С постоянным развитием науки и техники люди все больше внимания уделяют нехватке энергии и загрязнению окружающей среды. В частности, эксплуатация нефтяных месторождений предъявляет более высокие требования к добыче, разработке, оценке и другим технологиям. Установки электроцентробежных насосов (УЭЦН) широко используются на нефтяных месторождениях благодаря их преимуществам, связанным с высоким подъемом, большим рабочим объемом и удобством управления. Поэтому очень важно провести исследования по теории и технологии диагностики неисправностей УЭЦН. В настоящее время обнаружение рабочего состояния и диагностика неисправностей УЭЦН в точке источника сигнала в основном включают в себя традиционные методы обнаружения и современные методы обнаружения [1, c. 250].
Традиционные методы обнаружения включают в себя текущий метод карты и схему контроля эффективности управления системой. Современные методы обнаружения в основном включают в себя анализ вибрации и диагностику рабочего состояния. Существует много исследований методов анализа различных видов сигналов. В статье изучаются принцип работы УЭЦН и теория алгоритма диагностики неисправностей. В исследовании предлагается методика создания базы признаков текущих электрических параметров и параметров производства в различных режимах неисправности УЭЦН.
Материалы и методы исследования
Системные компоненты УЭЦН
Мощность заземления подается в погружной электродвигатель через кабель погружного насоса под трубой в скважину. Затем двигатель приводит многоступенчатый центробежный насос во вращение для создания центробежной силы, поднимая сырую нефть в скважине на землю. УЭЦН состоит из скважинной, наземной части и промежуточных частей. Наземная часть состоит из трансформаторной группы, автоматической консоли и вспомогательного оборудования, а промежуточная часть состоит из кабеля и трубки. Стальной трос используется для крепления кабеля и колонны труб. Наконец, скважинная часть – это в основном блок УЭЦН. Скважинная часть – это основной блок УЭЦН [2].
Шесть наборов параметров УЭЦН
Недавно разработанный трубчатый газожидкостный двухфазный расходомер обладает преимуществом измерения добычи газа и добычи жидкости в режиме реального времени. Значение соотношения газ – жидкость можно получить, рассчитав эти два набора параметров. Однофазный ток и однофазное напряжение можно получить из электрического шкафа. Давление эксплуатационной колонны УЭЦН получают из устья скважины с помощью датчика давления. Шесть параметров передаются в центр управления через терминал оборудования через интернет.
По сравнению с преимуществами получения сигнала в традиционных методах обнаружения и современных методах обнаружения выбранные шесть наборов параметров связаны с параметрами в диагностическом приборе. В этой статье приняты текущие параметры в традиционном методе обнаружения и некоторые связанные параметры в современном методе обнаружения. Кроме того, обмотка, температура, ток утечки и вибрация двигателя в современном методе обнаружения оказывают определенное влияние на рабочий ток и напряжение двигателя. Температура всасывания на входе, давление на выходе и давление на входе все еще оказывают влияние, которое отражено в производственных параметрах. Следовательно, диагностический прибор обеспечивает теоретическую основу для выбора параметров. Однако эти параметры диагностического прибора получены из скважины.
Механизм измерения сигнала
Некоторые формулы используются для определения релевантности попытки и надежности метода измерения [3, c. 315]. Давление всасывания насоса равно высоте столба жидкости над впускным отверстием плюс давление рукава.
Двс = Н + ∆Др, (1)
где Двс – давление всасывания насоса;
Н – высота столба жидкости над всасывающим отверстием;
Др – давление в рукаве.
Таким образом, давление в забое скважины может быть выражено как:
, (2)
где Дзс – давление в забое скважины;
Н – высота насоса;
– средняя плотность жидкости.
Согласно модели прогнозирования производительности, выход жидкости под давлением на входе в насос может быть получен путем
Q = f(Дзс), (3)
где Q – выходной сигнал, который можно выразить как
Q = Ql + Qg, (4)
где Ql – производство жидкости.
Qg – производство газа;
u1, u2, ..., u8, u9 – это набор неисправностей, и неисправности, включая недогрузку, перегрузку, газовый эффект, блокировку газа, недостаточную подачу жидкости в нефтяных скважинах, утечку инструментальной колонны, напряжение выше номинального значения, напряжение ниже номинального значения, изменения давления всасывания, тока, напряжения, давления в забое скважины и выхода жидкости, которые очевидны. Поэтому эти шесть параметров используются для оценки условий работы УЭЦН. Эти отношения могут быть выражены как [4]:
U = {u1, u2, ..., u8, u9} = {Двс, I, V, Дзс, Q}. (5)
Алгоритмы распознавания признаков
Особенности параметров УЭЦН анализируются из разных условий для разных неисправностей. Принципиальная схема алгоритмов распознавания объектов показана на рис. 1. Кроме того, главное суждение принимает методы предварительного суждения и методы точного анализа. Метод предварительного решения может распознать, есть ли ошибка в простом суждении. Метод точного анализа может точно диагностировать модели ошибок.
