CN114764524A - 基于游梁式抽油机的数字孪生模型的生成方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于游梁式抽油机的数字孪生模型的生成方法及装置，基于游梁式抽油机的数字孪生模型的生成方法包括：根据站场、游梁式抽油机机械结构及其部件间相对运动关系生成所述游梁式抽油机的机械三维模型；根据所述梁式抽油机中的油气混合物的流场分布生成所述梁式抽油机的多相流运动模型；根据所述机械三维模型以及所述多相流运动模型生成所述游梁式抽油机的数字孪生模型。本发明通过建立游梁式抽油机工艺系统仿真模型，模拟游梁式抽油机运行参数，并与实体装置的运行数据相结合，可以实时监控诊断油气生产运行状态。
Description
技术领域
本发明涉及本发明属于油气田开发领域，具体涉及一种基于游梁式抽油机的数字孪生模型的生成方法及装置。
背景技术
现有技术中，油田的油气生产信息化主要关注数据采集以及可视化，而忽略了生产工艺与生产管理本身，特别是缺乏游梁式抽油机整个生产过程的模拟，缺乏对采集数据进行分析来优化生产工艺，急需通过建立油气生产物理模拟仿真及验证系统的数字模型，实现软件模拟仿真和物理模拟仿真的数字孪生，将物模的研究功能移植到软件模拟仿真层面，软件模拟仿真中通过叠加以上需求中的各种工况来扩展研究的范围和能力。实现油气生产一体化运行管理，科学指导油井提产增产，防范并预警油气生产运行过程中面临的安全风险。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供的基于游梁式抽油机的数字孪生模型的生成方法及装置，通过建立游梁式抽油机工艺系统仿真模型，模拟游梁式抽油机运行参数，并与实体装置的运行数据相结合，分析验证游梁式抽油机的生产工艺的运行状况的数字孪生仿真验证系统实现与游梁式抽油机有关的油气生产的监控分析、预警和报警、动态产能调节、流动保障、产能分析、新工艺验证等功能应用。
为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种基于游梁式抽油机的数字孪生模型的生成方法，包括：
根据站场、游梁式抽油机机械结构及其部件间相对运动关系生成所述游梁式抽油机的机械三维模型；
根据所述梁式抽油机中的油气混合物的流场分布生成所述梁式抽油机的多相流运动模型；
根据所述机械三维模型以及所述多相流运动模型生成所述游梁式抽油机的数字孪生模型。
一实施例中，所述根据站场、游梁式抽油机机械结构及其部件间相对运动关系生成所述游梁式抽油机的机械三维模型，包括：
根据球阀直径、通流孔直径、所述球阀的通流面积、钢球质量、钢球限位以及所述钢球两侧压力差生成柱塞泵球阀机械模型；
根据拉杆的刚度、所述拉杆的弹性变形生成抽油杆机械模型；
根据驴头绳索的包络参数以及伸缩参数生成驴头绳索机械模型；
根据所述柱塞泵球阀机械模型、抽油杆机械模型以及驴头绳索机械模型生成所述机械三维模型。
一实施例中，所述根据所述梁式抽油机中的油气混合物的流场分布生成所述梁式抽油机的多相流运动模型，包括：
分别生成油气生成流程中不同阶段的液压流体模型、多体动力学模型以及CFD流体力学模型；
根据所述液压流体模型、所述多体动力学模型以及所述CFD流体力学模型生成所述多相流运动模型。
一实施例中，基于游梁式抽油机的数字孪生模型的生成方法还包括：
利用物联网，通过传感器实时采集井场以及所述游梁式抽油机的生产数据；
根据所述生产数据以及所述数字孪生模型监控所述游梁式抽油机的生产状态。
第二方面，本发明提供一种基于游梁式抽油机的数字孪生模型的生成装置，包括：
三维模型生成单元，用于根据站场、游梁式抽油机机械结构及其部件间相对运动关系生成所述游梁式抽油机的机械三维模型；
运动模型生成单元，用于根据所述梁式抽油机中的油气混合物的流场分布生成所述梁式抽油机的多相流运动模型；
孪生模型生成单元，用于根据所述机械三维模型以及所述多相流运动模型生成所述游梁式抽油机的数字孪生模型。
一实施例中，所述三维模型生成单元包括：
