автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Методическое и экспериментальное обеспечение технического состояния установок электроцентробежных насосов в процессе эксплуатации

На правах рукописи

Шубин Станислав Сергеевич

МЕТОДИЧЕСКОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ УСТАНОВОК ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Специальность 05.02.13 - "Машины, агрегаты и процессы" (нефтегазовая отрасль)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

2 7 НОЯ 2014

Уфа-2014

005555939

005555939

Работа выполнена на кафедре «Нефтегазопромысловое оборудование» ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Ямалиев Биль Узбекович

Официальные оппоненты:

Ефанов Владимир Николаевич

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет» / кафедра ЭиБТ, профессор

Ведущая организация

Волков Максим Григорьевич

кандидат технических наук, ООО «РН-УфаНИПИнефть» / руководитель проектного офиса

ФГБОУ ВПО «Самарский государственный технический университет», г. Самара

Защита диссертации состоится «19» декабря 2014 года в 16:00 на заседании диссертационного совета Д 212.289.05 при ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» или на сайте http://www.msoil.net.

Автореферат диссертации разослан «/&» /1_2014 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

Ризванов Риф Гарифович

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы

Традиционно в экономике Российской Федерации стратегически важную роль играет нефтегазодобывающая отрасль, что в свою очередь в последние двадцать лет вызвало интенсифицированное освоение месторождений Тимано-Печорской и Западно-Сибирской нефтегазоносных провинций. Превалирующее место среди мехатронных объектов, задействованных при извлечении продукции скважин в данных регионах, занимают установки электроцентробежных насосов (УЭЦН). что связано с их высокими технико-экономическими показателями эксплуатации.

Ввиду широкого распространения УЭЦН наиболее актуальной задачей является обеспечение эффективного контроля за действующим фондом скважин. Качество и оперативность принимаемого решения о техническом состоянии УЭЦН в процессе эксплуатации в значительной степени зависит от квалификации специалистов, занятых в производственном процессе обеспечения нефтедобычи - операторов цехов, инженерно-технических работников. Большие объёмы анализируемой информации о режимах эксплуатации УЭЦН инженерно-техническими работниками повышают вероятность ошибки определения его технического состояния, и, как следствие, принятия некорректного решения о необходимости воздействия на режим эксплуатации. Таким образом, задача разработки системы определения технического состояния УЭЦН для добычи нефти и газа является актуальной.

Как существующие, так и вновь разрабатываемые методы диагностирования предназначены для контроля единичных деталей, узлов и их параметров, характеризующих работоспособность объекта в целом и сводятся к анализу временных рядов, являющихся временными развертками параметров эксплуатации. Применяемые традиционно линейные методы

исследования временных рядов были в последние десятилетия существенно расширены нелинейными методами, в основе которых лежат работы по теории динамического хаоса, теории распознавания образов и теории информации, что способствует разработке и применению диагностических методов и средств с использованием современных элементов нелинейного анализа, получивших широкое теоретическое и практическое развитие.

Тема и содержание диссертационной работы соответствует требованиям паспорта специальности 05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы (нефтегазовая отрасль): «7. Разработка и повышение эффективности методов технического обслуживания, диагностики, ремонтопригодности и технологии ремонта машин и агрегатов в целях обеспечения надежной и безопасной эксплуатации и продления ресурса».

Цель работы

Повышение эффективности определения фактического технического состояния установки электроцентробежного насоса в процессе эксплуатации.

Основные задачи исследования

1 Разработка критериев технического диагностирования установок электроцентробежных насосов, применимых в процессе эксплуатации, основанных на обработке временных реализаций электротехнических параметров.

2 Исследование влияния изменения технического состояния установки электроцентробежного насоса на временные реализации электротехнических параметров эксплуатации погружного электродвигателя и их вероятностно-статистические характеристики.

3 Разработка устройства для диагностирования технического состояния установки электроцентробежного насоса в режиме реального времени на основании математического аппарата искусственной нейронной сети.

4 Экспериментальное исследование в скважинных условиях методики по оценке технического состояния УЭЦН в процессе её эксплуатации.

Научная новизна

1 Разработаны вероятностно-статистические критерии технического диагностирования («Энтропия» - К[7], «Рекуррентная разность» - К[8-10]), позволяющие количественно оценить изменения динамики протекающих процессов в УЭЦН.

2 Установлены оптимальные сочетания параметров технического диагностирования К[1-10] (1льсила тока в статорной обмотке ПЭД К[1-3], Uab.bc.ca- напряжение в статорной обмотке ПЭД К[4-6], «Энтропия» - К[7] и «Рекуррентная разность» - К[8-10]) для оценки технического состояния УЭЦН при эксплуатации на Кирском месторождении ООО «Башнефть-Добыча».

