Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время добыча нефти сквавин-ными штанговыми насосными установками (СШНУ) является основным способом механизированной эксплуатации скважин - более 56$ действующего фонда скважин страны оснащено именно СШНУ. В последние годы наблюдается опасная тенденция снижения нефтедобычи. Одной из основных причин этого являются сокращение межремонтного периода работы СШНУ, из-за повышенной аварийности установок. Сохранение на заданном уровне, а также изыскание возможностей увеличения производительности работающих СЕНУ во многом зависит от того, насколько правильно организовано, их техническое диагностирование.
Наиболее распространенным способом, позволяющим определить причину неисправности и место ее возникновения, является днкамомет-рированне с помощью гидравлических динамографов. Автоматизированные системы диагностики СШІГУ распространены не- столь широко, причем большая часть в качестве метода диагностики использует также динамо-метрнрование. Программно-алгоритмическое обеспечение для подобных систем довольно хорошо разработано, однако, общгвд недостатком таких систем является необходимость в датчиках» "'переводящих" усилие и перемещение з электрическую форму и устанавливание" на движущихся частях станка-качалки (СК).
Подобных недостатков'лишены системы:, в- основе которых заложен метод ваттметрировалил. Здесь в качестве- диагностической информации используют ваттметрограмму (В!,?Г) - зависимость, мощности, потребляемой двигателем СК, от времени t или угла поворота кривошипа cf . Однако, недостаточная проработка и исследование- возможностей этого метода тормозят его внедрение в практику нефтедобычи. По-прежнему открытыми остаются вопросы не аппаратного.,. & программного определения периода качания СК и начала хода адврх точки подвеса штанг (ТИП) без использования первичных датчиков.. Недостаточно изучен вопрос научного обоснования выбора диагностический: признаков, получаемых из ваттметрограммы и позволяющих наиболее эффективно разделять классы состояния СШНУ. Не рассмотрены важные* вопросы, касающиеся изучения информативности диагностических признако» ш влияния на них различных параметров СШНУ, зависящих от типа установки. Не разработаны методы количественной оценки эффективности работы глубинного оборудования, не требующие выполнения замеров дополнительных параметров нефтедобычи. Создание математической модели,позволяющей из ваттметрограммы (с
- 4 -учетом преимуществ ее съема) получать динамограмму (ДМГ) (наиболее привычную для анализа специалистами НГДУ), открыло бы путь к широкому использованию диагностических систем, основанных на ваттметриро-вашш. Не созданы алгоритмы и программы, ориентированные на ПЭВМ типа ІШ PC AT/XT, для массовой обработки ваттиетрограим непосредственно на нефтепромыслах с помощью аппаратно-программных диагностических комплексов контроля работы СШНУ.
Указанные обстоятельства делают актуальной задачу дальнейшего развития и изучения ваттиетрического метода, создания на его основе алгоритмического и програыыного обеспечения эффективных систем контроля работы СШНУ. Работа выполнялась по планам научно-исследовательских работ, проводимых кафедроіі ''Автоматики и компьютерных систем" Томского политехнического упкверсктета в соответствии с целевой территориально-отраслевой научно-технической программой "Нефть и газ" Томской области.
Цель работы заключается в разработке математических оценок состояния СШНУ по ВМГ, создании алгоритмического и програюшого обеспечения систеш технического диагностирования глубиинонасосного оборудования СЫНУ по результатам ваттиетрнрования.
Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи:
-
.Провести анализ существующих диагностических систем СШНУ. С целью определения недостаточно проработанных вопросов, изучение которых позволит разработать перспективные диагностические аппаратно-программные комплексы.
-
Разработать алгоритм определения начала хода вверх точки подвеса штанг по ваттметрограмме, предловить алгоритм оценки периода одного, качания станка-качалки.
-
Предложить метод количественной оценки эффективности работь глубиинонасосного оборудования (ПЮ) СШНУ.
-
Разработать алгоритм, позволяющий получить динамограмму иг ваттметрограммы расчетным путем с помощью аналитической модели СШНУ.
-
Получить решающие правила для проведения автоматизированной диагностики состояния СШНУ, провести проверку их работоспособности.
в. Провести исследование эффективности разработанных алгоритмов.
-
На базе разработанных алгоритмов создать для ПЭВМ типа Ш PC AT/XT программное обеспечение для решения задачи автоматизированного технического диагностирования СШНУ.