塞泵球阀机械模型生成模块，用于根据球阀直径、通流孔直径、所述球阀的通流面积、钢球质量、钢球限位以及所述钢球两侧压力差生成柱塞泵球阀机械模型；
抽油杆机械模型生成模块，用于根据拉杆的刚度、所述拉杆的弹性变形生成抽油杆机械模型；
驴头绳索机械模型生成模块，用于根据驴头绳索的包络参数以及伸缩参数生成驴头绳索机械模型；
三维模型生成模块，用于根据所述柱塞泵球阀机械模型、抽油杆机械模型以及驴头绳索机械模型生成所述机械三维模型。
一实施例中，所述运动模型生成单元包括：
过程模型生成模块，用于分别生成油气生成流程中不同阶段的液压流体模型、多体动力学模型以及CFD流体力学模型；
运动模型生成模块，用于根据所述液压流体模型、所述多体动力学模型以及所述CFD流体力学模型生成所述多相流运动模型。
一实施例中，基于游梁式抽油机的数字孪生模型的生成装置还包括：
数据采集单元，用于利用物联网，通过传感器实时采集井场以及所述游梁式抽油机的生产数据；
生产状态监控单元，用于根据所述生产数据以及所述数字孪生模型监控所述游梁式抽油机的生产状态。
第三方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现基于游梁式抽油机的数字孪生模型的生成方法的步骤。
第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现基于游梁式抽油机的数字孪生模型的生成方法的步骤。
从上述描述可知，本发明实施例提供的基于游梁式抽油机的数字孪生模型的生成方法及装置，首先根据站场、游梁式抽油机机械结构及其部件间相对运动关系生成游梁式抽油机的机械三维模型；接着，根据梁式抽油机中的油气混合物的流场分布生成梁式抽油机的多相流运动模型；最后根据机械三维模型以及多相流运动模型生成游梁式抽油机的数字孪生模型。本发明涉及游梁式抽油机仿真控制与分析；融合物联网实时传输，大数据驱动，多体模型提升，从而解决了物理模型无法实现或不易实现的技术难题，综上，本发明提供了一种准确形象的展示并进行控制，工艺过程优化，实时而精细管控的智能闭环的有效控制方法。具体地，本发明具有以下有益效果：
1)综合性强，整体把握。
本发明是将油气生产的全过程进行仿真，之前独立分散的系统，通过一些接口联合，综合性分析，整体上把握。
2)自学能力强，可扩展性强。
模型将历史数据，经验与模型综合到一起，过程管控，工艺优化，数据更新，闭环控制，使得系统具有自学习更新，可扩展性强。
3)实时性。
对于监测生产单元的情况需要实时分析，对于实时数据的抽取分析快速处理，实时发现监测预测生产的异常。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的实施例中基于游梁式抽油机的数字孪生模型的生成方法流程示意图一；
图2为本发明的实施例中步骤100的流程示意图；
图3为本发明的实施例中步骤200的流程示意图；
图4为本发明的实施例中基于游梁式抽油机的数字孪生模型的生成方法流程示意图二；
图5为本发明的具体应用实例中基于游梁式抽油机的数字孪生模型的生成方法的流程示意图；
图6为本发明的具体应用实例中油气生产数字孪生控制图；
图7为本发明的具体应用实例中油气生产数字孪生系统原理示意图
图8为本发明的实施例中基于游梁式抽油机的数字孪生模型的生成装置的结构框图一；
图9为本发明的实施例中三维模型生成单元的结构框图；
图10为本发明的实施例中运动模型生成单元的结构框图；
图11为本发明的实施例中基于游梁式抽油机的数字孪生模型的生成装置的结构框图二；
图12为本发明的实施例中的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
本发明的实施例提供一种基于游梁式抽油机的数字孪生模型的生成方法的具体实施方式，参见图1，该方法具体包括如下内容：
步骤100：根据站场、游梁式抽油机机械结构及其部件间相对运动关系生成所述游梁式抽油机的机械三维模型。
具体地，通过多体动力学模型表达，对站场及游梁式抽油机机械机构及部件间相对运动关系等构建数字三维模型。