3 Установлены значения вероятности присутствия для различных технических состояний ПЭД 2[1-5] (21 - «Нормальная работа», 12 -«Дисбаланс токов», 23 - «Недогруз», 24 - «Перегруз», 25 - «Сопротивление изоляции») в зависимости от фактического технического состояниями УЭЦН Х[1-б] (XI - нормальная работа, Х2 - слом вала, ХЗ - снижение подачи, Х4 -снижение сопротивления изоляции, Х5 - срыв подачи, Х6 - заклинивание установки) при эксплуатации УЭЦН на Кирском месторождении ООО «Башнефть-Добыча».

Практическая ценность

1 Разработано устройство для определения технического состояния установок электроцентробежных насосов (патент РФ № 2525094 от 11.06.2014). Устройство прошло успешные испытания в ООО «Башнефть-Добыча» при эксплуатации на скважине № 654 Кирского месторождения.

2 Разработано методическое руководство по определению технического состояния УЭЦН, используемое при проведении работ по техническому

диагностированию с применением разработанного устройства для оценки технического состояния установок электроцентробежных насосов.

Методы решения задач

Для решения поставленных задач использовались: теория информации, теория динамического хаоса и теория распознавания образов, аналитические и экспериментальные методы, направленные на определение технического состояния узлов и агрегатов, применяемых при извлечении пластового флюида из скважин. Информация для статистической обработки получена с помощью современных цифровых станций управления УЭЦН в промысловых условиях.

Основные защищаемые положения

1 Вероятностно-статистические критерии технического диагностирования установок электроцентробежных насосов («Энтропия» — К[7], «Рекуррентная разность» - К[8-10]).

2 Результаты экспериментальных исследований по анализу изменения соответствия расчётного и фактического технического состояния УЭЦН в процессе эксплуатации установки в зависимости от варьирования применяемых критериев технического диагностирования.

3 Программные и технические решения разработанного устройства Для оценки технического состояния УЭЦН в процессе его эксплуатации с применением дифференцированного математического аппарата искусственной нейронной сети по типам неисправностей УЭЦН.

4 Методика оценки технического состояния УЭЦН в процессе эксплуатации с использованием предложенных критериев диагностирования.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

- заседаниях кафедры нефтегазопромыслового оборудования УГНТУ;

- научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых учёных (г. Уфа, УГНТУ, 2012г.);

- всероссийской научно-технической конференции «Инновационное нефтегазовое оборудование: проблемы и решения» (г. Уфа, УГНТУ, 2010г.);

- XVI международном научном симпозиуме им. академика М.А. Усова (г. Томск, ТГГУ, 2012г.);

Публикации

Основные результаты диссертационной работы изложены в 8 печатных работах, в том числе в 3 статьях в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ, в тезисах 4 докладов, 1 патенте на изобретение.

Объем и структура работы

Диссертационная работа состоит из введения, 3 глав, основных выводов, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 153 страницах машинописного текста, содержит 38 рисунков, 12 таблиц, библиографический список из 139 наименований, 3 приложения.

s

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследования, научная новизна выполненных исследований и их практическая значимость.

В первой главе выполнен обзор способов и методов оценки технического состояния установок электроцентробежных насосов, приведён анализ по способам получения и обработки технологических параметров эксплуатации.

Изучением вопроса оценки технического состояния установок электроцентробежных насосов с применением современных информационно-измерительных систем занимались такие авторы, как: Ишемгужин Е.И., Байков И.Р., Пашали A.A., Мирзаджанзаде А.Х., Бахтизин Р.Н., Уразаков K.P., Матаев H.H., Китабов А.Н., Ефанов В.Н., Атнагулов А.Р., МаркеловД.В., Перельман М.О., Пещеренко С.Н,, Слепченко С.Д., Кучумов PJL, Ражетдинов У.З., Черников B.C., Хасанов М.М., Коровин Я.С., Кутдусов А.Т., Смирнов Н.И., Горланов С.Ф., Фролов C.B., Ханжин В.Г., Алиев Т.М. и другие.

Реализация решения задачи определения технического состояния погружных электроустановок принято разделять на два основных этапа: проведение приёмо-сдаточных испытаний после поступления нового оборудования, и параметрическая оценка технического состояния в процессе эксплуатации.

При проведении приёмо-сдаточных испытаний УЭЦН для тестирования её агрегатов применяют диагностические стенды и экспериментальные скважины (в условиях ремонтного предприятия).

Реализованные подходы определения технического состояния УЭЦН в процессе эксплуатации в большинстве опираются на контроль технологических параметров эксплуатации путём установки граничных значений на каждый контролируемый параметр (уставки). Данный подход

получил широкое распространение в оборудовании производимом рядом компаний: ОАО «Алнас», ЗАО «Электон», БЫитЬе^ег, ООО «Борец».

