Academic literature on the topic 'Динамограма'

Актуальность. Значительное число крупнейших нефтяных месторождений в России находится на завершающей стадии разработки, характеризующейся снижением объемов добычи, увеличением доли осложненного фонда скважин. Одним из наиболее распространенных способов эксплуатации скважин малодебитного фонда являются штанговые насосные установки. Эксплуатация штанговых установок в осложненных условиях эксплуатации в ряде случаев сопровождается снижением межремонтного периода работы, повышением удельных энергетических и экономических затрат при добыче. В этих условиях одной из наиболее актуальных является задача обеспечения рентабельной разработки скважин за счет своевременной диагностики технического состояния и условий работы насосного оборудования. Объекты: штанговая насосная установка, работающая в нефтяных добывающих скважинах, в том числе при наличии осложняющих факторов, и устьевая динамограмма работы штанговой установки, отражающая техническое состояние и условия работы внутрискважинного оборудования. Цель: разработка нового подхода к диагностике состояния штанговых насосных установок по динамограмме, базирующаяся на решении обратных задач динамики штанговой установки. Методы: методы численного решения уравнений в частных производных для прямых задач, включающих моделирование теоретической динамограммы работы штанговой установки; методы решения обратных задач, направленных на определение параметров модели, характеризующих работу штанговой установки. Результаты. Разработан двухуровневый метод диагностирования состояния штанговых насосных установок по динамограмме. Предлагаемый метод диагностики включает: на первом уровне обработку практических динамограмм системой распознавания образов и на втором уровне – количественное определение последствий неисправностей решением задачи динамики штанговой установки, исходя из физических законов формирования конфигурации динамограмм. Путем анализа конфигурации динамограмм при эксплуатации насосного оборудования (нормальная работа, высокое содержание газа на приеме насоса, утечки в нагнетательном клапане насоса, низкая посадка плунжера в цилиндре) показаны примеры решения задач количественной диагностики и выдачи рекомендаций по корректировке технологического режима на основе разработанного алгоритма.

Ссылка для цитирования: Разработка интеллектуальной станции управления для установок штанговых глубинных насосов / М.Г. Пачин, А.Н. Яшин, А.С. Бодылев, М.И. Хакимьянов // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2022. – Т. 333. – № 3. – С. 68-75.
 Актуальность. Одним из основных способов скважинной механизированной добычи нефти является использование штанговых глубиннонасосных установок. Данные насосные установки появились более 100 лет назад и до сих пор широко эксплуатируются. Однако при добыче нефти штанговыми глубинными насосами возникает ряд проблем: повышенный расход электроэнергии, низкие значения КПД и коэффициента мощности асинхронного электродвигателя, неисправности глубинного и наземного оборудования. Диагностика неисправностей и контроль работы скважинных насосных установок затруднен из-за большого количества скважин и их рассредоточенности на обширных территориях. Внедрение интеллектуальных станций управления установками скважинных насосов позволяет производить диагностику и контроль автоматически с передачей результатов на диспетчерский пункт. Использование систем ваттметрирования и динамометрирования позволяет своевременно определять развивающиеся дефекты нефтедобывающего оборудования, скважинный контроллер корректирует режим эксплуатации с тем, чтобы обеспечить необходимый дебит скважины с минимальным расходом электроэнергии. Цель: исследовать функции современных интеллектуальных станций управления скважинными насосами для добычи нефти; сформулировать основные требования к интеллектуальным станциям управления, к скважинным контроллерам; определить основные функции в области анализа динамограмм и ваттметрограмм установок штанговых глубинных насосов. Объекты: скважины для добычи нефти, станции управления скважинными штанговыми глубинными насосными установками, скважинные контроллеры, алгоритмы управления. Методы: методы многокритериальной оптимизации; математические методы анализа ваттметрограмм и динамограмм, теория автоматического управления. Результаты. Разработаны скважинный контроллер, интеллектуальная станция управления, алгоритм управления электроприводом скважинной насосной установкой. Станция управления имеет функции измерения и анализа динамограмм и ваттметрограмм, диагностики состояния нефтедобывающего оборудования, позволяет проводить оптимизацию режимов эксплуатации скважины по нескольким параметрам.

