Імітаційна модель свердловинної штангової насосної установки на основі абстрактних автоматів

Abstract

Існуючі імітаційні динамічні моделі свердловинних штангових насосних установок постійно розвиваються шляхом розширення їх можливостей. Удосконалення таких моделей доволі трудомістке і вимагає відповідних математичних знань у дослідника. Одним із шляхів вирішення цієї проблеми є застосування імітаційних моделей на основі абстрактних автоматів та автоматного програмування для їх реалізації. Описано принципи побудови такої моделі, колона насосних штанг якої представлена у вигляді системи автоматів, які з’єднані пружно-демпферними зв’язками. Окремий автомат являє собою уявний вузол колони, у якому зосереджена маса секції колони, її вага та інші сили. Функція переходу автомата визначає його поведінку і намагається повернути автомат у стан з рівновагою сил на ньому. За допомогою моделі можна отримати динамограми установок з сталевими та склопластиковими колонами, форма яких відповідає практичним динамограмам. Розроблена автоматна модель є простою для розуміння і модифікації, дає змогу моделювати явища, які важко сформулювати в термінах диференціальних рівнянь. Модель реалізовано програмою, яка виконана в стилі автоматного програмування популярною мовою Python, не потребує спеціалізованих засобів моделювання чи сторонніх бібліотек та допускає паралельні обчислення. Модель може бути використана для оптимізації параметрів свердловинних штангових насосних установок і як основа для побудови складніших моделей.

The existing dynamical simulation models of sucker rod pumping system are developing steadily by enhancement. The improvement of such models is time-consuming and requires appropriate mathematical knowledge among researchers. One solution to this problem is the use of simulation models based on the abstract machines and automata- based programming for their implementation. The principles of building the model of rod string, which is represented as system of abstract machines connected by an elastically-damper links, has been described. An abstract machine is an imaginary column structure, where the mass of the section, its weight and other forces are concentrated. The automaton transition function defines its behavior and tries to return the automaton to a state of equilibrium of forces on it. The model allows to obtain the dynamometer cards for steel and fiberglass columns, the shape of which corresponds to practical dynamometer cards. The designed automaton model is easy to understand and modify, and allows to model phenomena that are difficult to formulate in terms of differential equations. The model is implemented by the program, which is designed by the Python automata-based programming and does not require any special modeling tools or third-party libraries and allows parallel computing. The model can be used to optimize parameters of sucker rod pumping systems and as a basis for building more complex models.