На основании анализа данных по использованию систем технического диагностирования УЭЦН, можно сделать вывод о недостатках:

- невозможность технического диагностирования в процессе эксплуатации в условиях скважины с использованием методов, применяемых при приёмо-сдаточных испытаниях;

- отсутствие реализации процесса технического диагностирования в процессе эксплуатации.

Для определения технического состояния УЭЦН в процессе эксплуатации необходимо учитывать специфику данной задачи, обусловленную запаздыванием и большим числом входных параметров эксплуатации УЭЦН, а также необходимостью обеспечения обработки данных в реальном масштабе времени (или приближенном к реальному с заданной периодичностью обработки). Методу решения поставленной задачи линейного разделения нелинейных множеств, что соответствует решению задачи распознания технического состояния УЭЦН, в большей степени соответствует применение математического аппарата искусственной нейронной сети.

Во второй главе рассмотрены вопросы разработки оборудования, позволяющего оценить техническое состояние УЭЦН в процессе его эксплуатации, также рассмотрена программная и аппаратная части данной оборудования.

Принцип действия устройства (рисунок 1) заключается в измерении десяти технологических параметров процесса эксплуатации УЭЦН Кр]\ напряжения по трём фазам К[1-3]~иЛЛс\ ток по трём фазам К[4-6]-1л.в,с, мощность активная К[7]-Ртт\ температура ПЭД К[8]-Тпэд, дебит жидкости К[9]-<2. Для обеспечения сокращения написания данные параметры {К[1-9]) будут именоваться в дальнейшем как «Сигнал». Для снятия показаний

используется поверхностная (ТМСН) и погружная части (ТМСП) системы телеметрии.

Рисунок 1 — Объектная схема устройства оценки технического состояния (ТС) УЭЦН

<v

*â

НАЗЕМНЫЙ БЛОК 1ШИЕТРИИ(ил.в.с. Ц.В.С. Pakt. R) ШАЛ СВЯЗИ W00SUS KP. Либо MOOBUS RS-lBS! I

БЛОКИ ОБРАБОТКИ Л1-5] ... *- U

V / 1 ■*

i КОНТРОЛЛЕР -3

БЛОК ВИЗУАЛИЗАЦИИ 1 f 4

л Шш

СЕРВЕР ПРЕДПРИЯТИЯ

КАНАЛ СВЯЗИ

погружная ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ .

ПОГРУЖНОЙ БЛОК ТЕЛЕМЕТРИИ (Трэд)'

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЬЮТЕР

база знаний :<»•«• ан;

В качестве канала связи для передачи информации с погружного блока телеметрии используется силовой питающий кабель. Массив сигналов с первичных преобразователей поступает на контроллер, включающий в себя аналого-цифровой преобразователь, где проводится согласование уровня выходного сигнала с первичных датчиков со входным уровнем блоков обработки.

После согласования уровней сигналов информация поступает в блоки обработки 2[1-5] (рисунок 1), где происходит обработка и фильтрация данных, сформированные ряды временных развёрток технологических параметров эксплуатации подвергаются расчётам вероятностно-статистическими методами, что позволяет получить четыре параметра оценки технического состояния УЭЦН («Энтропия» (К[10']), «Рекуррентная разность» (К[11-13])).

Система классов состояний ПЭД - ъ[\\

Индекс На1[мснованпе

21 Нормальна* работа

22 Дисбаланс томов

73 Недогруз

Перегруз

25 Сопротивление шоляшш

Значения полученные в блоках обработки, % 1 22 I 23 I та I 25~

т

Логическое выражение соотиесетт ХЩ с фактическими выходами блоков обработки ¿(г]

(21 £ 21х:Р))лсг2 € дад л<гз е гзу[11) л(24 е 24кщ)л(7.5 е 25^)

Т

Тасспща соотнесена Х[П с £[¡1

I | гЗх,„ 24ма I

х(0

Класспфикали* технических состояния УЭЦН- хгп

Индекс Наименование

XI Нормальна* работа

Х2 Сдом вала

хэ Снижение подачп

Х4 Снижение сопропгвления шоляшт

Х5 Срыв ПОДО'Ш

Хб Закдтшвэдше установи!