步骤200：根据所述梁式抽油机中的油气混合物的流场分布生成所述梁式抽油机的多相流运动模型。
步骤200在实施时，具体为：通过欧拉多相流模型分析油气混合物进入分离器的流场分布，并根据格朗日颗粒模型分析不同液滴直径对分离效果的影响，以及根据流固耦合对采油泵在井下工作过程中各结构部件和井底流场进行分析，以此构建多相流运动模型。
步骤300：根据所述机械三维模型以及所述多相流运动模型生成所述游梁式抽油机的数字孪生模型。
可以理解的是，现有技术中的数字孪生模型具有以下缺点：较分散：传统的模型仅针对某一部分进行建模及应用，整体性缺失。扩展性差：传统模型自动更新，学习性差，无法进行扩展。实时性：传统模型一般是基于问题导向，出现问题后，才开始应用相应模型进行分析，实时性差。而将机械三维模型与多相流运动模型想结合可以较好地解决该问题。并通过建立物理模拟仿真及验证系统的数字模型，实现软件模拟仿真和物理模拟仿真的数字孪生，将物模的研究功能移植到软件模拟仿真层面，软件模拟仿真中通过叠加以上需求中的各种工况来扩展研究的范围和能力。
从上述描述可知，本发明实施例提供的基于游梁式抽油机的数字孪生模型的生成方法，首先根据站场、游梁式抽油机机械结构及其部件间相对运动关系生成游梁式抽油机的机械三维模型；接着，根据梁式抽油机中的油气混合物的流场分布生成梁式抽油机的多相流运动模型；最后根据机械三维模型以及多相流运动模型生成游梁式抽油机的数字孪生模型。本发明涉及游梁式抽油机仿真控制与分析；融合物联网实时传输，大数据驱动，多体模型提升，从而解决了物理模型无法实现或不易实现的技术难题，综上，本发明提供了一种准确形象的展示并进行控制，工艺过程优化，实时而精细管控的智能闭环的有效控制方法。
一实施例中，参见图2，步骤100进一步包括：
步骤101：根据球阀直径、通流孔直径、所述球阀的通流面积、钢球质量、钢球限位以及所述钢球两侧压力差生成柱塞泵球阀机械模型；
在生成柱塞泵球阀机械模型的过程中，需要考虑球阀直径；通流孔直径、球阀在开启关闭过程中通流面积的变化、钢球质量、钢球限位以及钢球两侧压力差对球阀开启的影响。
步骤102：根据拉杆的刚度、所述拉杆的弹性变形生成抽油杆机械模型；
在步骤102实施过程中，需要考虑拉杆的刚度和弹性变形，并且实验室和现场抽油杆都可以对其静刚度、动刚度在系统模型开发中进行考虑，实现对抽油杆变形对冲程的影响的综合分析。
步骤103：根据驴头绳索的包络参数以及伸缩参数生成驴头绳索机械模型；
考虑驴头在工作中绳索的包络，绳索的伸缩特性等
步骤104：根据所述柱塞泵球阀机械模型、抽油杆机械模型以及驴头绳索机械模型生成所述机械三维模型。
另外，生成机械三维模型还需要以下因素：
井底泵机构柱塞腔建模：考虑柱塞腔往复运动过程中容积产生的变化；考虑因容积变化带来的柱塞腔内的流量、压力变化；考虑柱塞强内油液作用在柱塞下端面而产生的向上的负载。
井底泵柱塞上端面负载建模：考虑柱塞强上端面由于油液压力作用而产生的向下的负载。
井底举升管路：考虑油液在井下管路中向上运输时由于井深油液自重产生的压力。
采油传动机械结构建模：分别为游梁，连杆，曲柄。考虑机械结构的重心位置、质量、转动惯量等。
其他传动装置：如电机、变速箱等。此处使用的是简化模型。后期有详细数据后可以考虑详细模型：齿轮齿比，齿轮间隙，齿轮轴系刚度，齿轮啮合频率，齿轮轴系转动惯量。电机可以考虑控制电流结合电机特性输出扭矩。电机模型可根据实际需求选择具体算法：外特性数表模型，考虑电机随转速、电流变化的输出特性和电机效率；均值详细模型，考虑电机定子、转子的等效电路，可分解电机的电耗、磁耗等因素。
油液属性定义。此处油液属性可以考虑在不同温度、压力下的密度、粘度、热导率、含气量等。
一实施例中，参见图3，步骤200进一步包括：
步骤201：分别生成油气生成流程中不同阶段的液压流体模型、多体动力学模型以及CFD流体力学模型；
具体地，利用液压流体模型、多体动力学模型CFD计算流体力学模型，并且在不同研发阶段、不同目标的需要，上述模型是多样化的。
