Abstrakt vědeckého článku o energetice a racionálním environmentálním managementu, autor vědecké práce – Marat Ilgizovich Khakimyanov, Maxim Gelievich Pachin
Článek pojednává o metodice analýzy dynamogramů v informačních a měřicích systémech pro řízení hlubokotyčových sacích tyčových čerpadel pro výrobu oleje. Navrhuje se analyzovat nejen dynamogramy ústí vrtu a plunžru, ale také vypočítat hloubkové dynamogramy podél celé řady tyčí, určit mechanické napětí v tyčích a provést spektrální analýzu polí dynamogramů.
Podobná témata vědecké práce o energetickém a environmentálním managementu, autor vědecké práce – Marat Ilgizovich Khakimyanov, Maxim Gelievich Pachin
Měrná spotřeba energie při mechanizované výrobě ropy pomocí sacích tyčových hlubinných čerpacích jednotek
Modelování procesu měření dynamické hladiny kapaliny v sací tyčové čerpací jednotce na základě nástrojů dynamometru
Způsob zpracování dynakart v informačně-měřicích systémech řízení přísavných čerpadel
Článek popisuje metodu analýzy dynamických karet v informačně-měřicích systémech řízení sacích tyčových čerpadel. Navrhuje se analyzovat nejen dynakarty ústí vrtu a plunžru, ale také očekávat základní dynakarty podél tyčové struny, určit napětí v tyčích a vytvořit spektrální analýzu sestav dynakart.
Výzkumná práce na téma “Metody pro zpracování dynamogramů v informačních měřicích řídicích systémech pro sací tyče hlubinných čerpadel”
SYSTÉMOVÁ ANALÝZA, ŘÍZENÍ A ZPRACOVÁNÍ INFORMACÍ
M. I. Chakimjanov, M. G. Pachin
ZPŮSOB ZPRACOVÁNÍ DYNAMOGRAMŮ V INFORMAČNÍCH A MĚŘICÍCH SYSTÉMECH PRO ŘÍZENÍ TYČOVÝCH DEEP ROCK ČERPADEL
Článek pojednává o metodice analýzy dynamogramů v informačních a měřicích systémech pro řízení hlubokotyčových sacích tyčových čerpadel pro výrobu oleje. Navrhuje se analyzovat nejen dynamogramy ústí vrtu a plunžru, ale také vypočítat hloubkové dynamogramy podél celé řady tyčí, určit mechanické napětí v tyčích a provést spektrální analýzu polí dynamogramů. Dynamogram; ovladač; píst; činka; studna; rozsah
Naprostá většina ropných těžebních vrtů v Rusku a po celém světě (až 60–70 %) je provozována pomocí sacích tyčových čerpadel (SSRP). Čerpací zařízení je přitom v mnoha případech velmi opotřebované a samotná pole jsou ve finální fázi provozu. Realita moderní světové ekonomiky, jako je nestabilní úroveň cen ropy a neustálé zvyšování nákladů na elektřinu, může způsobit, že mechanizovaná produkce ropy bude málo zisková nebo dokonce ztrátová.
Za těchto podmínek se zvyšuje úloha informační podpory procesu těžby ropy, která umožňuje měřením technologických parametrů čerpadla optimalizovat proces provozu vrtu, snížit zatížení zařízení a snížit náklady podniků vyrábějících ropu.
KONSTRUKCE HLOUBKOVÝCH DYNAMOGRAMŮ
Nejúčinnější metodou monitorování provozu studní vybavených sacími tyčovými čerpadly je testování na dynamometru [1]. Dynamogram je graf změny síly v místě zavěšení tyčí v závislosti na pohybu tyče a je měřen pomocí dvou snímačů – síly a posuvu. Pomocí dynamogramu můžete diagnostikovat několik desítek poruch v čerpadle, jako jsou netěsnosti ventilů, zaseknutý píst, příliš vysoké nebo nízké uložení pístu a další.
Jsou zde dynamogramy ústí vrtu a plunžru (obr. 1). Hlava vrtu (povrch) se měří zapnutými snímači síly a posunutí
Контактная информация: 8(347)242-07-59
ústí vrtu. Plunžr (hloubka) se získá z ústí vrtu výpočtem. K dnešnímu dni bylo vyvinuto několik metod pro výpočet plunžrových dynamogramů [2-4]. Při srovnání dynamogramů z ústí vrtu a pístu lze poznamenat, že dynamogramy z ústí vrtu se liší od dynamogramů z pístu v posunu podél osy zátěže v důsledku hmotnosti tyčí v kapalině a v přítomnosti vibračních vln struny tyče způsobených pružinou. stlačení tyčí [5]. Kromě toho má dynamogram ústí vrtu tvar rovnoběžníku, zatímco plunžrový má tvar obdélníku. Sklon dynamogramu ústí vrtu je způsoben natažením struny tyče na začátku zdvihu směrem nahoru a jejím stlačením na začátku zdvihu směrem dolů.