=» Х13]

Рисунок 2 - Алгоритм соотнесения значений выходов блоков обработки данных (£/¡7) с классификатором технических состояний УЭЦН

(Ш)

В качестве критериев технического диагностирования были определены три группы данных: «Сигнал» {Щ1-9]) - исходный сигнал, полученный прямым замером и включающий в себя 11а,в,с, 1л,в,а ТцЭд,Рпэд, Я, «Энтропия» (К[10*]) - вероятностно-статистический критерий, формируется на основании значений активной мощности ПЭД (Рпэд), «Рекуррентная разность» (К[11-13]) - вероятностно-статистический критерий, рассчитываемый на основании сравнения рекуррентных диаграмм при нормальной работе и текущем состоянии, в качестве входного параметра используются значения потребляемых токов ПЭД (1л,в.сУ Результаты, полученные в блоках обработки (2[1-5]) передаются на технологический компьютер и

обобщаются в гистограмму, на основании которой устанавливается фактическое техническое состояние установки (Х[1-6]) (рисунок 2).

В качестве программной части устройства предлагается компьютерная система контроля, выходным параметром которой является одно из технических состояний установки (Х[1-б])\ Xi - нормальная работа, X: -слом вала, Х3 - снижение подачи, Х4 - снижение сопротивления изоляции, Х5 - срыв подачи, Х6 - заклинивание установки. Идентификация технического состояния УЭЦН после вычисления каждым блоком обработки(2/7-5/) посредством математического аппарата искусственной нейронной сети (МАИНС) (рисунок 3), формирует решение имеющее ненулевое значение, соответствующее степени уверенности сети в присутствии одного из классов состояний ПЭД (Z[l-S]: Z, - «Нормальная работа», Z2 - «Дисбаланс токов», Z3 - «Недогруз», Z4 - «Перегруз», Z5 - «Сопротивление изоляции»).

Заключительным этапом в процессе формирования базы «знаний» является процесс установления зависимости значений выходов блоков обработки данных (Z,) с классификатором технических состояний УЭЦН (Xj). Данная задача решается путём распознавания временных рядов технологических параметров, предшествующих отказу УЭЦН по причинам, выделенным в классы Xj с получением значений Z,- и последующим обобщением с установлением граничных значений по минимальному и максимальному значению в диапазоне для каждого Z/ (с предварительной аппроксимацией скользящим средним).

Решение задачи реализовано при помощи математического аппарата искусственных нейронных сетей с обучением по алгоритму обратного распространения ошибки (feed forward back propagation network), вследствие чего процесс обучения нейронной сети реализуется путём подачи на её «вход» текущих значений параметров оценки технического состояния установки К[1-14], а на «выход» - соответствующий класс технического состояния ПЭД (Z[l-5]).

Имен Тлж

ПсОнтахГвУ ] 1 '.А11ГЗ 1

гжетар | ИГЯДНИйтф ■ (ХМ>ЙДЖ I

длю»« №<них янл»*ав> I

Рева»

вяйлиюлнр« ( —>

''V------• "

—I »»Ж ШШПКН 4 ¡П-Г, , ■

! пхлыагиъхн ж

I Чй

I

I " ■ 0«М1ИГ*Л 1 :

I

!

Рисунок 3 - Структурная схема реализации аппаратной и программной части устройства определения технического состояния УЭЦН

Задача математического аппарата искусственной нейронной сети -обнаружить функциональную связь между «входом» и «выходом» и сохранить значения весовых коэффициентов в «библиотеке знаний». Идентификация технического состояния установки происходит по алгоритму, приведённому на рисунке 4.

Пример определения класса состояния ПЭД 2[2]~ «Дисбаланс токов» приведён на рисунке 5. На рисунке 5-а изображена развёртка значений тока по трём фазам продолжительностью 110 замеров с частотой дискретизации /=0.05 Гц, в интервале замера [0...12] определён дисбаланс по току, на рисунке 5-6 изображена развёртка «выхода» блока обработки 2, обученного на определение класса неисправности 2[2]~ «Дисбаланс токов». В интервале замера [0...12] блок обработки 2 определяет присутствие дисбаланса по току с вероятностью [0.94-0.96]. Программной частью устройства предусмотрено, что в процессе эксплуатации установки определение технического состояния может вестись с использованием шести сочетаний выбранных параметров технического диагностирования.

'Армирование обучающих и тестовых

- формирование иервичыого массива в*

рт классам Хк

- норматнзашш временного ряда; -цасчб! яроггносгно-стптистичееких л»

Тестовой множесшо 7.1

Рисунок 4 - Алгоритм обучения и идентификации технического состояния УЭЦН с применением МАИНС

Кол-во замеров, игг.

Рисунок 5 - Пример распознавания класса технического состояния ПЭД Z[2]~ «Дисбаланс токов»:

а) развёртка значений тока по трём фазам продолжительностью 110 замеров с частотой дискретизации /=0.03 Гц, в интервале замера [0...12] определён дисбаланс по току;

б) развёртка «выхода» блока обработки 2 обученного на определение класса неисправности 2[2]- «Дисбаланс токов».

