒng)的瞬時關(guān)系，式（2）表示該系統(tǒng)的節(jié)能累積效果關(guān)系。
本數(shù)學(xué)模型的主要用途就是依據(jù)工藝要求，合理地控制泵況和井況，結(jié)合水轉(zhuǎn)儲消耗電能的變化趨勢預(yù)報產(chǎn)油（氣）的供應(yīng)“工況”是處于過剩狀態(tài)還是不足狀態(tài)，為產(chǎn)出平衡系統(tǒng)的調(diào)度指揮提供參考，讓采注系統(tǒng)“三況合一”，滿足間歇脈動的瞬變特性，既可以減少多產(chǎn)出水造成的資源浪費，又可以避免因為產(chǎn)液量過低給生產(chǎn)帶來的影響，實現(xiàn)實實在在的節(jié)能。
2.5 本項目產(chǎn)品的動態(tài)動力模型數(shù)據(jù)來自于采注井井下的“井況”和井口的“泵況”信息
而“井況”和 “泵況”的信息卻來自于井下多傳感器和井口測控裝置的數(shù)據(jù)技術(shù)融合，能夠?qū)崟r反應(yīng)“泵況”系統(tǒng)激勵與“井況”的產(chǎn)能關(guān)系，且有效確�！肮r”特性配匹，共建一個手動或自動的智能井系統(tǒng)，根據(jù)專家指令完成測控工作，確保更大、更有效的產(chǎn)能精準(zhǔn)控制，是本項目節(jié)能變?yōu)楝F(xiàn)實的技術(shù)基礎(chǔ)。
3 主要解決的技術(shù)方案
3.1 項目井口裝置的實現(xiàn)方案
項目井口裝置按工業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，機箱采用標(biāo)準(zhǔn)6U型、后插拔、大面板、全封閉鋁合金結(jié)構(gòu)機箱，可以獨立或組合配柜安置在井口附近運行。見圖2：采/注井節(jié)能增效系統(tǒng)的井口測控裝置（100），它由四插件和前后兩面板構(gòu)成。
圖2：油田輸出和（或）注入井循環(huán)能效系統(tǒng)框圖
通過上述的工藝設(shè)計，使井口測控裝置（100）具有防振，防塵、防潮、防有害氣體、防電磁干擾等安全措施，各插件設(shè)計完全標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，生產(chǎn)、調(diào)試、維護十分方便；用戶可以根據(jù)配置不同，可續(xù)加配置1個或多個DSP插件；軟件編程采用模塊化，組態(tài)靈活方便，使用范圍廣泛，現(xiàn)成調(diào)用便捷；內(nèi)部端子采用德國HT接插件；對外交流電流端子采用帶短路環(huán)的插接端子，光纖接口采用FC連接方式，其它端子均采用菲尼克斯端子。
（1）硬件主要指標(biāo)：采用DSP技術(shù)構(gòu)建硬件平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速采集和處理。模擬量：16路高速同步采樣400點/周波，數(shù)據(jù)采樣速率不低于320kHz；采樣精度為16位，模擬量輸入范圍為±5V，采樣精度±4LSB；存儲器：在DSP中配置，外部RAM：256K×32b，外部FLASH：256K×16b；開入量采集：由DSP經(jīng)三級電壓變換完成，以提高分辨率，帶有16路光電隔離，帶有瞬態(tài)干擾抑制保護輸入通道；各環(huán)節(jié)采用防高電壓、強電磁干擾的硬件措施如光電隔離的隔離電壓不小于2500V；驅(qū)動口：16路，24V輸出，帶光電隔離，隔離電壓不小于2500V，分辨率不大于1ms，且出口控制采用硬件軟件相結(jié)合，做到硬件故障時能可靠閉鎖出口，如上電手動復(fù)位，上電閉鎖所有出口等；為提高可靠性，在軟件看門狗充分利用地基礎(chǔ)上設(shè)計硬件看門狗電路，其周期可調(diào)整（不大于10ms），在程序出錯時，保證10ms內(nèi)自動復(fù)歸運行。