Рис. 1. Принципиальная схема алгоритмов распознавания объектов
Описаны несколько категорий неисправностей и извлечены тренды изменения параметров. Изменяющиеся тенденции включают в себя ожидание и дисперсию. Параметры включают электрические параметры и параметры производства. Согласно теории вероятностей и статистики в текущем исследовании ожидание отражает среднее значение случайной величины. Максимальное значение и минимальное значение отражают отклонение данных. На самом деле временная область используется для измерения степени между случайной величиной и ее ожиданием.
Типичные ошибки
В этом разделе анализируются девять типичных неисправностей, встречающихся в процессе производства, которые в основном представлены электрическими параметрами и производственными параметрами. С учетом состояния поля составлены девять принципиальных схем, которые могут отражать изменяющийся тренд параметров. Похожая методика рассмотрена в [5, c. 315]. По сравнению с изменением фактических параметров приложения эти диаграммы могут использоваться в качестве справочных. Исходное состояние девяти проанализированных принципиальных схем является нормальным, поэтому изменения в нормальном диапазоне показаны в первом сегменте параметров.
Случай 1: В нормальном состоянии расчетная мощность и фактическая мощность почти равны нормальному значению. Кроме того, давление масла и температура на устье находятся в нормальном диапазоне колебаний, и на рис. 2 показано, что параметры находятся в нормальном диапазоне.
Рис. 2. Типичные неисправности, встречающиеся в процессе работы УЭЦН
Случай 2: Сегмент a – b, показанный на рис. 2, указывает на то, что двигатель работает нормально. Во время непрерывной работы однофазный ток уменьшается из-за УЭЦН в состоянии недостаточной нагрузки, как показано в сегменте b – g. Когда ток падает до заданного значения отключения при недогрузке, двигатель некоторое время продолжает работать при заданном значении недогрузки. Сегмент g – h указывает на то, что ток неожиданно обнуляется после длительной работы в режиме недостаточной нагрузки. Производство жидкости увеличивается из-за небольшого выбора нагрузки, как показано при нормальных условиях, поэтому первый сегмент параметров находится в нормальном диапазоне изменений.
Случай 3: аналогично, сегмент a – b, показанный на рис. 2, указывает на то, что УЭЦН работает хорошо. Во время непрерывной работы ток увеличивается из-за перегрузки в погружном насосе, что показано в сегменте b – c. Когда ток возрастает до установленного значения отключения при перегрузке, двигатель продолжает работать при установленном значении перегрузки в течение некоторого времени. Сегмент g – 1 указывает на то, что ток внезапно обнуляется. После длительной работы в режиме перегрузки добыча жидкости уменьшается из-за большого выбора нагрузки, как показано в сегменте b – c. После остановки производство жидкости продолжает снижаться, как показано в сегменте g – h. Сегмент e – f указывает на то, что соотношение газ – жидкость не изменяется в течение всего рабочего режима.
Случай 4: Аналогично, сегмент a – b, как показано на рис. 2, указывает на то, что УЭЦН работает правильно. Затем давление на входе часто колеблется, поэтому УЭЦН сильно подвержена влиянию газа. В то же время грузоподъемность насоса становится слабее. Добыча газа увеличивается в сегменте b – c. Кривая тока колеблется из-за большего количества свободного газа. Более того, ток нестабилен и регулярно колеблется. Давление на входе и выходе незначительно падает, добыча жидкости немного увеличивается или остается неизменной в сегменте b – c. Прежде всего, соотношение газ – жидкость сильно колеблется и увеличивается в сегменте b – e.
Случай 5: Сегмент a – b, как показано на рис. 2, указывает на то, что двигатель работает нормально. Когда газ подвергается сильному влиянию УЭЦН, в насос поступает много газа, добыча жидкости имеет тенденцию к снижению в сегменте b – l, добыча газа имеет тенденцию к увеличению колебаний в сегменте b – d, а газ – коэффициент ликвидности растет в сегменте b – c. Когда уровень рабочей жидкости близок к входу всасывания насоса, ток значительно колеблется, и тенденция к снижению неустойчива. Более того, избыточное газосодержание блокируется в насосе, ток быстро падает в сегменте м – р из-за защиты от недогрузки. В состоянии остановки производственные параметры находятся в нисходящем тренде.