Третья глава посвящена установлению оптимальных сочетании параметров технического диагностирования К[1-14] и определению параметров подстройки предложенных критериев для обеспечения соответствия полученных результатов анализа технического состояния УЭЦН фактическому техническому состоянию оборудования, также в данной главе рассмотрен разработанный алгоритм оптимизации процесса обучения нейронной сети.

В качестве одного из критериев технического диагностирования, относящихся к вероятностно-статистическим критериям был предложен параметр «Рекуррентная разность» (Щ12-14']) (ЯРО), позволивший обеспечить контроль за изменениями в техническом состоянии погружного электродвигателя и установки в целом, используя элементы рекуррентного анализа (путем проведения автокорреляционного анализ значений токов статора по трем фазам). Определение основано на текстурных и топологических изменениях на рекуррентной диаграмме, что численно оценивается предложенной мерой рекуррентного анализа ПРИ. Аналитическим выражением диаграммы различий является отношение суммы полученных рекуррентных точек различий к квадрату количества отсчетов рассматриваемого временного ряда:

Пример рекуррентного анализа реального сигнала приведен на рисунке 6, где в качестве исходного сигнала принят временной ряд значений тока статора ПЭД по фазе А (рисунок 6 (а)). Согласно рисункуб (б) в интервале от О до 100 отсчёта значение параметра РРО обращается в 0 (т.к. данный период взят как эталонный), начиная с 300 отсчёта произошло значительное изменение в структуре рекуррентной диаграммы, что связанно с фактическим изменением в режиме работы насосного агрегата, согласно графика, приведенного на рисунке 6 (а), а именно нестабильностью токов

статорной обмотки. При этом значения показатель НРБ (рисунок б (б)) во временном интервале от 300 до 500 с варьируется 0,35 до 0,58 единиц, что свидетельствует о значительном изменении в динамике протекающего процесса и превышает значение КРВ=0,23 для временного интервала от 100 до 300 с характеризуемого стабильной работой УЭЦН.

Таким образом, можно говорить о возможности использования меры Г<РС для предварительной фильтрации данных с целью сокращения времени, затрачиваемого для формирования обучающих и тестовых выборок для обучения математического аппарата искусственной нейронной сети.

Рисунок 6 — Значения меры ЯРБ рекуррентной диаграммы временного ряда фазы А в период [0;900] с: а) временная реализация значений токов статорной обмотки ПЭД по фазе А; б) значения показателя «Рекуррентная разность»

Для оценки технического состояния УЭЦН с применением вышеуказанного разработанного алгоритма и устройства были проведены исследования на скважине № 654 Кирского месторождения эксплуатируемая ООО «Башнефть-Добыча» с использованием записей технологических параметров эксплуатации в электронном виде (файлы типов *.е1г, *.ш). Исследования проводились при эксплуатации установки «УЭЦНАКИ 5-30» с целью формирования «библиотеки знаний» для данного типа установки и

дальнейшего её применения при идентификации технического состояния аналогичных установок (Х[1~6]) на других скважинах.

При работе устройства были рассмотрены различные сочетания предложенных параметров технического диагностирования (таблица 1). В качестве анализируемого временного ряда примем временные реализации электротехнических параметров эксплуатации УЭЦН (рисунок 7). На данном графике выделим два участка: участок [0...100] с характеризуется как период стабильной работы УЭЦН, ему свойственна незначительная флюктуация амплитуды значений токов статора, в качестве второго участка примем период замера [800... 1000] с, структура данного сигнала характеризуется неравномерностью абсолютного значения амплитуды потребляемого тока, что свидетельствует о возросшем сопротивлении на валу электродвигателя в связи с подклиниванием ступеней насосного агрегата (согласно акту комиссионного разбора ступени насоса).

I

70

£5? 50

и40

II30

¿5 « 20 10 0

400

600 Время, с

1000

1200

Рисунок 7 - Графики временных реализаций электротехнических параметров эксплуатации УЭЦН

Согласно результатам, полученным и отраженным в таблице 1 при анализе приведённого временного ряда можно говорить, что при использовании сочетаний критериев № 7, 10, 19 (согласно таблице 1) имеют близкие наборы выходных параметров (2), что свидетельствует о высокой степени негативного влияния входного параметра (). Причиной негативного влияния параметра Q на результирующее значение выходных параметров (2), связано с низкой частотой дискретизации замеров. По аналогичной причине влияние параметра Тпэд остаётся незначительным (выборки множеств, применяемых для обучения МАИНС являются непредставительными по параметру ТПэд). Обобщая результаты, полученные в таблице 1, возможно утверждать, что при сочетании критериев диагностирования № 10 обеспечивается достоверное определение изменения в техническом состоянии погружного электродвигателя.