步骤202：根据所述液压流体模型、所述多体动力学模型以及所述CFD流体力学模型生成所述多相流运动模型。
一实施例中，参见图4，基于游梁式抽油机的数字孪生模型的生成方法还包括：
步骤400：利用物联网，通过传感器实时采集井场以及所述游梁式抽油机的生产数据；
可以在系统的任何位置布置虚拟传感器获取模型信息。例如流量传感器，可获取：瞬时流量(L/min)，累积流量(L)，累积质量流量(kg)。可根据需要在模型中部署更多类型的虚拟传感器。
步骤500：根据所述生产数据以及所述数字孪生模型监控所述游梁式抽油机的生产状态。
具体地，将实际生产流程进行全流程数字孪生，数字孪生系统又通过物联网进行控制，同时，结合样本库进行学习，从而对油气生产各个环节进行管理，控制，优化，预测，研究及应用，并为智能油田发展提供有效手段及技术支撑。
从上述描述可知，本发明实施例提供的基于游梁式抽油机的数字孪生模型的生成方法，可实时监控诊断油气生产运行状态；预测工况和规划操作以及基于数据和模型驱动指导油气生产措施。本发明解决了目前油田的油气生产信息化主要关注数据采集以及可视化，而忽略了生产工艺与生产管理本身，缺乏油气生产整个工艺流程的模拟，缺乏对采集数据进行分析来优化生产工艺的问题，通过建立油气工艺系统仿真模型，模拟生产工艺及管网的运行参数，并与实体装置的运行数据相结合，分析验证生产工艺的运行状况的数字孪生仿真验证系统实现油气生产的监控分析、预警和报警、动态产能调节、流动保障、产能分析、新工艺验证等功能应用。
为进一步地说明本方案，本发明还提供一种基于游梁式抽油机的数字孪生模型的生成方法的具体应用实例，具体包括如下内容，参见图5。
在本具体应用实例中，采用商业成熟度软件Amesim、StarCCM+、Motion；专用模型库开发基于成熟的商业软件进行，包括举升、注排和计量系统建模所需要的模型，包括系统级模型和局部详细分析模型；专用分析模块主要是建立油气举升、注排和计量系统模型，并调试运行；虚拟物联网设计主要是数据与流程模型数据接口、虚拟仪表开发和数据与仪表关联的研究，并与油气生产物联网物理模拟仿真及验证系统的数字孪生。
步骤S10：根据站场、游梁式抽油机机械结构及其部件间相对运动关系生成游梁式抽油机的机械三维模型。
步骤S20：根据机械三维模型进行柔性闭环控制。
参见图6，数字孪生模型模拟抽油运动过程，监控电动机电参，曲柄运动的扭矩，电流，冲次，转速，及运动过程中的载荷。运动中发现，初始运动主要是静摩擦阻力较大，需要给较大动力才可以抽油杆运动，一旦运动从静摩擦转为动摩擦，运动动力减小，但是在实际运行中，没有监控整个运动过程，对于细节的改变没有引起重视，电动机提供的动力依然不变，使得整个运行过程的能耗较大，同时，抽油杆处于应力较大状态，加剧抽油杆偏磨，震动，而且应力较大条件达到抽油杆疲劳损坏的次数减小，也就是抽油杆等设备使用寿命变短，增加捡泵作业次数，提高了运行成本。从而，数字孪生模型中增加变频器等控制模块，监控运动载荷结合运动特点，初始过程中给一定载荷让系统运动起来，一旦运动后，就控制载荷使系统处于匀速运动状态，应力处于最小，减少系统偏磨，摩擦相应的损耗即系统处于最佳运动状态。
步骤S30：根据机械三维模型进行功图分析。
基于数字孪生的油气举升系统仿真模型建立后，后续支持开展下面五个方面分析研究。
1)控制系统优化：在不同工况下研究系统参数对示功图的影响，进而对系统工作参数进行优化，保证采油系统的高效工作。
2)虚拟计量：在不同工况下，系统模型可通过虚拟传感器给出流量信息包括：瞬时流量、累积流量、质量流量等。可根据定义的油液属性得出理论采油流量。
3)采油机构参数敏感性分析：对采油机构的冲程、冲次、配重、电机控制匹配等进行参数敏感性分析。得出各系统参数对采油负载，流量的影响。优化采油过程实现提高效率的目的。
4)工况模拟：通过系统仿真边界条件的设置，可以实现不同工况下的载荷监测、采油压力、流量分析。以及不同工况下的示功图特征分析。
5)失效分析：通过系统仿真的手段，可以研究极限工况下的系统表现。进而为预警判断机制提供更多的可参考量。通过设置不同的失效工况，得出系统监控量的表现，进而实现检测量与故障代码间的映射，完善预警信息系统。
