Науково-методологічні основи автоматизованого проектування обладнання штангової свердловинної насосної установки

Abstract

Дисертація присвячена вирішенню актуальної науково-методологічної проблеми ефективного проектування обладнання комплексно-працездатної штангової свердловинної насосної установки (ШСНУ). Розвинуті принципи побудови статистичних моделей відмов штангової колони та імітаційних параметричних моделей обладнання ШСНУ, зокрема: компонентно-орієнтованих моделей ШСНУ мовами Modelica та Python; скінченно-елементних моделей різьбових з’єднань свердловинного обладнання, пресового з’єднання склопластикової штанги, штанг та труб з дефектами і склопластиковим бандажем; гідродинамічних моделей протектора насосних штанг та клапана свердловинного насоса. На основі міждисциплінарного аналізу закономірностей складних систем розроблено абстрактну модель інформаційної системи для проектування обладнання і підтримки життєвого циклу ШСНУ та запропоновано принципи її реалізації у вигляді багатоагентної системи з моделями та базою знань. Запропоновано шляхи дослідження і удосконалення обладнання ШСНУ, оптимізації та раціонального вибору значень його параметрів.

Диссертация посвящена решению актуальной научно-методологической проблемы эффективного проектирования оборудования комплексно-работоспособной штанговой скважинной насосной установки (ШСНУ). Развиты принципы построения статистических моделей отказов штанговых колонн и имитационных параметрических моделей оборудования ШСНУ, в частности: компонентно-ориентированных моделей ШСНУ на языках Modelica и Python; конечно-элементных моделей резьбовых соединений скважинного оборудования, прессового соединения стеклопластиковой штанги, штанг и труб с дефектами и стеклопластиковым бандажом; гидродинамических моделей протектора насосных штанг и клапана скважинного насоса. На основе междисциплинарного анализа закономерностей сложных систем разработана абстрактная модель информационной системы для проектирования оборудования и поддержки жизненного цикла ШСНУ и предложены принципы её реализации в виде многоагентной системы с моделями и базой знаний. Предложены пути исследования и усовершенствования оборудования ШСНУ, оптимизации и рационального выбора значений его параметров.

Using a systems approach and computer modeling methods, an integral set of scientific and methodological solutions, to solve the important problem of effective research and design of equipment of a sucker-rod pumping unit (SRPU) with integrated operability, has been proposed. On the basis of these solutions, the operation of the SRPU equipment in the conditions of static, cyclic and vibrational loading was investigated; dependences of its operability indicators on design, technological and operational parameters are obtained, and based on this, recommendations for the integrated ensuring of its operability are given. The results of the research could be easily implemented.On the basis of inductive methods of self-organization of models, principles for constructing accurate and robust statistical models of failures of sucker rods and polished rods have been developed: models of the probability density of failures as a function of the relative depth of breakage and models of the sucker rod string accident ra te, taking into account many factors associated with the parameters of the SRPU and its failures. The efficiency of application of decision trees ensembles for predicting the failure rate of sucker rod strings by oilfield failure statistics has been substantiated.The principles of component-oriented modeling of SRPU have been developed. They aimed at: modeling factors that are distributed non-uniformly along the rod string; simplifying the creation of models and their development; using by a large communit y of users; integrating into the information system. In particular, parametric models of SRPU have been developed: a model based on abstract automata and the Python language with the ability to simulate phenomena that are difficult to formulate with differ ential equations; a Modelica-model that uses standard translational mechanical components to model the rod string. Algorithmic foundations and implementation of a software framework in the Python language for creating component -oriented, like Modelicamodels, acausal models of SRPU and other dynamic systems without the need for specialized modeling languages have been developed. The adequacy of the models and examples of their application for simulating fiberglass strings and near -resonance frequencies of strokes are shown.