Таблица 1 - Результаты анализа временных реализаций электротехнических параметров при различных сочетаниях критериев

диагностирования (иАДО 1л.в.о ТПэд, Я,Е(Ракп)1 ЯРО(1аЬ!))

Участок [0...100] № 1: Тт Е(Р М2: и,Ьс-2,- ЯРйЫ: Е(Ракп) Л» 5: и^: Тггэя Е(Рсип) № 4: Оа.Ь.с: Тпэд: в; Е(Рцхя) ЛИ: иа.„.с.. Тпжй; №6:1^0: №>0(1,*); Е(Рет)

2,.* 12,9 13,4 45,9 14.4 11,8 9,1

н 11,2 10,2 18,3 37,5 38,2 28,9

г,* 33,7 26,3 13,8 22,1 10,9 21,5

33,7 34,9 17,4 11,5 21,8 24,8

ч 3,4 15,1 4,6 14,4 17,3 15,7

Участок [800... 1000] Л» 1: Таз* <2: КРООаы); Е(Р Л& 2: ив.Ьс: б; ЦР«т> МЗ: и,Лс; ТПЭД: Е(Раяп) Л» 4:1/ьь.с: Тюд; Л 5: и^ь*: ТпЭД: РРО(1аЫ) Мб: и ей: РРЩ^:

г,» 11,5 15,8 17,4 17,3 21,4 9,1

г, к 25,0 9,5 17,4 20,0 22,3 28,9

26,0 31,0 13,0 20,9 14,6 21,5

30,0 25,9 43,5 10,9 23,3 24,8

7,5 17,7 8,7 30,9 18,4 15,7

Участок [0...Ю0] №7: 1а.Ь.с:ТпЭД; Е(Р„Л М8: 1а.Ь.с;ТпэД; 2. Е(Р М9: 1а.Ь.с;ТюЯ; & ЯРОасЬс) № 10: ld.bx.Uabc: лмуил- № 11: ¡лКсУяккО: Л» 12:

65,1 43,8 50,0 60,2 18,6 49,6

Ъ.ч 11,8 19,0 16,9 20,1 21,2 15,7

2з. н 8,9 14,3 12,7 6,0 12,7 17,4

ъ.» 11,2 18,1 16,1 7,6 20,3 13.2

3,0 4,8 4,2 6,0 27,1 4,1

Продолжение таблицы № 1

Участок [800...1000] № 7: 1а.Ь.с;ТпЭЯ. Е(Рат) № 8: 1а,Ь.с:ТпэД: 2>' Е(Рат) № 9: 1а,ь,с;ТпэД: 2.' ЯРОМ Л6 10: ¡а.Ь.с^аХс; л» 1а.Ь.с:и„,ь,с; <2; Е(Р^) №.12: 2; ЯРОЫ

н 5,8 19,5 15,4 9,6 9,6 8,7

22. н 29,0 21,2 23,1 26,9 30,9 23,8

4,3 6,4 7,7 2,9 25,0 11,9

% 58,0 50,8 51,3 57,7 17,6 47,6

2,9 2,1 2,6 2,9 16,9 7,9

Участок [0...100] № 13: ТпЭД; Е(Рот) № 14: Тпэд: ЛРО(1аЬе) № 15: ТюД: 2 Л® 16: Глэд,- 2.' ДРОДьЛ' Е(Р„т) №17: ¡а.Ь.с-ТпЭД; 2; ЯРЩЫ; Е(Р„л л& /Л с; Ц, 6, с; в: хео&ь); Е(Р^

% 43,9 50,0 14,9 13,8 9,1 18,3

22,3 21,4 37,6 20,3 28,9 22,9

10,1 7,9 19,8 31,7 21,5 21,1

16,9 13,6 12,9 18,7 24,8 23,9

6,8 7,1 14,9 15,4 15,7 13,8

Участок [800...1000] Лг 13: Ь. с. Ь с; ТПЭД; Е(Рахп) № 14: ТпЭХ № 15: ТПЭД; О № Тяэд; 2/ ИРО(1аЬс); Е(Рвт) №17:1аЪс; Тпэд; 2; Е(Р^ 7№ 78: 1а,Ь,с; с; в: ЯРО(1аЫ): Е(Р„т)

19,5 12,8 17,3 14,8 7,7 16,9

21,2 19,1 20,0 25,8 24,6 21,5

6,4 6,4 20,9 25,8 27,5 20,8

50,8 59,6 10,9 21,3 19,7 16,2

2,1 2,1 30,9 12,3 20,4 24,6

Участок [0...100] № 19: Тпэд: Е(Ракт) №20: /аДс.^аДс,- Тпэд; <2: Е(Р^ № 21: /оАс^а».« ТюлЯ: ЯРИЫ №22: Тпэд 2.' Е(Р - -

