طراحی سیستم کنترل پیشبین غیرخطی مبتنی بر مدل برای فرازآوری با استفاده از پمپ الکتریکی درون‌چاهی

فرازآوری مصنوعی با پمپ الکتریکی درون‌چاهی یکی از روش‌های متداول چاه محور برای افزایش یا نگهداشت تولید از چاه است. به‌منظور افزایش بازدهی، رعایت محدودیت‌های عملیاتی و ایمنی و کاهش زمان و هزینه تعمیرات به سیستم کنترل مناسب نیاز است. کنترل فرآیند فرازآوری با توجه به تعداد پارامترهای عملیاتی و محدودیت‌های ایمنی مجموعه تولید شامل مخزن، چاه و پمپ، کاری چالش برانگیز است. روش‌های مختلفی برای کنترل فرازآوری با پمپ الکتریکی درون‌چاهی پیشنهاد شده است. کنترل مبتنی بر این روش‌ها یا به‌علت استفاده از تقریب خطی برای مدل‌سازی فرآیند فرازآوری از دقت کافی برخوردار نیستند یا به‌دلیل استفاده از روابط دینامیک و حل آن‌ها برای شبیه‌سازی فرآیند و بار سنگین محاسباتی قابلیت پیاده‌سازی برروی سخت‌افزار‌های مرسوم را ندارند. در این تحقیق یک سیستم کنترل پیشبین غیر خطی متناسب با اهداف کنترلی فرآیند فرازآوری با پمپ الکتریکی درون‌چاهی و با در نظر گرفتن محدودیت‌های عملیاتی و ایمنی توسعه داده شده است. علاوه‌براین به‌منظور کاهش بار محاسباتی و با در نظر گرفتن طبیعت غیر خطی فرآیند، از یک مدل غیر خطی با ساختار مبتنی بر شبکه‌های عصبی به‌عنوان مدل پیشبین در ساختار کنترل‌کننده استفاده شده است. به‌منظور بررسی کارایی کنترل‌کننده و مدل توسعه داده شده، عملکرد کنترل‌کننده برروی چاه شماره 88 میدان اهواز– آسماری منتخب نصب پمپ الکتریکی درون‌چاهی ارزیابی شده است. کنترل‌کننده توسعه داده شده به‌خوبی رفتار مرجع را پیروی کرده و از طرف دیگر به‌خوبی اغتشاشات ورودی به سیستم را جبران‌سازی می‌کند. همچنین طراحی کنترل‌کننده به گونه‌ای است که محدودیت‌های عملیاتی و ایمنی در ساختار کنترل‌کننده وارد شده و رفتار سیستم به گونه‌ای تنظیم می‌شود که این محدودیت‌ها نقض نشوند.

nonlinear model predictive controller for electrical submersible pump lifted wells

artificial lifting utilizing electrical submersible pump is widely used to increase oil production from wells. a suitable control system is required in order to increase efficiency of esp system and to avoid damage to pump and to increase safety of esp production. automatic control of esp unit is not a trivial task due to the high number of parameters and variable involved. many methods have been proposed for control of esp lifted wells. most methods rely on a linear model of esp lifted well and controller designed based on this linear approximation. linear model and controllers can fail if the process undergoes large changes in operating conditions or huge disturbances are introduced to process. other methods solve dynamic equations governing the esp lifted well operation. although these methods are highly accurate; however, they are computationally expensive, and they cannot be implemented on conventional control systems. in this paper, a nonlinear dynamic model is developed for esp lifted well. the model is then utilized inside a nonlinear model predictive control (nmpc) system. the developed model and controller performance is then tested and assessed under various scenarios. the developed controller performance shows proper reference tracking and disturbance rejection properties while the process constraint are completely satisfied.