（2）嵌入式算法驗證：裝置硬件設(shè)計完全標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，生產(chǎn)、調(diào)試、維護一方便為準(zhǔn)。內(nèi)嵌軟件編程模塊化，組態(tài)靈活方便。特別采用新型的自適應(yīng)融合算法，快速地提取電力系統(tǒng)運行的特征量，確保軟件能在20ms內(nèi)響應(yīng)并驅(qū)動。軟件設(shè)有自檢功能，在DSP硬件平臺上就可以完成節(jié)能效果評估和算法驗證。
（3）技術(shù)指標(biāo)：①功率容量范圍：10KVA-500KVA;②電壓等級：200V-1000V;③輸出頻率調(diào)節(jié)范圍:５－100Hz;④輸入電流諧波含量:＜４％;⑤輸出電壓諧波含量:＜２％;⑥輸出電壓dv/dt:＜600V/uS; ⑦輸出頻率準(zhǔn)確度:±0.05Hz; ⑧輸出頻率分辨率:0.01Hz; ⑨輸出電壓準(zhǔn)確度:±0.5%;⑩變頻器滿載效率:＞98.5%;(11)整體滿載效率:＞96.5%;(12)過載能力:額定電流的1.25倍，60秒;(13)單元溫升:＜40℃;(14)變壓器溫升:＜90℃;(15)輸入功率因素:＞0.95;(16)環(huán)境溫度:-5℃－45℃;
3.2 實現(xiàn)低成本高可靠多傳感器裝置
在我公司自主開發(fā)的SDL-1井下智能多參數(shù)測控裝置基礎(chǔ)上實現(xiàn)節(jié)能增效的新裝置。本項目產(chǎn)品以經(jīng)濟可靠為原則，從電器工藝結(jié)構(gòu)入手，將井下多傳感器與電子線路整合成一體。獨創(chuàng)嵌套結(jié)構(gòu)，將敏感元件與電子線路經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計，使敏感元件與介質(zhì)充分接觸，電子器件內(nèi)置夾層，對外部件呈“中空管件”，安裝配完成后，與油管或套管自成一體。在公司已經(jīng)運營井下多參數(shù)測量產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，經(jīng)過進一步的研究開發(fā)，使其應(yīng)用更加廣泛，主要用于智能井、地面或井下管線連續(xù)流量、壓力、溫度、密度、含水等參數(shù)的在線監(jiān)測，尤其在石油開采環(huán)節(jié)中的優(yōu)化、井下監(jiān)測、油水分離，噴射泵/灌注泵的生產(chǎn)監(jiān)測、泥漿和砂的注入監(jiān)控、注CO_2、甲烷的監(jiān)控。通過多傳感器系統(tǒng)能精確實時監(jiān)控泵工作中的各種工作參數(shù)，將泵況、井況及工況進行有機地組合，以增加產(chǎn)量，降低成本；也可以為地質(zhì)工程師進行生產(chǎn)優(yōu)化、汽除水、砂控制、多井監(jiān)測、水平井、高油/氣比井和小井距井的監(jiān)測提供時實決策數(shù)據(jù)。通過提高使用多傳感器系統(tǒng)的可靠性，也可以降低修井的次數(shù)和停產(chǎn)的時間，減少泵的更換次數(shù)，減小泵桿和油管的磨損和能量的消耗，以提高井的生產(chǎn)效率，降低運營維修成本。
3.3 系統(tǒng)軟件
在原有開發(fā)的智能多參數(shù)標(biāo)檢軟件基礎(chǔ)上實現(xiàn)節(jié)能增效的升級版本。主要完成了：①實現(xiàn)精準(zhǔn)控制。本軟件容易實現(xiàn)綜合各種測試資料及有關(guān)地質(zhì)資料，通過取長補短，互相補充，互相印證，最后融合為一體，實現(xiàn)全面整體的油藏地質(zhì)動態(tài)描述的目的。能大大地提高測試資料的信息利用率，使得油藏動態(tài)分析人員準(zhǔn)確和及時地認(rèn)識油藏動態(tài)。②實現(xiàn)動態(tài)輸送。本軟件具有強大的遠(yuǎn)程圖表、數(shù)據(jù)、信息發(fā)布功能。