56,8 45,0 17,3 50,0

21,8 25,7 22,6 21,4

6,6 8,8 15,0 7,9

8,3 14,6 37,6 13,6

6,6 5,8 7,5 7,1

Участок [800...1000] № 19: 1а,Ь,с;^а,Ь, с: Тпэя; ИРО(1а1к): Е(Ракщ) №20: Тпзш 2' Е(Ракщ) -V» 2/.' ТюД; 0' Ш>0(1«ы) .Л® 22.' 1а.Ь,с:и<г,Ь,с; ■ ТпЭД; в: ЯРОЫ; Е(Р„^

10,2 9,7 7,7 18,5

28,6 19,8 24,6 19,7

3,1 6,6 27,5 5,9

55,1 61,7 19,7 53,9

Дз % 3,1 2,2 20,4 2,0

Заключительным этапом в процессе формирования базы «знаний» является процесс соотнесения значений выходов блоков обработки данных (2,) с классификатором технических состояний УЭЦН {X,). Данная задача решается путём распознавания временных рядов технологических параметров, предшествующих отказу УЭЦН по причинам, выделенным в классы X] с получением значений 21 и последующим обобщением с установлением граничных значений по минимальному и максимальному значению в диапазоне для каждого 2,. Таким образом, для формирования граничных значений диапазонов 2ГХ} необходимо провести фильтрацию ранее полученных значений 2^ Результатом обработки являются аппроксимированные временные ряды значений 2^$ и в соответствии с ними в таблицу соотнесения технического состояний ПЭД с техническим состоянием УЭЦН вносятся граничные значения для каждого 2, (нижней границей является минимальное значение 2и верхней максимальное значение 2,) (таблица 2). Таким образом, принцип формирования таблицы соотнесения технического состояния ПЭД с техническим состоянием УЭЦН сводится к определению граничных значений выходов блоков обработки данных (2^, соответствующие вероятности присутствия выделяемых классов технических состояний ПЭД, и соотнесению их с соответствующим конечным техническим состоянием УЭЦН.

В ходе проведённых исследований сформирована «библиотека знаний» применимо к скв. № 654 Кирского месторождения для установки типа «УЭЦНАКИ 5-30» (таблица 2). По результатам проведенного испытания можно говорить о достоверности диагностирования технического состояния УЭЦН в процессе эксплуатации на скважине № 645 Кирского месторождения с применением разработанного устройства. Дня осуществления идентификации технического состояния установок погружных электроцентробежных насосов были применены результаты экспериментальных исследований, полученные при обработке записей

технологических и электротехнических параметров эксплуатации ранее эксплуатировавшихся на данной скважине установок.

По итогам проведённых промысловых испытаний устройства для оценки технического состояния УЭЦН в режиме реального времени можно говорить о том, что алгоритм идентификации технического состояния мехатронного объекта состоит из следующих этапов:

1. Формирование и предварительная обработка первичного массива входных данных;

2. Обучение блоков обработки данных и формирование таблицы соотнесения классов ТС ПЭД (2,) с классами ТС УЭЦН (Х1);

4. Мониторинг в режиме реального времени и экспорт данных в «базу знаний».

Разработанное устройство со сформированной «библиотекой знаний» должно использоваться в дальнейшем для оценки технического состояния УЭЦН для аналогичных условий.

Таблица 2 - Установленные взаимосвязи технического состояния УЭЦН с основными классами неисправностей, сформированная «библиотека знаний» для УЭЦНАКИ 5-30

Класснфикашм технически состояния УЭЦНАКИ 5-30

% Щ /т Х[1]. Нормальная работа ХР1-Слом вата ХСТ- Снижение подачи Х[4]-Сннжение сопротивления изоляции Х[5]-Срыв подачи хм- Заклинивание установки

1 5 чч- Нормальная работа 50-100 0-25 0-25 0-25 0-25 0-25

3 « Й а ¿[2] •Дисбаланс токов 0-25 15-100 0-50 ' 20-100 0-25 0-25

\ 0 ¿[3] -Недогруз 0-25 50-100 50-100 50-100 25-100 50-100

2[4] -Перегруз 0-25 0-35 50-100 25-100 35-100 50-100

Сопротивление ШОЛЯШ1И 0-25 0-100 0-100 50-100 0-25 0-25

Основные выводы

1 Разработаны критерии технического диагностирования (1а,ъ,- сила тока в статорной обмотке ПЭД Щ1-3], Uab.bc.ca~ напряжение в статорной обмотке ПЭД К[4-б], «Энтропия» - К[7] и «Рекуррентная разность» - К[8-10])) установок электроцентробежных насосов в процессе эксплуатации и основанных на обработке временных реализаций электротехнических параметров, позволяющие количественно оценить изменения динамики протекающих процессов в УЭЦН.

