Способ дихотомического диагностирования неуравновешенных скважинных штанговых насосных установок

 

Предназначен для диагностики неисправностей скважинных штанговых насосных установок в нефтедобывающей промышленности. Способ основан на измерении через дискретные промежутки времени активной мощности установки и выделении гармонических составляющих а0 и а1 и отличается тем, что определяют положительную (а0+) и отрицательную (а0-) части нулевой гармонической составляющей мощности установки, причем а0 + и а0- определяют по формулам при P_i>0, при Р_i≅ 0; где n - число отсчетов мощности; i - порядковый номер отсчета мощности; Р_i - дискретные значения активной мощности.

Исправной считается установка при выполнении следующих двух условий а0 > а1; (а0+/а0-) > 12.

В этом случае установка считается исправной при неуравновешенном станке-качалке. В противном случае установка считается аварийной. Способ позволяет проводить достоверную диагностику насосных установок с неуравновешенным станком-качалкой, что позволяет ускорить и облегчить процесс диагностики. 2 ил.

Изобретение относится в области диагностирования скважинных штанговых насосных установок и может быть использовано для диагностики неисправностей скважинных штанговых насосных установок в нефтедобывающей промышленности.

Известен способ диагностики [1] состояния штанговой насосной установки, который базируется на измерении характерных точек перегиба ваттметрограммы и на сравнении максимальных значений мощности за первый и второй полупериоды качания с заданными установленными значениями.

Однако этот способ требует знания установочных предельных значений мощности для диагностирования аварийных ситуаций. К тому же, предельные значения мощности существенно меняются только при крупных авариях. Так же известно, что характерные точки перегиба ваттметрограммы для ряда неисправностей совпадают (обрыв штанг посередине, обрыв штанг у полированного штока, выход из строя приемного и нагнетательного клапанов). При реализации этого способа требуются сложные датчики усилия и хода, устанавливаемые на движущихся частях штанговой насосной установки. Имеющиеся недостатки не обеспечивают удовлетворительной достоверности диагностики и требуют для реализации дополнительных материальных затрат.

Известен также способ диагностики штанговой насосной установки [2], включающий измерение диагностической ваттметрограммы штанговой насосной установки с уравновешенным станком-качалкой, с последующим анализом ее характеристик на основе фиксации как максимальной амплитуды, так и наличия отрицательных выбросов мощности, и сравнении ваттметрограммы с эталонной по амплитуде и фазе.

Однако известный способ имеет ряд недостатков. Так, практика эксплуатации штанговых насосных установок показывает, что отрицательные выбросы мощности могут иметь место и в исправной установке, а максимальное значение мощности существенно меняется только при крупных авариях. Это ограничивает достоверность диагностики. Известно также, что ваттметрограмма является зависимостью активной мощности, потребляемой электроприводом насосной установки, от времени, причем в зависимости от типоразмера установки она изменяется на практике от 10 до 100 КВт. Это требует трудоемкой индивидуальной настройки диагностической аппаратуры для каждой насосной установки, что усложняет применение способа.

Известен также способ диагностики штанговой насосной установки [3], являющийся наиболее близким техническим решением. Способ включает измерение диагностической ваттметрограммы и анализ ее характеристик. В качестве основного диагностического параметра принято отношение амплитуд нулевой и первой гармоник спектра сигнала ваттметрограммы и путем сравнения отношения гармоник с эталонным значением (параметром диагностики) определяют техническое состояние насосной установки.

Указанный способ диагностики штанговых насосных установок включает снятие диагностической ваттметрограммы зависимости P(t) и анализ ее параметров; при этом сначала снимают ваттметрограмму эталонной штанговой установки и для нее определяют диагностический коэффициент - отношение нулевой и первой гармоник мощности (а0/а1)_э. При диагностике конкретной штанговой установки по снятой ваттметрограмме определяют а0 и а1 и затем сравнивают (а0/а1) с (а0/а1)_э. Исправной считается штанговая насосная установка, удовлетворяющая условию (а0/а1) ≥(а0/а1)_э.

Известный способ делает диагностику независящей от абсолютных значений потребляемой установкой мощности и наличия отрицательных выбросов мощности. Однако опыт эксплуатации программно-аппаратного комплекса, использующего приведенное выше соотношение, показал, что способ имеет ряд недостатков: недостаточная точность диагностирования, обусловленная недостаточной информативностью нулевой и первой гармоники;
большой объем задействованной памяти вследствие необходимости снятия и хранения эталонных значений установки.