参见图7，从上述描述可知，本发明实施例提供的基于游梁式抽油机的数字孪生模型的生成方法，通过过建立物理模拟仿真及验证系统的数字模型，实现软件模拟仿真和物理模拟仿真的数字孪生,将物模的研究功能移植到软件模拟仿真层面，软件模拟仿真中通过叠加以上需求中的各种工况来扩展研究的范围和能力。
1)通过多体动力学模型表达，对站场及游梁式抽油机机械机构及部件间相对运动关系等构建数字三维模型，构建了游梁式抽油机的数字孪生；
2)通过欧拉多相流模型分析油气混合物进入分离器的流场分布，格朗日颗粒模型分析不同液滴直径对分离效果的影响，流固耦合对采油泵在井下工作过程中各结构部件和井底流场进行分析，构建了杆式抽油泵的数字孪生；
3)数字孪生模型模拟抽油运动过程，监控电动机电参，曲柄运动的扭矩，电流，冲次，转速，及运动过程中的载荷，通过反馈给变频器改变电动机运动。
4)形成一套完整的游梁式抽油机数字孪生，并在井场或者实验室游梁式抽油机上把实际生产采集的电动机参数，抽油机井各类参数通过物联网方式采集，传输到数字孪生系统；基于数字孪生功图分析，主要是数字孪生模型中添加了虚拟机理-功图各段采集功能，结合工况模拟，分析不同工况下示功图特征，应用基于数字孪生的柔性控制方法进行控制系统优化。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了基于游梁式抽油机的数字孪生模型的生成装置，可以用于实现上述实施例所描述的方法，如下面的实施例。由于基于游梁式抽油机的数字孪生模型的生成装置解决问题的原理与基于游梁式抽油机的数字孪生模型的生成方法相似，因此基于游梁式抽油机的数字孪生模型的生成装置的实施可以参见基于游梁式抽油机的数字孪生模型的生成方法实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的系统较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
本发明的实施例提供一种能够实现基于游梁式抽油机的数字孪生模型的生成方法的基于游梁式抽油机的数字孪生模型的生成装置的具体实施方式，参见图8，基于游梁式抽油机的数字孪生模型的生成装置具体包括如下内容：
三维模型生成单元10，用于根据站场、游梁式抽油机机械结构及其部件间相对运动关系生成所述游梁式抽油机的机械三维模型；
运动模型生成单元20，用于根据所述梁式抽油机中的油气混合物的流场分布生成所述梁式抽油机的多相流运动模型；
孪生模型生成单元30，用于根据所述机械三维模型以及所述多相流运动模型生成所述游梁式抽油机的数字孪生模型。
一实施例中，参见图9，所述三维模型生成单元10包括：
塞泵球阀机械模型生成模块101，用于根据球阀直径、通流孔直径、所述球阀的通流面积、钢球质量、钢球限位以及所述钢球两侧压力差生成柱塞泵球阀机械模型；
抽油杆机械模型生成模块102，用于根据拉杆的刚度、所述拉杆的弹性变形生成抽油杆机械模型；
驴头绳索机械模型生成模块103，用于根据驴头绳索的包络参数以及伸缩参数生成驴头绳索机械模型；
三维模型生成模块104，用于根据所述柱塞泵球阀机械模型、抽油杆机械模型以及驴头绳索机械模型生成所述机械三维模型。
一实施例中，参见图10，所述运动模型生成单元20包括：
过程模型生成模块201，用于分别生成油气生成流程中不同阶段的液压流体模型、多体动力学模型以及CFD流体力学模型；
运动模型生成模块202，用于根据所述液压流体模型、所述多体动力学模型以及所述CFD流体力学模型生成所述多相流运动模型。
一实施例中，参见图11，基于游梁式抽油机的数字孪生模型的生成装置还包括：
数据采集单元40，用于利用物联网，通过传感器实时采集井场以及所述游梁式抽油机的生产数据；
生产状态监控单元50，用于根据所述生产数据以及所述数字孪生模型监控所述游梁式抽油机的生产状态。