-0 5 0 0 5 1 1 5 2 2 5 3 3.5
Rýže. 1. Dynamogramy hlavice vrtu a plunžru vrtu č. 3163 NGDU Elkhovneft
Můžeme říci, že plunžrový dynamogram nese pouze informaci o provozu čerpadla a dynamogram z ústí vrtu je doplněn parazitním vlivem tyčové struny, což ztěžuje
analýza. Po získání plunžrového dynamogramu z měřeného ústí vrtu výpočtem je tedy možné zjednodušit analýzu stavu a provozního režimu ponorného zařízení.
Výpočtem dynamogramů střední hloubky můžete sledovat, jak se měří tvar dynamogramu při jeho klesání k čerpadlu (obr. 2). Je vidět, že s rostoucí hloubkou klesá amplituda kmitání sloupku tyče a mizí charakteristický sklon rovnoběžníku.
STANOVENÍ MECHANICKÉHO NAPĚTÍ V TYČÍCH
Za účelem snížení hmotnosti se tyčové sloupy vyrábí vícestupňové, obvykle dvoustupňové nebo třístupňové v závislosti na hloubce ponoru čerpadla, průměru plunžru, materiálu tyče a dalších faktorech [6]. Délky úseků tyčí různých průměrů jsou voleny tak, aby se přibližně vyrovnala velikost napětí po celé délce šňůry tyče. Výpočet pevnostních charakteristik výpletu prutu umožňuje identifikovat nejvíce zatěžovaná místa výpletu prutu a předvídat přetržení.
Maximální napětí v úseku prutu je určeno jako
kde ^max je maximální síla na dynamogram v dané hloubce, N; / – průřez tyčí v dané hloubce, m.
Rozdíl mezi maximálním a minimálním napětím v úseku provázku prutu:
kde Et„ je minimální síla na dynamogram v dané hloubce, N.
Při pohledu na Obr. 3, lze předpokládat, že u této studny by měla být změněna konfigurace tyčové struny, a to zvětšením délky střední sekce o průměru 22 mm o 100-200 m směrem dolů na úkor sekce o průměru 19 mm. Tím se sníží maximální hodnota napětí ve sloupku.
Pomocí grafických závislostí napětí v tyčích můžete analyzovat pevnostní charakteristiky sloupu, identifikovat jeho „slabá“ místa a také s určitou mírou pravděpodobnosti předpovědět dobu obratu pro daný vrt.
Rýže. 2. Dynamogramy vrtu č. 3163 NGDU Elkhovneft v různých hloubkách
Rýže. 3. Maximální napětí v tyčích (Emax) a rozdíl mezi maximálním a minimálním napětím v tyčích ( Rýže. 4. Dynamogramy ústí vrtu, hloubky a pístu vrtu č. 3163 NGDU Elkhovneft Na Obr. Obrázek 4 ukazuje trojrozměrný graf dynamogramu v osách „posunutí-síla-hloubka“. Trojrozměrný obraz dynamogramů činí prezentaci informací vizuálnější a srozumitelnější pro lidské vnímání. Je patrné, jak s rostoucí hloubkou klesá vliv vibrací a setrvačných složek a mizí linie vnímání a odlehčení zátěže. Grafika a výpočetní výkon moderních počítačů umožňuje zobrazit dynamogramy v trojrozměrném obrazu v řídicím centru ropného pole (obr. 5). SPEKTRÁLNÍ ANALÝZA DYNAMOGRAMŮ Dalším mocným nástrojem pro matematické zpracování signálu, který je vhodné použít při zpracování dynamogramů, je spektrální analýza. Spektrální analýza pole dynamogramů umožňuje kromě přirozených vibrací struny prutu určit i přítomnost defektů v ponorném a povrchovém zařízení. Rýže. 5. Znázornění dynamogramu studny č. 2713 v trojrozměrném snímku Rýže. 6. Trojrozměrné spektrum dynamogramu ústí vrtu vrtu č. 3163 NGDU Elkhovneft Rýže. 7. Trojrozměrné spektrum pístového dynamogramu studny č. 3163 NGDU Elkhovneft Na Obr. Obrázky 6 a 7 ukazují trojrozměrná spektra dynamogramů ústí vrtu a plunžru vrtu č. 3163. Trojrozměrný obraz spektra umožňuje nejen vidět frekvenci a amplitudu oscilací, ale také určit čas jejich vzhledu. Z trojrozměrného spektra dynamogramu ústí vrtu (obr. 6) lze tedy určit, že oscilace jsou pozorovány s frekvencí blízkou 1 Hz a vyskytují se na začátku pohybu tyčí nahoru