本系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計為多層B/S結(jié)構(gòu)：即根據(jù)目前實際的網(wǎng)絡(luò)和單機環(huán)境，在Windows NT Server4.0中文版以上版本的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)環(huán)境，微機操作系統(tǒng)為Windows2000或Windows XP中文版；為了兼顧現(xiàn)狀、考慮發(fā)展及推廣，本系統(tǒng)以標(biāo)準(zhǔn)格式的Oracle庫為基礎(chǔ)。采用高檔微機為人機交互前端，完成動、靜態(tài)數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)組織管理、區(qū)塊動態(tài)參數(shù)計算、圖形表現(xiàn)、統(tǒng)計分析處理、結(jié)果顯示和輸出、結(jié)果發(fā)布等功能。③廣播數(shù)據(jù)資料。發(fā)布油田開發(fā)過程中的測試資料（試井資料、吸水剖面測試資料和出油剖面測試資料）的各種圖形及表格數(shù)據(jù)，以及原始測試曲線、解釋成果圖表，通過企業(yè)網(wǎng)以WWW或B/S方式進行發(fā)布，使領(lǐng)導(dǎo)和有關(guān)部門隨時查閱生產(chǎn)數(shù)據(jù)、提高工作效率，保證資料的一致性和準(zhǔn)確性，迅速、準(zhǔn)確地掌握第一手材料，并能充分利用數(shù)據(jù)庫集成的優(yōu)勢，隨時根據(jù)需要找出諸如含水變化過大、產(chǎn)量降低的區(qū)塊、井組和單井，分析用的參考數(shù)據(jù)、圖形等配合使用，便于分析，減少在查找相應(yīng)資料所花的時間和精力。④分析包括：1）區(qū)塊動態(tài)分析；2）井組動態(tài)分析；3）單井動態(tài)分析；4）層位動態(tài)分析。⑤本系統(tǒng)主要包括以下幾種類型的圖形和數(shù)據(jù)表。1）區(qū)塊動態(tài)參數(shù)平面分布等值圖繪制動態(tài)參數(shù)等值分布圖有平均地層壓力、流動系數(shù)、小層有效厚度、滲透率等參數(shù)的平面等值分布圖。2）區(qū)塊井點參數(shù)分布圖繪制某年某月的日注入量、日產(chǎn)出液量、含水率、表皮系數(shù)、流壓和地層壓力等參數(shù)的平面分布圖。3）井組柵狀動態(tài)圖繪制井組柵狀動態(tài)圖并附加有產(chǎn)液剖面和注入剖面成果，綜合表現(xiàn)井組的各小層的連通和動用狀況等。以立體圖形標(biāo)出各層段的連通情況，標(biāo)出井號、各小層注入百分量和各小層的產(chǎn)出量，并給井點動態(tài)參數(shù)表。4）環(huán)空井溫組合測井成果圖，在同一圖上繪制某一次原始的環(huán)空找水測試和井溫測試解釋成果圖表，并標(biāo)出井號、測試日期、深度、自然電位和射孔井段等數(shù)據(jù)。5）環(huán)空找水解釋成果對比圖在同一圖上繪制歷次環(huán)空找水測試數(shù)據(jù)，標(biāo)出井號、測試日期和深度等數(shù)據(jù)；6）井溫測井曲線解釋成果對比圖在同一圖上繪制歷次井溫、微差數(shù)據(jù)，標(biāo)出井號、測試日期和磁定位等數(shù)據(jù)。7）同位素吸水剖面解釋成果圖在同一圖上繪制某一次測試的同位素、磁定位、相對吸水百分?jǐn)?shù)、有效厚度、滲透率、深度、自然伽瑪曲線、自然電位和射孔井段等數(shù)據(jù)。8）同位素吸水剖面解釋曲線對比圖在同一圖上繪制歷次的吸水層位、同位素曲線、管柱曲線，并標(biāo)有井號和測試日期。9）單井試井分析成果報告發(fā)布五圖二表，繪制五種基本的單井試井分析成果圖（歷史擬合圖、無因次霍納圖、雙對數(shù)擬合圖、MDH分析圖和霍納分析圖），井的基本參數(shù)和壓力時間測試數(shù)據(jù)表以及試井解釋成果表。10）試井解釋成果報表。繪制某一時期的多口井的試井解釋成果匯總報表。11）井徑曲線對比圖在同一圖上繪制管柱曲線和歷次的井徑曲線，并標(biāo)有井號和測試日期。12）磁定位數(shù)據(jù)表等等。
