WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

На правах рукописи

АТНАГУЛОВ АЛЬБЕРТ РАШИТОВИЧ

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ УЭЦН

ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ С ОЦЕНКОЙ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

Специальность 05.02.13 – «Машины, агрегаты и процессы»

(нефтегазовая отрасль)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа – 2008

Работа выполнена в Уфимском государственном нефтяном техническом университете.

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

Ведущая организация

доктор технических наук, профессор

Ишемгужин Евгений Измайлович.

доктор технических наук, профессор

Ямалиев Виль Узбекович;

кандидат технических наук, ст. науч. сотрудник

Валишин Юнир Гаянович.

Самарский государственный технический университет.

Защита состоится 23 декабря 2008 года в 14-00 на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.289.05 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан 22 ноября 2008 года.

Ученый секретарь совета Лягов А.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Основная доля добычи нефти в России осуществляется установками электроцентробежных насосов, осложненные условия эксплуатации которых приводят к увеличению числа отказов. Повышение наработки на отказ позволит снизить затраты на капитальный и текущий ремонт, что приведет к уменьшению себестоимости добычи нефти.

Установка погружного электроцентробежного насоса (УЭЦН) является сложной динамической системой, на ресурс которой оказывает влияние множество факторов. С целью увеличения долговечности оборудования необходимо рассмотрение всего комплекса причин, приводящих к отказу, учет которых даст возможность представить полную картину данного процесса.

Разработка способов оценки надежности внутрискважинного оборудования на основе рассмотрения всей совокупности действующих факторов и реакций системы на данные воздействия позволит:

- оценить вероятность появления различных отказов, в том числе и наиболее материально затратных, таких как падение насосного агрегата на забой скважины;

- повысить надежность оборудования на стадии принятия решения об эксплуатации в конкретной скважине;

- снизить количество остановок скважин по причине отказа УЭЦН;

- снизить недобор жидкости за счет увеличения наработки на отказ УЭЦН.

Реакцией системы УЭЦН на условия эксплуатации является возникновение динамических напряжений, приводящих к наиболее трудно устраняемым авариям – «полету» насосной установки вследствие обрыва по телу НКТ или корпусу насоса.

Таким образом, исследование надежности и прогнозирование технического состояния системы УЭЦН при рассмотрении всего комплекса динамического нагружения, вызванного совокупным действием условий эксплуатации и неуравновешенности системы, а также выработка рекомендаций по повышению работоспособности являются актуальной задачей.

Цель работы

Оценка надежности системы УЭЦН в скважине с учетом специфики динамического воздействия при добыче нефти.

Задачи исследования

1 Разработка методов оценки надежности и прогнозирования технического состояния УЭЦН при различных условиях эксплуатации.

2 Определение величины и характера изменения реактивного момента погружного электроцентробежного агрегата в процессе эксплуатации.

3 Исследование динамических нагрузок, возникающих в насосно-компрессорных трубах, вследствие вибрационного воздействия насосного агрегата и реактивного момента.

4 Составление диагностической матрицы оценки технического состояния УЭЦН с учетом динамического воздействия.

5 Разработка устройства по увеличению работоспособности установки с учетом динамической нагруженности.

Методы решения задач

Поставленные задачи были решены с помощью: теории надежности, теории колебаний, динамического метода изучения устойчивости, теории детерминированного хаоса.

Научная новизна

1 Разработана диагностическая матрица на основании промысловых данных, позволяющая оценить вероятность безотказной работы и ресурс УЭЦН с применением теоремы Байеса при различных условиях эксплуатации и с учетом динамической нагруженности системы.

2 Установлено, что при наличии механических примесей в перекачиваемой жидкости, увеличении глубины спуска погружного агрегата, солеотложении, неуравновешенности системы вследствие износа, изгиба вала и колонны НКТ значение реактивного момента насоса может достигать критических величин, приводящих к отказу глубинного оборудования.

3 Определены условия потери устойчивости низа колонны НКТ при воздействии реактивного крутящего момента насосного агрегата и растягивающего усилия от веса установки с применением динамического метода исследования устойчивости систем.