从上述描述可知，本发明实施例提供的基于游梁式抽油机的数字孪生模型的生成装置，首先根据站场、游梁式抽油机机械结构及其部件间相对运动关系生成游梁式抽油机的机械三维模型；接着，根据梁式抽油机中的油气混合物的流场分布生成梁式抽油机的多相流运动模型；最后根据机械三维模型以及多相流运动模型生成游梁式抽油机的数字孪生模型。本发明涉及游梁式抽油机仿真控制与分析；融合物联网实时传输，大数据驱动，多体模型提升，从而解决了物理模型无法实现或不易实现的技术难题，综上，本发明提供了一种准确形象的展示并进行控制，工艺过程优化，实时而精细管控的智能闭环的有效控制装置。
上述实施例阐明的装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为电子设备，具体的，电子设备例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。
在一个典型的实例中电子设备具体包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，该处理器执行该程序时实现上述基于游梁式抽油机的数字孪生模型的生成方法的步骤，该步骤包括：
步骤100：根据站场、游梁式抽油机机械结构及其部件间相对运动关系生成所述游梁式抽油机的机械三维模型；
步骤200：根据所述梁式抽油机中的油气混合物的流场分布生成所述梁式抽油机的多相流运动模型；
步骤300：根据所述机械三维模型以及所述多相流运动模型生成所述游梁式抽油机的数字孪生模型。
下面参考图12，其示出了适于用来实现本申请实施例的电子设备600的结构示意图。
如图12所示，电子设备600包括中央处理单元(CPU)601，其可以根据存储在只读存储器(ROM)602中的程序或者从存储部分608加载到随机访问存储器(RAM))603中的程序而执行各种适当的工作和处理。在RAM603中，还存储有系统600操作所需的各种程序和数据。CPU601、ROM602、以及RAM603通过总线604彼此相连。输入/输出(I/O)接口605也连接至总线604。
以下部件连接至I/O接口605：包括键盘、鼠标等的输入部分606；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分607；包括硬盘等的存储部分608；以及包括诸如LAN卡，调制解调器等的网络接口卡的通信部分609。通信部分609经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器610也根据需要连接至I/O接口605。可拆卸介质611，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器610上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装如存储部分608。
特别地，根据本发明的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本发明的实施例包括一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述基于游梁式抽油机的数字孪生模型的生成方法的步骤，该步骤包括：
步骤100：根据站场、游梁式抽油机机械结构及其部件间相对运动关系生成所述游梁式抽油机的机械三维模型；
步骤200：根据所述梁式抽油机中的油气混合物的流场分布生成所述梁式抽油机的多相流运动模型；
步骤300：根据所述机械三维模型以及所述多相流运动模型生成所述游梁式抽油机的数字孪生模型。
在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分609从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质611被安装。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上该仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种基于游梁式抽油机的数字孪生模型的生成方法，其特征在于，包括：