3.4 項目實現(xiàn)技術(shù)路線
(1)本項目產(chǎn)品提供的是一種節(jié)能增效系統(tǒng)，見圖2：采/注井節(jié)能增效系統(tǒng)框圖。
其系統(tǒng)組成包括：井口測控裝置（100）、單芯同軸電纜信道（200）和井下多傳感器測控（300）三部分。其中，井口測控部分（100）是系統(tǒng)的核心內(nèi)容，主要負(fù)責(zé)完成“泵況”及井口測控和系統(tǒng)組織管理節(jié)能增效工作。信道部分（200）和井下測控部分由智能井多參數(shù)測控傳感器系統(tǒng)（300）配套，這部分產(chǎn)品已由公司自主開發(fā)完成，在油田已有成熟可靠地產(chǎn)品供應(yīng)（已獲專利（ZL200420085971.2）和西安市科技進步獎的SDL-1型智能井多參數(shù)監(jiān)測裝置），它負(fù)責(zé)準(zhǔn)確可靠地提供當(dāng)前井及井層系的“井況”信息，辯識測控參數(shù)大小，如流量、壓力、溫度、各相濃度及密度等，信號和供電由信道（200）同軸電纜完成。
（2）在公司自主開發(fā)的智能多參數(shù)標(biāo)檢軟件基礎(chǔ)上實現(xiàn)節(jié)能增效為目的升級版本。采用“泵況”測控插件（110），“井況”編解碼插件（140）等多傳感器原始數(shù)據(jù)的獲得與校準(zhǔn)，以實現(xiàn)精準(zhǔn)控制。如圖3，包括：泵況傳感器（210），井況傳感器（230），井口傳感器（2N）；泵況傳感器跟蹤（220），井況傳感器跟蹤（240），井口傳感器跟蹤（2N+10），信道（200），時空校準(zhǔn)（132），轉(zhuǎn)矩負(fù)荷關(guān)聯(lián)（136），轉(zhuǎn)矩融合（138）。其中，“泵況”（110），“井況”（140）等多傳感器分置于地面和井下，距離幾千米，其首要解決的是數(shù)據(jù)可靠，測量準(zhǔn)確；為此，本項目提出了參數(shù)對象參照拓?fù)�，這一特征利用了測控參數(shù)的群體結(jié)構(gòu)化信息，對系統(tǒng)中的各種不確定性有著固有的反作用能力新特征，建立了一種模仿人工判別的轉(zhuǎn)矩關(guān)聯(lián)算法。然后采用了一種具有動態(tài)縮放系數(shù)的穩(wěn)健狀態(tài)向量融合方法來實現(xiàn)傳感器的誤差修正即跟蹤（210、22、230）。這樣解決局部傳感器的系統(tǒng)偏差對多傳感器融合系統(tǒng)的影響。解決了系統(tǒng)中的單傳感器偏差的充分校準(zhǔn)。
圖3：多傳感器融合校準(zhǔn)流程示意圖
個體信息無法成為關(guān)聯(lián)判決的可靠依據(jù)。這一功能通常在融合中心的時空校準(zhǔn)模塊中（132）中實現(xiàn)。其次，經(jīng)過時空校正后，即多傳感器數(shù)據(jù)在經(jīng)過時空校準(zhǔn)后仍存在較大的系統(tǒng)偏差，將會對后續(xù)的測控關(guān)聯(lián)造成影響；這時通過實時質(zhì)量控制法、最小二乘法等，無差別對待所有關(guān)聯(lián)軌跡信息。采用對象參照拓?fù)�，將對象之間的結(jié)構(gòu)化信息抽象成一種模式即轉(zhuǎn)矩負(fù)荷關(guān)聯(lián)（136），利用模糊模式識別的基本知識刻畫出參數(shù)對象之間的相似度，有效地抑制跟蹤融合系統(tǒng)中各偏差對對象關(guān)聯(lián)的影響，完成多傳感器原始數(shù)據(jù)的獲得與轉(zhuǎn)矩負(fù)荷的軌跡跟蹤融合即轉(zhuǎn)矩融合（138），實現(xiàn)精準(zhǔn)控制。