a dolů. Jedná se o přirozené vibrace výpletu prutu. Spektrum pístového dynamogramu (obr. 7) je mnohem hladší, nebyly zaznamenány žádné výkyvy indikující poruchu zařízení. Pro zvýšení účinnosti analýzy dynamogramů v informačních měřicích řídicích systémech sacích tyčových čerpadel je tedy nutné: • analyzovat dynamogramy ústí vrtu i plunžru; • vypočítat mechanická napětí po celé délce sloupu tyče; • analyzovat spektra dynamogramů ústí vrtu a plunžru; • v systémech pro zobrazování informací a přípravu zpráv využívat trojrozměrné znázornění dynamogramů a jejich spekter, což zvyšuje přehlednost informací. Všimněte si, že matematické metody navržené v tomto článku pro zpracování dynamogramů jsou implementovány v informačním systému vyvinutém společností Perm Scientific and Production Instrument-Making Company (JSC PNPPC). řídicí systém měření dat pro sací tyčové čerpací jednotky. 1. Zpracování praktických dynamogramů na PC / Sh. F. Takhautdinov [et al.]. Kazaň: Nové poznatky, 1997. 76 s. 2. Gibbs SG, Neely AB Počítačová diagnostika stavů ve spodních vrtech v čerpacích jímkách přísavných tyčí. J. z Petra. Tech. ledna 1966. S. 93-98. 3. Metoda Gibbs SG pro stanovení výkonu přísavné tyče, US Patent 3,343,409, vydaný 26. září 1967. S. 3-7. 4. Kasyanov V. M. Analytická metoda pro sledování provozu sacích tyčových čerpadel s hlubokými vrty. M.: VNIIOENG, 1973. 95 s. 5. Referenční příručka pro projektování rozvoje a provozu ropných polí. Produkce ropy. M.: Nedra, 1983. 455 s. 6. Yurchuk A. M., Istomin A. Z. Výpočty v produkci ropy. M.: Nedra, 1979. 271 s. Khakimyanov Marat Ilgizovich, docent. oddělení elektrotechnika a elektrická zařízení podniků USPTU. Dipl. inženýr pro elektrické pohony a automatizaci výrobních závodů a technologických celků (USPTU, 1999). Cand. tech. Sci. Výzkum v oblasti automatizační systémy pro těžbu ropy z vrtů. Pachin Maxim Gelievich, režisér. projekt OJSC “Perm Research and Production Instrument-Making Company”. Dipl. inženýr elektrických pohonů (Perm State Technology University, 1995). Výzkum v oblasti řídicí systémy pro elektrické pohony čerpadel studní. Většina těžebních vrtů podniků produkujících ropu je vybavena sacími tyčovými čerpacími jednotkami. Řízení činnosti sacích tyčových čerpadel se provádí, jak je známo, pomocí testování na dynamometru. Tedy zaznamenáváním diagramu změny zatížení tyče ústí vrtu při jejím pohybu nahoru a dolů. Schopnost číst dynamogramy a schopnost je správně interpretovat je nezbytná jak pro specialisty technologické služby podniku na těžbu ropy, tak pro specialisty geologické služby. Dynamogramy pomáhají procesním inženýrům při rozhodování o potřebě rutinní opravy vrtu (TRS) nebo například o potřebě tepelného ošetření vrtu k odstranění parafínových usazenin bez zapojení týmu TRS. Specialisté na geologický průzkum potřebují dovednost čtení dynamogramů jako úplně první krok při analýze důvodů poklesu průtoku těžebního vrtu. Pokud dynamogram „funguje“, problém není v čerpadle. To znamená, že můžeme přejít k hledání „geologických“ důvodů poklesu průtoku. Proč potřebujeme umět číst dynamogramy, je jasné. Pojďme nyní přímo k analýze samotných dynamogramů. Než přejdeme k analýze skutečných dynamogramů, je nutné porozumět teoretickému dynamogramu. Jak je známo, dynamogram je diagram změny zatížení tyče ústí vrtu v závislosti na jejím zdvihu. Teoretický dynamogram – jedná se o idealizovaný dynamogram, který nezohledňuje třecí síly, setrvačné a dynamické účinky vznikající v reálných podmínkách. Kvůli