Ссылка для цитирования: Зюзев А.М., Текле С.И. Динамические симуляторы в задачах диагностики штанговых глубинно-насосных установок // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2022. – Т. 333. – № 1. – С.168-177.
 Актуальность. Эффективность работы штанговых глубинно-насосных установок во многом зависит от качества системы мониторинга и диагностики неисправностей агрегата. Когда штанговый насос эксплуатируется в критических рабочих состояниях, частота отказов оборудования увеличивается, а эффективность производства снижается. Кроме того, поскольку штанговый насос работает глубоко под землей, затраты на его ремонт и обслуживание весьма высокие, а добыча при этом прерывается на длительное время. Следовательно, улучшение системы мониторинга и диагностики работы штангового насоса является важной задачей. Информация о рабочем состоянии штангового насоса отражается в динамограмме усилий в подвеске колонны штанг и в диаграмме мгновенной мощности двигателя – ваттдиаграмме. Мониторинг штангового насоса с использованием кривой мощности двигателя более эффективен, чем динамометрирование, так как его можно использовать для оценки состояния как наземного, так и подземного оборудования. Кроме того, диаграмма мощности двигателя, в отличие от динамограммы, получается с помощью более простых и надежных средств измерений тока и напряжения. Таким образом, диаграмму мощности двигателя можно признать лучшим альтернативным методом для разработки оперативных систем мониторинга и диагностики для штанговых насосных установок. Основная цель: рассмотреть проблемы построения диагностических моделей с использованием диаграммы мощности двигателя штанговых глубинно-насосных установок. Объекты: электропривод, штанговая насосная установка, нефтедобывающая скважина. Методы: имитационное моделирование; метод извлечения признаков, который создает вектор признаков для уникального представления каждого рабочего состояния – метод опорных векторов. Результаты. Проанализированы 72 расчётных диаграммы мощности двигателя, представляющие шесть рабочих состояний, а именно: нормальное рабочее состояние; утечка всасывающего клапана; воздействие газа; недостаточная подача жидкости; низкая и высокая посадка плунжера. Показано, что вектор признаков, построенный на основе оценки мощности в момент переключения клапанов, уникально представляет каждое рабочее состояние. Также было замечено, что метод опорных векторов правильно классифицирует образцы в нормальном режиме работы штанговых глубинно-насосных установок, утечки во впускном клапане и заполнение насоса газом. Однако некоторые образцы с недостаточной подачей жидкости были ошибочно классифицированы как заполнение насоса газом или нормальные.

Своевременное диагностирование и прогнозирование отказов в работе глубинного насосного оборудования позволяет увеличить межремонтный период работы скважины. Наиболее распространенным и эффективным способом диагностирования глубинного насосного оборудования является анализ результатов динамометрирования, большинство из которых основаны на визуальном сравнении образцов практических динамограмм с эталонными.В данной работе предложена методика диагностирования состояния глубинного насосного оборудования при помощи интервальных оценок результатов динамометрирования на примере утечки жидкости в нагнетательном узле насоса. Для определения границ данного интервала использовано распределение Стьюдента. Из анализа построенного доверительного интервала при ходе полированного штока вверх установлено, что он сужается на промежутке от 0,3 до 0,7 м. Данный диапазон соответствует интервалу, на котором при безотказном состоянии глубинного насосного оборудования шток воспринимает максимальную нагрузку, что свидетельствует о начале движения плунжера насоса вверх.На основе разработанной методики диагностирования предложена методика прогнозирования отказов на примере утечки жидкости в нагнетательном узле насоса. Построен интервал изменения кривой зависимости относительного усилия на полированном штоке от его хода. По частоте вхождения данной кривой в полученный интервал с надежностью 95 % строится прогноз о нарастании отказа, связанного с негерметичностью клапанного узла.