Практическая ценность работы

1 Методика оценки технического состояния и вероятности «полета» насосного агрегата на забой скважины используется в учебном процессе при изучении студентами Уфимского государственного нефтяного технического университета дисциплины «Обеспечение надежности нефтегазовых объектов» для специальности 13.05.03 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений».

2 Разработанная методика оценки технического состояния погружной электроцентробежной насосной установки для добычи нефти передана с целью дальнейшего внедрения в ООО «Серафимовское УПКРС».

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались на научно – технических конференциях, техсоветах: научно - техническом совете «Лаборатория вибродиагности ОФ УГНТУ» (г. Октябрьский, 2006), 58-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (г. Уфа, 2007), 59-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (г. Уфа, 2008), техническом совете «Серафимовское УПКРС» (пос. Серафимовский, 2008).

Публикации

Основные положения диссертации изложены в 10 печатных работах, получен 1 патент на изобретение.

Объем и структура работы

Диссертационная работа состоит из четырех глав, основных выводов, библиографического списка из 133 наименований; изложена на 154 страницах машинописного текста, содержит 50 рисунков, 7 таблиц и 6 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит обоснование актуальности темы диссертационной работы; поставлена цель и сформулированы основные задачи.

Первая глава посвящена обзору литературных источников по отказам и неисправностям погружных электроцентробежных насосных установок. Проведен анализ методов оценки технического состояния глубинного оборудования для добычи нефти.

Отказы и неисправности УЭЦН в большинстве случаев вызваны осложненными условиями эксплуатации установки в скважине, к которым относят: содержание механических примесей в добываемой жидкости, солеотложение, коррозионное воздействие, кривизна ствола скважины и др. Данной тематике посвящены работы следующих авторов: Д. Маркелова, О. Перельмана, С. Пещеренко, А. Рабиновича, С. Слепченко, М.Н. Персиянцева, Р.И. Вахитовой, К.А. Ухалова, Р.Я. Кучумова, Е.А. Бурцева, Р.Н. Пономарева, А.А. Ишмурзина, В.А. Котова, И.Ш. Гарифуллина, Ш.В. Тукаева, О.А. Чукчеева, А.Б. Рублева, В.В. Сушкова, И.В. Генералова, В.Н. Нюняйкина, Ю.В. Зейгмана, Ю.В. Пахарукова, В.Ф. Бочарникова, В.В. Петрухина, А.К. Исангулова, В.Н. Ивановского и др.

Неисправности погружных электроцентробежных установок приводят:

а) к снижению производительности;

б) повышению нагрузки на погружной электродвигатель (ПЭД);

в) вибрации установки и др.

Известно, что вибрация установки является основной причиной износа узлов агрегата и «полета» скважинного оборудования на забой скважины в результате усталостного разрушения металла. Помимо эксплуатационных факторов, влияющих на уровень вибрации, также отмечают конструкционные, связанные с качеством изготовления, сборки и ремонтом УЭЦН.

В работах В.В. Петрухина, Ю.В. Пахарукова и других указывается, что разрушительная величина вибрации УЭЦН является результатом хаотических колебаний вследствие нелинейной динамики механизма.

Таким образом, из литературного обзора следует, что установка электроцентробежного насоса является сложной динамической системой, на эксплуатацию которой влияет множество факторов, при этом не приводится исчерпывающей картины, поясняющей возникновение возможных напряжений.

Автором были рассмотрены различные методы оценки технического состояния погружного оборудования с целью определения влияния условий эксплуатации на динамическую нагруженность системы. Существуют различные способы диагностирования, которые в зависимости от применяемых методов исследования можно подразделить на следующие группы:

- методы, основанные на спектральном анализе;

- методы теории детерминированного хаоса;

- применение нейронных сетей;

- вероятностно-статистические методы.

Ввиду специфики эксплуатации УЭЦН (расположение на значительной глубине от устья скважины) возникает проблема выбора параметров, описывающих состояние установки. Методы вибродиагностики, основанные на регистрации вибросигнала и разложения в спектр, более применимы для оценки качества проведенного ремонта на испытательном стенде или при эксплуатации насосного агрегата с использованием блока погружной телеметрии. Однако применение телеметрии в добыче нефти не нашло широкого применения. Некоторые исследователи предлагают использовать в качестве канала связи НКТ и регистрировать вибросигнал на устье скважины, но при этом достоверность замеряемых параметров мала из-за удаленности источника сигнала и искривления колонны труб в скважине. В бурении при оценке работоспособности глубинного оборудования нашел применение гидравлический канал связи (изменение давления жидкости на устье), что также возможно использовать в добыче нефти.