基于節(jié)能增效系統(tǒng)，其特征在于“泵況”，“井況”等多傳感器數(shù)據(jù)經(jīng)DSP插件（130）嵌入式軟件實現(xiàn)自適應(yīng)融合工況的軌跡跟蹤與優(yōu)化，其特征包括如圖4，傳感器數(shù)據(jù)采集131，一級融合（132），二級融合（133），三級融合（124），數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（135），人機接口MMI（160），四級融合（136），泵況，井況參數(shù)確認(rèn)（138）。
圖4：項目DSP控制示意圖
其中，一級融合（132）也稱象素級（Pixel-lever）融合，直接融合傳感器采集數(shù)據(jù)（131），當(dāng)多傳感器數(shù)據(jù)是同類同性質(zhì)的（例如，當(dāng)兩個傳感器對相同的參數(shù)進行檢測時，可以采用兩個壓力傳感器或兩個流量傳感器），那么，可以將傳感器的原始數(shù)據(jù)（raw data）直接融合。采用經(jīng)典的狀態(tài)估計方法融合，如Kalman濾波。二級（133）、三級（134）融合為特征級（Feature-lever）融合，對經(jīng)過一級融合（132）后的傳感器數(shù)據(jù)的特征矢量進行提取并與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（135）進行融合，主要采用模式識別技術(shù)中的模糊聚類方法，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。該過程對傳感器數(shù)據(jù)的特征提取后，有效降低了狀態(tài)空間的維數(shù)，實現(xiàn)了可觀的信息壓縮，并且提取的特征直接與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（135），人機接口MMI（160）決策分析有關(guān)，因此特征級融合結(jié)果可以最大限度地給出決策所需的特征信息。本系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合均在這個層次上展開。四級融合為決策級（Decision-lever）融合，該級是高層次的融合，它對傳感器已經(jīng)得出的工況初步結(jié)果進行信息的合并處理，得出最終的融合結(jié)果，為指揮控制決策提供依據(jù)。該過程采用的主要方法：經(jīng)典推理理論，Bayesian 推理方法、Dempster-Shafer證據(jù)理論、加權(quán)決策方法（投票法）等，進入泵況，井況參數(shù)確認(rèn)（138）后。人機接口MMI（160）將轉(zhuǎn)為正常的狀態(tài)監(jiān)測，同時也建立了自適應(yīng)跟蹤體系，完成增效節(jié)能的閉環(huán)控制目的。
(3）硬件結(jié)構(gòu)
①依據(jù)多年從事生產(chǎn)開發(fā)石油井下多參數(shù)儀器的技術(shù)和生產(chǎn)能力的基礎(chǔ)，將已成熟應(yīng)用于高溫（125℃）高壓（60MPa）井下的溫度、壓力，流量等參數(shù)檢測技術(shù)和本公司自主開發(fā)的微波雷達(dá)持水率檢測傳感器技術(shù)結(jié)合，開發(fā)出井下智能多參數(shù)傳感器系統(tǒng)。②地面井口節(jié)能測控裝置是本項目產(chǎn)品的核心部分。主要完成變頻，電機及井口傳感器的信號檢測和控制，井下多參數(shù)信號的編解碼和供電；如檢測電機的工作電流、電壓或功率等泵況信息，光桿扭矩，張力等參數(shù)，同時解碼恢復(fù)井下或井下地層的多參數(shù)“井況數(shù)據(jù)”；能完全實現(xiàn)多個參數(shù)測試，同步測試或延時轉(zhuǎn)存“井況”等多參數(shù)值；配置有光纖通道、以太網(wǎng)接口，RS232接口等，能及時將檢測數(shù)據(jù)全部送入固定裝置內(nèi)或車載計算機中處理；還設(shè)置有構(gòu)成快速動作的調(diào)頻、保護和控制繼電器。由于該裝置處于地面，獲得的井下原始數(shù)據(jù)信息量大、可靠性高、對應(yīng)性好，經(jīng)過處理能后能自動顯示出“泵況”信息，井況信息，如油井的套壓、油壓、回壓，流壓，流量，持水或持氣率等數(shù)據(jù)，給出“井況”的多條曲線來分析井的合理工作狀況，并直接顯示最佳“井況”和診斷結(jié)論。③通過軟件將泵況、工況及井況等綜合參量有機地結(jié)合，經(jīng)模糊數(shù)學(xué)理論等算法得出優(yōu)化產(chǎn)出和注入方案，供現(xiàn)場工作調(diào)度或直接控制。