Ревматоїдне ураження суглобів має швидкий і агресивний перебіг, що призводить до вираженої деструкції не тільки суглобів кінцівок, але й оточуючих тканин унаслідок аутоімунної реакції. Через 5–8 років понад 50 % хворих утрачають працездатність, а 10–12 % потребують сторонньої допомоги. Ураження колінних суглобів при ревматоїдному артриті спостерігається приблизно в 70 % випадків. Відновлення рухів у колінному суглобі на пізніх стадіях захворювання можливе тільки за допомогою оперативного лікування. Важливим фактором для ефективності оперативного лікування є реабілітація хворих у ранньому післяопераційному періоді. Матеріали і методи. Робота виконана в Інституті травматології і ортопедії НАМН України. Проліковано 113 хворих на ревматоїдний артрит з ураженням колінного суглоба, яким виконано 140 оперативних утручань (тотальне ендопротезування колінного суглоба), у 27 пацієнтів були прооперовані обидва колінних суглоби. Вік пацієнтів коливався від 18 до 77 років і в середньому становив 45,5 ± 1,1 року. Результати. У здорової особи лінія дії маси тіла проходить через центри суглобів. Лінія дії маси тіла опускається через центр голови, проходить на один сантиметр уперед від тіла четвертого поперекового хребця, через центр кульшового суглоба попереду колінного, лягає на площу опори на 4–5 см наперед від лінії внутрішніх кісточок. Це положення відзначається незначними енергетичними затратами. Методом математичної статистики були розраховані середні параметри й оцінений клінічний стан пацієнтів до ендопротезування колінних суглобів, після операції й проведення комплексу реабілітаційних заходів. Аналіз результатів даних дослідження ходіння хворих після лікування показав, що ходіння наближається до більш динамічного типу: на динамограмі з’являються максимуми навантаження переднього й заднього поштовхів і мінімум міжпоштовхового періоду, відзначається незначне скорочення загального часу опори щодо даних, отриманих до лікування, але ходіння пацієнтів залишається патологічним, а саме: ходіння хворих супроводжується низкою компенсаторних рухів, у результаті чого виникають певні деформації різних ділянок графіка реакцій опори. Висновки. Розроблена програма реабілітації хворих на ревматоїдний артрит при протезуванні колінного суглоба дозволяє провести підготовку опорно-рухового апарату до оперативного лікування й відновити силу м’язів і руху в суглобах у післяопераційному періоді. Комплекс заходів, що складається з лікувальної гімнастики, масажу, міостимуляції м’язів нижніх кінцівок і магніто-квантової терапії в передопераційному й ранньому операційному періодах, сприяє поліпшенню динамічних характеристик ходіння після ендопротезування колінного суглоба у хворих на ревматоїдний артрит. У результаті застосування запропонованої методики в пацієнтів відзначається значне збільшення навантаження на задній і передній відділи стопи, скорочення часу опори стопи, наближення ходіння хворих до динамічного типу.

Робота присвячена питанням вдосконалення динамометричного методу діагностування штангових глибинно-насосних установок. У зв’язку з цим проаналізовані типи дефектів ШГНУ та причини, що їх зумовлюють. Показано, що максимальної ефективності діагностування можна досягти за умови контролю причин, що зумовлюють дефекти ШГНУ, та параметрів технологічного режиму роботи свердловини. Для вирішення поставленого завдання було вдосконалено динамометричний метод діагностування ШГНУ. Розроблено методи автоматизованого діагностування ШГНУ з використанням перетворення Уолша та вейвлет-перетворення. Створено математичну модель коливних процесів колони НКТ, що дозволяє пов’язати їх характеристики із рівнем рідини в затрубному просторі свердловини Запропоновано метод визначення коефіцієнта тертя на основі розрахунку плунжерних динамограм. На основі проведених теоретико-експериментальних досліджень здійснена розробка системи діагностування ШГНУ та конструкції вставного давача навантаження. Проведена розробка функціональної схеми системи діагностування та принципових схем окремих її вузлів, а також програмного забезпечення для мікропроцесорних вузлів системи. Проведено метрологічний аналіз розробленої системи та первинного перетворювача.