Случай 6: Когда движущаяся поверхность падает, тогда давление масла падает, и УЭЦН работает ненормально. Характеристики параметров очевидны по однофазному току. Существует также значительное колебание в соотношении газ – жидкость. Аналогично, сегмент a – b, как показано на рис. 2, указывает на то, что УЭЦН работает должным образом. Ток ниже, чем номинальное значение в сегменте b – c и его устойчивый спуск в соответствии с определенным наклоном. Ток быстро падает в сегменте m – p из-за отключения защиты от недогрузки. После некоторого времени отключения УЭЦН он снова запускается в сегменте b – e.
Случай 7: Когда эксплуатационная колонна выходит, жидкость вытекает из трубы под разницей давлений внутри и снаружи трубы. Зависимость между давлением и временем исходной колонны повреждается и нагрузка уменьшается. Аналогично сегмент a – b, как показано на рис. 2, показывает, что двигатель работает правильно. Производство жидкости ниже номинального значения в сегменте b – d. В момент условий работы в сегменте b – e. В сегменте b – e резко снижается давление масла. Однако однонаправленный ток не изменяется – это условие в сегменте a – c.
Случай 8: Когда напряжение погружного двигателя превышает его номинальное значение, УЭЦН не находится в нормальном рабочем диапазоне, а насос грузоподъемности поднимается. Аналогично, сегмент a – b, как показано на рис. 2, указывает, что УЭЦН работает правильно. Мощность двигателя возрастает в сегменте b – c. Затем в сегментах b – m, сегменте c – f и сегменте b – h растут единичные потоки, производство жидкости и газа. Когда ток достигает установленного тока перегрузки в сегменте b – c, после некоторой работы УЭЦН имеет отключение защиты от перегрузки в сегменте m – n. Ток, мощность производства жидкости, добыча газа и давление масла падают в сегменте f – g и сегменте h – l, сегменте d – e и сегменте o – p в процессе n – o сегмента соответственно. Прежде всего, соотношение газ – жидкость всегда находится в нормальном диапазоне в a – p – сегменте в течение всего рабочего режима.
Случай 9: Когда напряжение погружного двигателя ниже его номинального значения, УЭЦН не находится в нормальном рабочем диапазоне, насос грузоподъемности снижается. Аналогично, сегмент a – b, как показано на рис. 2, указывает, что УЭЦН работает правильно. Питание двигателя снижается в сегменте b – d. Затем текущие добывающие мощности и добыча газа снижаются в сегментах b – d, b – m и b – h соответственно. Но ток достигает установленного тока недогрузки в сегменте d – e. Поработав некоторое время, УЭЦН имеет отключение защиты от перегрузки в сегменте e – f. Ток, производительность жидкости, добыча газа и давление масла падают в сегменте f – g, сегменте h – l и сегменте d – e в процессе сегмента f – g соответственно. Соотношение газ – жидкость всегда находится в нормальном диапазоне в сегменте a – p во всем рабочем состоянии.
Выводы
После дискретной выборки сигнала среднее значение сигнала в нормальном рабочем периоде рассматривается как стандартный сигнал. Нормализуя сигнал и сравнивая данные, полученные при каждой выборке, различается градусное отклонение текущего одноточечного рабочего состояния и нормальное состояние.
В статье предложена схема мониторинга рабочего состояния электроцентробежных насосов на основе электрических и эксплуатационных параметров устья скважины. При этом статус подземной добычи отличался различными параметрами ручного ввода в разных скважинах, что улучшило эффективность распознавания при диагностике неисправностей. В соответствии с фактическими случаями составлены графики параметров девяти типов электроцентробежных насосов. Были точно определены причины неисправностей с помощью анализа принципиальных схем. Алгоритмы, разработанные с функцией извлечения, своевременно устраняли неисправности моделей. Кроме того, было проведено больше экспериментов в электроцентробежных насосах, а результаты испытаний показали, что алгоритмы достигли требований с помощью практических инженерных применений.
Библиографическая ссылка
Большунов А.В., Мостакалов К.А. МЕТОДИКА ДИАГНОСТИКИ ФАКТИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ И НЕИСПРАВНОСТЕЙ УСТАНОВОК ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ (УЭЦН) В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОМЫСЛОВЫХ, ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ И ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ // Успехи современного естествознания. – 2020. – № 2. – С. 39-44;URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=37329 (дата обращения: 18.04.2024).