těmto efektům se přímé čáry teoretického dynamogramu mění na vlnovky charakteristické pro skutečný dynamogram. V teoretickém dynamogramu se také předpokládá, že válec tyčového čerpadla je zcela naplněn, to znamená, že průtokový koeficient čerpadla je roven 1, což se v reálných podmínkách nikdy nestane (průtokový koeficient čerpadla je obvykle menší než jedna). Teoretický dynamogram má tvar rovnoběžníku (obrázek 1). Obrázek 1. Teoretický dynamogram Obrázek 2. Schéma čerpadla pláště Směřovat А na dynamogramu – to je nejnižší poloha pístu čerpadla. Úsečka AB – zdvih leštěné tyče nahoru. V tomto případě jsou tyče deformované (natažené), ale píst čerpadla je stále v nejnižší poloze. Úsečka BC – zdvih leštěné tyče a pístu čerpadla nahoru. Směřovat C – krajní horní poloha pístu čerpadla. Úsečka CD – zdvih leštěné tyče směrem dolů. V tomto případě jsou tyče deformovány (stlačeny), ale píst čerpadla je stále v nejvyšší poloze. Úsečka DA – zdvih leštěné tyče a pístu čerpadla směrem dolů Obecně nic složitého. Levá část dynamogramu charakterizuje činnost čerpadla, když je plunžr ve spodní poloze, a podle toho činnost sacího ventilu čerpadla. Pravá strana dynamogramu ukazuje činnost čerpadla, když je plunžr v horní poloze, a podle toho činnost výtlačného ventilu čerpadla. S dynamogramem provozu čerpadla v ruce můžete vypočítat průtok kapaliny studnou. Dynamograf, který se používá pro snímání dynamogramů, také poskytuje informace o počtu kmitů (za minutu) čerpacího stroje a délce zdvihu plunžru. Vědět, které čerpadlo je spuštěno do studny, není obtížné vypočítat průtok. Vzorec pro výpočet teoretický průtok kapaliny: Qт = 1440 · π /4 · D² · L · N kde Délku zdvihu a počet výkyvů, jak jsem již řekl, nám udává dynamograf spolu s dynamogramem. Průměr plunžru je obvykle uveden v názvu čerpadla. Například čerpadlo NGN-2-44 má průměr plunžru 44 mm a čerpadlo NGN-2-57 má průměr plunžru 57 mm. Abyste dostali, musíte aktuální průtok studní tekutiny, je nutné vynásobit výsledek získaný ze vzorce průtokem čerpadla (η), který, jak již víme, je vždy menší než jedna. Skutečné dynamogramy mají obrovské množství tvarů a variant. Nebude možné je zde všechny zvážit, uvedu pouze několik typických příkladů: Dynamogram normálního provozu čerpadla Dynamogram normálního provozu čerpadla Vliv plynu, neúplné naplnění pístu Vliv plynu, neúplné naplnění pístu Oba ventily nefungují Zlomené nebo zlomené tyče Výstup plunžru z válce čerpadla Usazeniny parafínu Před dokončením článku si položme ještě jednu otázku: Zásady různých společností na výrobu ropy týkající se frekvence dynamogramů se mohou lišit. Zpravidla se však dynamogramy odebírají jednou měsíčně na normální, nekomplikované zásobě studny. V případě potřeby se dynamogramy provádějí častěji (například jednou týdně) na zásobě studní komplikované častými usazeninami parafínu. Dynamogramy se také provádějí, pokud existují vhodné indikace (jak říkají lékaři). Například při snížení průtoku studniční tekutiny, při zvýšení dynamické hladiny, po změně provozních parametrů tyčového čerpadla (délka zdvihu, počet výkyvů) a další. Pokud byla na vrtu prováděna geologická a technická opatření (GTM), pak po spuštění vrtu až do dosažení provozního režimu se dynamogramy obvykle pořizují denně. Totéž lze říci o nových vrtech zahájených vrtáním.
Teoretický dynamogram
Qт – průtok kapaliny (teoretický), m 3 /den
D – průměr pístu, m
L – délka zdvihu, m
N – počet houpaček, houpaček/min.Příklady reálných dynamogramů
Jak často se odebírají dynamogramy?