<br>Работа посвящена вопросам усовершенствования динамометрического метода диагностирования штанговых глубинно-насосных установок (ШГНУ). В связи с этим проанализированы типы и причины дефектов ШГНУ. Показано, что максимальной эффективности диагностирования можно достичь при условии контроля причин, которые приводят к появлению дефектов ШГНУ, а также параметров технологического процесса добычи нефти в скважине. В результате анализа существующих методов и технических средств установлено, что их применение не обеспечивает необходимой точности и достоверности диагностирования, и определены пути усовершенствования динамометрического метода диагностирования ШГНУ. Проведены экспериментальные исследования разработанных методов и системы диагностирования на скважинах НГДУ "Надворнаянефтегаз" и "Бориславнефтегаз", подтвердившие работоспособность системы и эффективность предложенных усовершенствований динамометрического метода диагностирования ШГНУ.<br>The work is dedicated to the improvement of dynamometering method for diagnostics of beam pump units. According to this, the defects of beam pump units and its causes have been analyzed. It was showed that maximum effectiveness of diagnostics can be achieved when monitoring causes of defects of beam pump units and parameters of operating practices of an oil well. To solve this task the dynamometering method for diagnostics of beam pump units was improved. The methods of automated diagnostics of beam pump units using Walsh and wavelet transforms have been developed. The mathematical model of vibratory motion of oil-well tubing was created, that allows to connect vibration characteristics with liquid level of a well. The method of determining constant of friction based on downhole dynagraphs calculation was offered. Basing on accomplished theoretical and experimental researches, the diagnostic system for beam pump units and load sensor have been worked out. The functional scheme of diagnostic system and schematic circuit of its units as well as software for microprocessor units have been developed. The metrological analysis of sensing device and diagnostic system was accomplished.

Робота присвячена питанням контролю технічного стану ГНШУ, які експлуатуються у викривлених свердловинах та знаходяться під дією комплексу силових чинників. При цьому основна увага приділена вдосконаленню динамометричних методів діагностування ГНШУ. З цією метою створена узагальнена модель процесу деформування ШК у свердловині з криволінійною віссю, яка базується на відновленні просторового положення осі з врахуванням спіралевидності, встановлена формула для оцінки критичної сили, під дією якої ШК набуває спіралевидну конфігурацію та отримані математичні співвідношення для оцінки зміни довжини колони. На основі створених моделей вперше розроблено метод контролю ШК, який дозволяє підвищити вірогідність діагностування ГНШУ та прогнозувати дефект типу «обрив штанги». Встановлено характер зміни форми динамограми внаслідок спіралевидної деформації ШК, запропоновано аналітичне представлення еталонної динамограми нормальної роботи ГНШУ та вдосконалений алгоритм її діагностування за динамограмою на основі розрахунку міри подібності між експериментальною і еталонними динамограмами різних технічних станів. Розроблена система діагностування ГНШУ та її основний вузол - давач навантаження накладного типу. Проведено метрологічний аналіз та промислові випробування розробленої системи. Показано, що використання розробленого метода контролю ШК з врахуванням її спіралевидності дозволяє підвищити коефіцієнт готовності ГНШУ з 0.93 до 0.97. При цьому показник ефективності розробленої системи діагностування - вірогідність діагностування складає D=0.96.<br>Диссертация посвящена вопросам контроля технического состояния ГНШУ, которые эксплуатируются в искривленных скважинах и находятся под действием комплекса силовых факторов. При этом основное внимание уделяется усовершенствованию динамометрических методов диагностирования. Диссерация состоит из введения, четырех глав и приложений. Обоснована актуальность работы, сформулированы цели и задачи исследований, поданы научная новизна и практическая ценность полученных результатов, отражены основные результаты работы. Рассмотрено современное состояние вопроса диагностирования ГНШУ, определены причины и факторы, обуславливающие дефекты и отказы ШК, находящейся под действием комплекса силовых факторов, а