系統(tǒng)整體見圖1。采用工業(yè)全屏蔽機箱，規(guī)格：233.35×160,后視:左側(cè)距：5.08+2.54，右側(cè)距5.08;底板尺寸：174.1=160+12.1+2。各電路模塊依總線不出PCB板，用后背四插件底版連接，包括：AC插件（110）、DSP插件（130）、電力插件Power（120）和檢測驅(qū)動插件MD（140）。后插拔的結(jié)構(gòu)模式上，前面板設(shè)置人機對話操作MMI（150），底板（160）提供各接插件的信號通道；后面板設(shè)置各種采集、通訊、輸入/輸出接口。各插件的規(guī)格分別為：AC插件寬度為5X10.16=50.8；DSP插件寬度為3X10.16；M+D插件寬度為3X10.16；Power插件寬度為4X10.16。各插件上的端子分布為：AC插件用自短接結(jié)構(gòu)方式，CT電流按7組輸入設(shè)計，PT電壓按5組設(shè)計；DSP插件用1個鳳凰端子，型號為ME050-508-18和以太口（RJ45），MD插件用兩個鳳凰端子型號為ME050-508-18；Power插件用一個鳳凰端子，型號為ME050-508-10；ME050-508-4（可追外加PT）；一個開關(guān)。
主要的數(shù)據(jù)處理部分為DSP插件(130)，采用TMS320F2812數(shù)字信號處理器。利用其先進的內(nèi)部和外設(shè)結(jié)構(gòu)使得該處理器特別適合各插件協(xié)調(diào)、電器及其運動狀態(tài)測控，實現(xiàn)了高效節(jié)能的軟硬件結(jié)合。它將檢測與驅(qū)動插件（140）送入的“井況”和“泵況”測控信息經(jīng)時空同步后與“井況”信息融合，形成“三況合一”，再結(jié)合GPS（110）同步及調(diào)頻—饋電等功能去實現(xiàn)產(chǎn)能和電能的合理決策。同時，通過人機接口插件（MMI）建立專家決策系統(tǒng)，實現(xiàn)實時最優(yōu)控制。
數(shù)據(jù)采集部分為井口多傳感器采集插件（110），該插件采用穩(wěn)健的機動目標(biāo)跟蹤方法。該方法以實時的目標(biāo)機動性信息為依據(jù)，人為地在融合中心引入非均勻采樣的異步數(shù)據(jù)，從而在帶寬受限的多傳感器系統(tǒng)中實現(xiàn)了對機動目標(biāo)的精確跟蹤。
電源系統(tǒng)由電力插件（120）提供，它負(fù)責(zé)系統(tǒng)和井下多傳感器部分的電源支持和電力PT，CT參數(shù)的檢測；檢測與驅(qū)動插件（140），完成井下多傳感器信息的編解碼，并將“井況”、“泵況”檢測傳感器和執(zhí)行器的測控信息經(jīng)預(yù)處理后送入DSP插件（130）的時空校準(zhǔn)預(yù)處理，作為動力控制的驅(qū)動接口去調(diào)整電機的工作狀況和功率驅(qū)動。人機接口插件MMI（150），提供了人機操作的平臺和狀態(tài)顯示，底板組件（160）提供了井口測控系統(tǒng)的內(nèi)部接口通道，讓內(nèi)部測控總線不出系統(tǒng)，提高系統(tǒng)可靠性。其計算機數(shù)據(jù)采集/控制系統(tǒng)示意圖如圖5所示。
圖5：計算機數(shù)據(jù)采集/控制系統(tǒng)示意圖
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