Кроме того, этот, как и большинство известных способов диагностирования, предназначен для установок с уравновешенным станком-качалкой или предполагают предварительное уравновешивание, тогда как большое число установок работает в разбалансированном режиме. Ясно, что возможность диагностирования при неуравновешенном станке-качалке значительно упростила бы процесс установления диагноза о состоянии насосной установки.

В заявляемом способе диагностирования скважинных штанговых насосных установок, основанном на измерении через дискретные промежутки времени активной мощности установки и выделении гармонических составляющих а0 и а1, определяют также положительную (а0+) и отрицательную (а0-) части нулевой гармонической составляющей мощности установки, причем а0+ и а0- определяют по формулам
при P _i>0,
при P_i≅0;
где n - число отсчетов мощности;
i - порядковый номер отсчета мощности;
Pi - дискретные значения активной мощности.

Исправной считается установка при выполнении следующих двух условий
а0 > а1,
(а0+ /а0-) > 12.

В этом случае установка считается исправной при неуравновешенном станке-качалке. В противном случае установка считается аварийной.

На фиг. 1 приведена блок-схема возможной реализации способа.

На фиг. 2 приведена таблица некоторых экспериментальных данных, полученных при обработке реальных ваттметрограмм.

Устройство диагностирования состояния насосных установок включает перемножающий блок 1, соединенный с блоком выделения гармонических составляющих 2, и последовательно присоединенный блок сравнения 3.

На вход блока 1 поступают мгновенные значения тока и напряжения, снимаемые с входной шины двигателя установки. В блоке производится перемножение этих значений и на выходе блока образуются дискретные значения активной мощности электродвигателя установки. Для удобства дискретность съема информации t = 0,02 c. Такой выбор объясняется периодом питающего напряжения сети, что удовлетворяет требованиям точности и достоверности снятой информации. Блок 1 может быть реализован программно (перемножением предварительно оцифрованных значений тока и напряжения) или аппаратно с помощью интегральных перемножителей.

В блоке 2 происходит выделение гармонических составляющих мощности а0 и а1, причем различают две составляющие а0: положительную и отрицательную, путем разделения данных массива, поступающего из блока 1, по знаковому признаку. Блок может быть реализован аппаратно при помощи соответствующих RC- или LC-фильтров, настроенных на нужную частоту, и устройств сигнатурного анализа, а также программно - путем разложения мощности в тригонометрический ряд Фурье и фиксации знака постоянной составляющей мощности.

Блок 3 осуществляет сравнение полученных значений в соответствии с вышеперечисленными условиями. На основе сравнения выдается сигнал о результатах диагностики:
- нормальная работа при неуравновешенном станке-качалке;
- авария;
- отсутствие диагноза (вследствие уравновешенности станка-качалки или в силу других причин).

Результаты экспертных проверок предлагаемого способа приведены в таблице на фиг. 2
В таблице приведены результаты шести экспериментов, проведенных по реальным ваттметрограммам с уравновешенным станком-качалкой, из которых первые три соответствуют нормальной работе установки и последующие три - какой-либо неисправности. В качестве экспертных использован диагноз отдела техники и технологии нефтедобычи (ТТНД) промысла. Полученные результаты диагностирования полностью совпадают с данными отдела ТТНД.

По сравнению с известными предложенный способ позволяет проводить достоверную диагностику насосных установок с неуравновешенным станком-качалкой, что позволяет ускорить и облегчить процесс диагностики.

Формула изобретения

Способ дихотомического диагностирования неуравновешенных скважинных штанговых насосных установок, основанный на измерении через дискретные промежутки времени активной мощности установки и выделении гармонических составляющих а0 и а1, отличающийся тем, что определяют положительную (а0+) и отрицательную (а0-) части нулевой гармонической составляющей мощности установки, причем а0+ и а0- определяют по формулам
при P_i > 0,
при P_i ≅ 0,
где n - число отсчетов мощности;
i - порядковый номер отсчета мощности;
P_i - дискретные значения активной мощности,
при этом исправной считается установка при выполнении следующих двух условий:
а0 > а1,
(а0+/а0-) > 12.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2