также проанализированы ее математические модели. Проведен анализ известных методов и средств диагностирования ГНШУ. Разработаны теоретические предпосылки создания метода контроля состояния ШК - обобщенная математическая модель процесса деформирования ШК в скважине с криволинейной осью, которая базируется на восстановлении пространственного положения ее оси с учетом спиралевидности; установлена формула для оценки критической силы, под действием которой ШК приобретает спиралевидную конфигурацию, которая с достаточной для применений точностью (10-15%) согласуется с известными зависимостями, но имеет более простое математическое выражение с учетом особенности ШК. Получены математические соотношения для оценки изменения длины ШК вследствие приобретения ею спиралевидной конфигурации, оценены характерные величины указанных параметров. Проведено моделирование колебаний ШК в процессе запуска ГНШУ и в установившемся режиме. На основании созданных моделей впервые разработан метод контроля ШК, который позволяет повысить вероятность диагностирования ГНШУ и прогнозировать дефект типа «обрыв штанги». Установлено, что вследствие спиралевидной деформации ШК фактическая .длина хода плунжера изменяется на 10-15 см, что может быть выявлено по динамограмме глубинного насоса. Исследован характер изменения формы динамограммы вследствие спиралевидной деформации ШК, предложено аналитическое представление эталонной динамограммы нормальной работы ШГНУ и усовершенствован алгоритм ее диагностирования за динамограммой на основании расчета меры подобия между экспериментальной и эталонными динамограммами различных технических состояний, полученными из эталонной динамограммы нормальной работы, учитывающей эффект спиралевидности. Проведенная апробация разработанного метода контроля состояния ШК на нефтепромыслах НГДУ «Надворнаянефтегаз» ПО «Укрнефть» подтвердила его эффективность по сравнению с традиционным динамометрическим методом. Разработана система диагностирования ГНШУ и ее основной узел - датчик нагрузки накладного типа. Разработаны блок- схема и принципиальная электрическая схема устройства обработки измерительной информации, позволяющего осуществлять с заданной точностью обработку созданных алгоритмов диагностирования в режиме реального времени. Проведен метрологический анализ и промысловые исследования разработанной системы. Показано, что использование разработанного метода контроля ШК с учетом ее спирапевидности позволяет повысить коэффициент готовности ГНШУ с 0.93 до 0.97. При этом показатель эффективности разработанной системы диагностирования - достоверность диагностирования, достаточно высокий и составляет D=0.96.<br>The work is dedicated to the questions of beam-pump units technical state control, which are exploitated in inclined and incline-directed oil wells and situated under the power factors complex action. The generalized model of beam-pump units deformation process in the oil well with the curvilinear axis is designed based on the reconstruction the spatial state of one’s axis taking to account its heliciformness, the formula for the critical force estimation is given, the action of this force leads to the receiving of heliciform configuration of the bar column, the mathematical ratio to estimate the changing of the column length is presented. The method of bar column control is made for the first time , it allows to increase the reliability of beam-pump units diagnostics. The character of dynamometer card changing of shape as the sequent of heliciform deformation of bar column is defined, the analytical presentation of the standard dynamometer card of the normal state of bar column is suggested both with the improved algorithm of one’s diagnostics using dynamometer card based on the similarly measure between the experimental and standard dynamometer card of the different technical states calculation. The system of diagnostics for the beam-pump units and one’s main component -the loading sensor of the plated type. The metrological analysis is made both with the industrial testing of presented system. The using of presented method of control of the bar column taking to account the heliciform of axis allows to increase the readiness coefficient from 0.93 to 0.97. The reliability of diagnostics is high enough and equal to D= 0.96.