根据站场、游梁式抽油机机械结构及其部件间相对运动关系生成所述游梁式抽油机的机械三维模型；
根据所述梁式抽油机中的油气混合物的流场分布生成所述梁式抽油机的多相流运动模型；
根据所述机械三维模型以及所述多相流运动模型生成所述游梁式抽油机的数字孪生模型。
2.根据权利要求1所述的基于游梁式抽油机的数字孪生模型的生成方法，其特征在于，所述根据站场、游梁式抽油机机械结构及其部件间相对运动关系生成所述游梁式抽油机的机械三维模型，包括：
根据球阀直径、通流孔直径、所述球阀的通流面积、钢球质量、钢球限位以及所述钢球两侧压力差生成柱塞泵球阀机械模型；
根据拉杆的刚度、所述拉杆的弹性变形生成抽油杆机械模型；
根据驴头绳索的包络参数以及伸缩参数生成驴头绳索机械模型；
根据所述柱塞泵球阀机械模型、抽油杆机械模型以及驴头绳索机械模型生成所述机械三维模型。
3.根据权利要求1所述的基于游梁式抽油机的数字孪生模型的生成方法，其特征在于，所述根据所述梁式抽油机中的油气混合物的流场分布生成所述梁式抽油机的多相流运动模型，包括：
分别生成油气生成流程中不同阶段的液压流体模型、多体动力学模型以及CFD流体力学模型；
根据所述液压流体模型、所述多体动力学模型以及所述CFD流体力学模型生成所述多相流运动模型。
4.根据权利要求1所述的基于游梁式抽油机的数字孪生模型的生成方法，其特征在于，还包括：
利用物联网，通过传感器实时采集井场以及所述游梁式抽油机的生产数据；
根据所述生产数据以及所述数字孪生模型监控所述游梁式抽油机的生产状态。
5.一种基于游梁式抽油机的数字孪生模型的生成装置，其特征在于，包括：
三维模型生成单元，用于根据站场、游梁式抽油机机械结构及其部件间相对运动关系生成所述游梁式抽油机的机械三维模型；
运动模型生成单元，用于根据所述梁式抽油机中的油气混合物的流场分布生成所述梁式抽油机的多相流运动模型；
孪生模型生成单元，用于根据所述机械三维模型以及所述多相流运动模型生成所述游梁式抽油机的数字孪生模型。
6.根据权利要求5所述的基于游梁式抽油机的数字孪生模型的生成装置，其特征在于，所述三维模型生成单元包括：
塞泵球阀机械模型生成模块，用于根据球阀直径、通流孔直径、所述球阀的通流面积、钢球质量、钢球限位以及所述钢球两侧压力差生成柱塞泵球阀机械模型；
抽油杆机械模型生成模块，用于根据拉杆的刚度、所述拉杆的弹性变形生成抽油杆机械模型；
驴头绳索机械模型生成模块，用于根据驴头绳索的包络参数以及伸缩参数生成驴头绳索机械模型；
三维模型生成模块，用于根据所述柱塞泵球阀机械模型、抽油杆机械模型以及驴头绳索机械模型生成所述机械三维模型。
7.根据权利要求5所述的基于游梁式抽油机的数字孪生模型的生成装置，其特征在于，所述运动模型生成单元包括：
过程模型生成模块，用于分别生成油气生成流程中不同阶段的液压流体模型、多体动力学模型以及CFD流体力学模型；
运动模型生成模块，用于根据所述液压流体模型、所述多体动力学模型以及所述CFD流体力学模型生成所述多相流运动模型。
8.根据权利要求5所述的基于游梁式抽油机的数字孪生模型的生成装置，其特征在于，还包括：
数据采集单元，用于利用物联网，通过传感器实时采集井场以及所述游梁式抽油机的生产数据；
生产状态监控单元，用于根据所述生产数据以及所述数字孪生模型监控所述游梁式抽油机的生产状态。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1至4任一项所述基于游梁式抽油机的数字孪生模型的生成方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至4任一项所述基于游梁式抽油机的数字孪生模型的生成方法的步骤。
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Legal Events
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