-
Провести опытно-методическую обработку ваттметрограмм, сня-
- 5 -тых с реальных объектов.
Методы исследований: для решения поставленных в работе задач используются методы теории машин и механизмов,, анализа временных рядов, спектрального и факторного анализов, теории распознавания образов, методы аналитического моделирования объекта». Обработка экспериментального материала проводилась на ПЭВМ IBM PC XT с использованием алгоритмов и программ, разработанных автором-.
Научная новизна полученных в работе результатов состоит в следующем:
-
Разработана аналитическая модель, позволяющая расчетным путем получить из ваттметрограммы динамограмму,, зная только кинематические параметры СШНУ и опорную ВМГ (т.е. снятую-на СШНУ конкретного типа без ГНО).
-
Введены ранее не использованные характеристики - "общая характеристика функционирования СШНУ" и "коэффициент функционирования СШНУ", которые позволяют осуществить, количественную оценку состояния установки по ВМГ без измерения дополнительных параметров нефтедобычи.
-
Получены решающие правила, согаюляющие проводить альтернативную диагностику 6 классов состояния ЄЗНЗ (СК типа 7СК8-3,5-4000) с параллельной выдачей рекомендаций о проведении конкретных ремонтно -профилактических работ.
-
Создано алгоритмическое обеспечение для диагностических комплексов, использующих. Еаттметрирование- и ЭВМ класса мини и выше (часть алгоритмов может быть использовав».в, качестве ПО микро-ЭВМ).
5'. Разработано программно'е обеспечеиие для ПЭВМ типа IBM PC AT/ XT.на основе предложенных алгоритмов * " . Практическая ценность работы состоит в том, что:
-
Разработаны алгоритмы (построения ДМГ из ВМГ, оценки периода одного качания СК и определения отечен* мощности, соответствующего началу хода ТПШ вверх), позволяющие- взЗавиться от ненадежных датчиков, положения и усилия.
-
Введены характеристики, позволявшие проводить не только качественную, НО И, ЧТО ОСОбеННО ВаЖНОь КОЛИЧеСТВеНКуЮ ОЦеНКу СОСТОЯНИЯ; ГНО СШНУ. При этом возможно проведение количественного анализа девнамики процесса функционирования ГНО.
-
Определены диапазоны частот, характеризующих работу наземного и подземного оборудования, что позволит использовать полученные результаты при совершенствовании и развитии виброакустических мето-
дов технического диагностирования СШНУ.
4. Разработан комплекс програми, алгоритмов и математически: оценок, которые могут быть использованы в качестве дополнительноп ПО, встроенного в приборы сьема БМГ и различные диагностически комплексы, использующие в той или иной степени метод ваттметрирова ния.
Реализация результатов работы. Созданные алгоритмы и программ для автоматизированной системы технического диагностирования СШНУ п ваттметрограмме внедрены в Кибернетическом Центре при ТПУ.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работ докладывались на: региональных научно-практических семинарах "Уско рение научно-технического прогресса в нефтяной и газовой промышен ности" (г.Томск, 1989г., 1990 г.); Всесоюзной научно-техническо конференции "Проблемы создания, опыт разработки, внедрения автомат» зированных систем управления в нефтяной, газовой, нефтехимическс промышленности и объектов нефтеснабжения" (г.Сумгаит, 1990 г.); Все союзной конференции "Проблемы развития нефтегазового комплекса стрг иы" (пос.Красный Курган, Ставропольского края, 1991 г.); восьме Всесоюзной научно-технической конференции "Перспективы развития применения средств вычислительной техники для моделирования и авте матизированного исследования" (г.Москва, 1991 г.); пятой Всесоюзш научной конференции "Математические метода распознавания образої (г.Москва, 1991); совещании "Организация контроля за. зксплуатациі скважин с применением индикатора дебита" (г.Куйбышев, 1990 г).
Публикации. По результатам диссертационной работы опубликоваї 12 печатных работ, получено 1 положительное решение по заявке. Пері чень работ прилагается.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, ч тырех глав и заключения, изложенных на 133 страницах машинописного текста, содержит 44 рисунка, 17 таблиц. Список литературы включает 135 наименований. Приложение содержит акты о внедрении, сведения о приборе ИРЭ-2, результаты некоторых расчетов и занимает 10 страни