На основі інформації по відмовам КНШ в „Надвірнанафтогаз” здійснено статистичний аналіз аварійності елементів КНШ і визначено вплив експлуатаційних факторів на їх довговічність. Підкреслено значний вплив викривленості свердловин на частоту та розподіл відмов. Розроблено методику аналітичного розрахунку напружень і зусилля притискання КНШ до стінок насосно-компресорних труб (НКТ) на скривлених ділянках. За даною методикою проаналізовано закономірності впливу профілю свердловини та параметрів КНШ на зусилля притискання та напруження згину в НШ. Розроблено методику та необхідні засоби для дослідження впливу тертя НШ по НКТ на її корозійно-втомну довговічність. Результати досліджень дозволили зробити висновок про позитивний вплив фрикційної складової на корозійно-втомну довговічність НШ для мало скривлених свердловин (зусилля притискання до 100 Н). Значну увагу приділено розробці удосконаленого засобу вимірювання навантажень, діючих в верхній частині штангової колони, який дозволяє виділяти високочастотні цикли навантажень КНШ і проводити безпосередній запис результатів вимірювань для їх обробки на ПЕОМ. З допомогою розробленого удосконаленого динамографа з індукційним давачем переміщень проведено експериментальні дослідження з оцінки навантаженості КНШ в експлуатаційних умовах та розроблено розрахунково-експериментальний метод раціонального вибору кінематичних характеристик приводу. Удосконалено розрахункові методики оцінки впливу експлуатаційного процесу навантажування на довговічність насосних штанг, а саме, впливу багаточастотності та напружень, нижчих за границю витривалості матеріалу НШ. Розроблено розрахунково-експериментальний метод з оцінки залишкового ресурсу КНШ в конкретних умовах експлуатації.<br>Диссертация посвящена усовершенствованию методов оценки долговечности насосных штанг с учетом существенных эксплуатационных факторов. В первом разделе рассмотрено состояние исследований по тематике диссертационной работы. На основе информации по отказам колонн насосных штанг (КНШ) в „Надворнаянефтегаз” осуществлен статистический анализ аварийности элементов КНШ и определено влияние эксплуатационных факторов на их долговечность. Подчеркнуто значительное влияние искривленности буровых скважин на частоту и распределение отказов. Рассмотрены работы отечественных и зарубежных ученых, касающиеся прогнозирования долговечности колонны в эксплуатационных условиях. На завершение раздела обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулировано задачи исследований. Во втором разделе разработана методика и необходимые средства для исследования влияния трения НШ по НКТ на ее коррозионно-усталостную долговечность. Значительное внимание уделено разработке усовершенствованного средства измерения нагрузок, действующих в верхней части штанговой колонны, которое позволяет выделять высокочастотные циклы нагрузок КНШ и проводить непосредственную запись результатов измерений для их обработки на ЭВМ. В третьем разделе разработана методика аналитического расчета напряжений и усилие прижимания КНШ к стенкам насосно-компрессорных труб (НКТ) на искривленных участках. По данной методике проанализировано закономерности влияния профиля буровой скважины и параметров КНШ на усилие прижимания и напряжение изгиба в НШ. Разработан расчетно-экспериментальный метод оценки остаточного ресурса КНШ в конкретных условиях эксплуатации. Четвертый раздел посвящен экспериментальным исследованиям нагружения, долговечности и остаточного ресурса колонны насосных штанг. Проведена оценка эксплуатационной нагрузки колонны насосных штанг и его влияния на ее долговечность. Проанализированы результаты эксплуатационной нагрузки насосных штанг на работающих буровых скважинах, которые получены с помощью разработанной конструкции динамографа с датчиком малых перемещений. Разработан расчетно-экспериментальный метод определения длины хода и числа качаний насоса для заданного диаметра плунжера. С помощью данного метода возможно стабилизировать динамический уровень жидкости, т.е. согласовать приток жидкости из буровой скважины и подачу глубинного насоса. Также проведено исследования долговечности колонны насосных штанг с учетом эксплуатационного нагружения. Анализ проведенных экспериментальных исследований с помощью усовершенствованной методики прогнозирования остаточного ресурса деталей и оборудования в типичных условиях эксплуатации позволил определить параметры кинетической диаграммы коррозийной усталости насосных штанг. На основе данных параметров рассчитан остаточный ресурс штанг после определенного срока эксплуатации.<br>The statistical analysis of rods string (RS) elements accident rate based on breakdowns data of "Nadvirnanaftogas" is carried out and operational factors effect on rods durability is worked out. Significant influence of wells deviation on breakdowns frequency and distribution is emphasized. The method of analytical calculation of stress and RS press strain to the tubing walls on deviated parts is developed. Principles of well profile and RS parameters influence on press strain and bend strain in rods are analyzed. The method and wherewithal for research of influence of rod and tubing friction on its corrosion-fatigue durability are developed. Research results gave the possibility to conclude about positive influence of frictional constituent on rods corrosion-fatigue durability for weakly deviated wells (press strain less than 100 N). Significant attention is focused on development of improved device of loads measurement that act on the top of rod string. Improved dynamograph with induction displacement transducer allows to single out high-frequency cycles of RS loads and to conduct immediate recording of measurement results for its processing.