Контроль технічного стану штангової колони глибинно-насосних установок для видобутку нафти

Abstract

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.

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.

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.