Н.Н. Матаевым, С.Г. Кулаковым и другими в качестве параметра для спектрального анализа был рассмотрен сигнал от перемен­ной составляющей суммы несим­метричных фазных токов питания, который отражает появление в воздушном зазоре ПЭД пространственных высших гармоник под действием вибрации корпуса УЭЦН и ротора.

В работах К.Р. Уразакова, А.Т. Кутдусова приводится метод оценки состояния УЭЦН путем регистрации колебания газовой среды затрубного пространства, возбуждаемого вибрацией насосной установки, и в качестве критерия оценки применяется размерность Хаусдорфа, представляющий собой меру нерегулярности (хаотичности) рассматриваемого временного ряда. Для анализа временного ряда также возможно использовать и другие критерии, методы теории детерминированного хаоса, такие как: показатель Херста (А.Х. Мирзаджанзаде, М.М. Хасанов и др.), реконструкция фазового портрета (Е.И. Ишемгужин, Р.Ф. Надыршин, А.Н. Зотов и др.).

С помощью параметров, замеряемых на станции управления погружной установки, и использования для обработки данных нейронных сетей можно определять предаварийное состояние УЭЦН.

В литературе приводятся зависимости величины вибрации от наработки на отказ, полученные с использованием вероятностно-статистических методов для оценки качества отремонтированного агрегата, а также для определения текущего состояния при регистрации уровня вибрации эксплуатируемого агрегата.

Все рассмотренные способы позволяют определять неисправности, возникающие при эксплуатации УЭЦН, и предупреждать появление аварий своевременной заменой агрегата. Однако не меньший интерес представляет оценка надежности погружного агрегата на стадии принятия решения спуска насоса в конкретную скважину с определенными условиями эксплуатации и при необходимости повышения надежности УЭЦН путем применения различного дополнительного оборудования (противополетные устройства, пескоуловители и т.д.).

Проведенный анализ способов диагностирования насосного агрегата показывает необходимость разработки дополнительных методов, позволяющих моделировать различные условия эксплуатации и оценить влияние динамических нагрузок на надежность системы УЭЦН.

Во второй главе представлен способ оценки вероятности появления отказа с применением метода Байеса, который дает возможность учитывать различные условия эксплуатации.

На появление наиболее трудно устраняемых аварий типа «полет» УЭЦН влияет множество различных факторов, учет которых не представляется возможным, поэтому мы можем говорить лишь о вероятности появления данного события. Более того, обрыв колонны НКТ и сочленений агрегата является результатом усталостного разрушения, для изучения которого широко применяют вероятностные методы исследования.

В теории надежности, в случае определения вероятности наступления события D (отказа или безотказной работы) при различных признаках Кj, присутствующих при наступлении события, используется метод Байеса.

Формула Байеса имеет следующий вид

или (1)

где i – данная гипотеза; s – любая гипотеза; m – число гипотез; Di – диагноз; P(Di/Kj) – вероятность диагноза Di, после того как стало известно наличие признака Kj (апостериорная вероятность диагноза); Kj – признак, встречающийся при диагнозе Di; P(Di) – априорная вероятность диагноза Di,полученная по статистическим данным; P(Kj/Di) – вероятность появления признака Kj у изделия с состоянием Di; P(Kj) – полная вероятность, т.е. вероятность наступления признака Kj с любой из гипотез.

Получена диагностическая матрица по признакам P(Kj/Di) путем обработки статистической информации по месторождениям Самотлорской группы, приведенной в литературе по «полетам» насосного агрегата на забой скважины. Значения P(Kj/Di) представлены в таблице 1, из которой видно, что вероятность безотказной работы по признакам практически одинакова для всех случаев. Равновероятность объясняется тем, что число аварий типа «полет» от общего фонда электроцентробежных установок по всем диагностическим признакам мало.

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»