2 Установлены значения размерности фазового пространства (т=3) и времени задержки (т-1), для временных рядов значений токов статора ПЭД, позволяющих формировать корректные рекуррентные диаграммы и проводить расчет критерия диагностирования «Рекуррентная разность» -К[8-10].

3 Задачи распознавания классов технических состояний ПЭД (^реализованы путём дифференциального подхода к применению математического аппарата искусственной нейронной сети.

4 Установлена функциональная зависимость между изменением технического состояния установки электроцентробежного насоса и временными реализациями электротехнических параметров эксплуатации погружного электродвигателя и их вероятностно-статистическими характеристиками, путем сопоставления выходов блоков обработки (2,) с классификатором технических состояний УЭЦН (Х/).

5 Разработано устройство для определения технического состояния установок электроцентробежных насосов, включающее обработку временных реализаций электротехнических параметров работы установки, их вероятностно-статистическую оценку (патент РФ № 2525094 от 11.06.2014 г.), которое прошло успешные испытания на скважине №645 Кирского месторождения ООО «Башнефть-Добыча».

6 Установлены значения вероятности присутствия различных технических состояний ПЭД Z; от фактического технического состояниями УЭЦН Xj при эксплуатации УЭЦН на Кирском месторождении ООО «Башнефть-Добыча».

Основное содержание диссертационной работы опубликовано в следующих работах:

Публикации в рецензируемых научных лсурнапахВАК из перечня:

1 Ямалиев, В.У. Диагностирование установок электроцентробежных насосов в процессе их эксплуатации с применением нейросетевых технологий эксплуатации [Текст] / В.У. Ямалиев, К.Ф Тагирова, Т.Р.Салахов, С.С. Шубин, И.В.Дунаев // Нефтегазовое дело. - Т. 9 - № 4. - 2011. - С. 6873.

2 Ямалиев, В.У. Оценка технического состояния установок электроцентробежных насосов в процессе эксплуатации методом нейросетевой классификации [Текст] / В.У. Ямалиев, С.С. Шубин, Т.Р.Салахов//Нефтегазовое дело.-Т. 11.- №4.-2013.-С. 86-89.

3 Ямалиев, В.У. Применение элементов теории детерминированного хаоса к решению задач технического диагностирования УЭЦН [Электронный ресурс]/ В.У. Ямалиев, С.С. Шубин, Т.Р.Салахов // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». - 2014. - №4. - С. 174-191. URL:

http://ogbus.ru/issues/4_2014/ogbus_4_2014_pl74-191_YamaliyevVU_ru.pdf

В прочих изданиях:

4 Устройство для оценки технического состояния установок электроцентробежных насосов в процессе эксплуатации [Текст]: пат. 2525094 Рос. Федерация: МПК Е21В 47/008 / Ямалиев В. У., Салахов Т. Р., Шубин С. С.; патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уфимский государственный

нефтяной технический университет». - № 2013115609/03; заявл. 05.04.2013; опубл. 10.08.2014, Бюл. № 22.

5 Ямалиев, В.У. Комплекс погружной и наземной телеметрии для мониторинга технического состояния УЭЦН в процессе эксплуатации [Текст] / В.У. Ямалиев, В.Г. Акшенцев, С.С. Шубин, Т.Р.Салахов // Инновационное нефтегазовое оборудование: проблемы и решения: материалы всероссийской научно-технической конференции. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2010. - С. 262-264.

6 Шубин, С.С. Экспертная система мониторинга и оценки технического состояния УЭЦН в процессе эксплуатации [Текст] / С.С. Шубин, В.У. Ямалиев, Т.Р.Салахов // Инновационное нефтегазовое оборудование: проблемы и решения: материалы всероссийской научно-технической конференции. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2010. - С. 245-246.

7 Ямалиев, В.У. Диагностика технического состояния установок электроцентробежных насосов в процессе эксплуатации [Текст] / В.У. Ямалиев, К.Ф Тагирова, Т.Р.Салахов, С.С. Шубин// 63-ая научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых учёных УГНТУ: сб. тез. докл. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2012. - С. 220.

8 Шубин, С.С. Анализ технического состояния установок электроцентробежных насосов с применением математического аппарата искусственной нейронной сети [Текст] / С.С. Шубин, В.У. Ямалиев, Т.Р.Салахов // XVI Международный научный симпозиум им академика М.А. Усова. - Томск, Изд-во ТПУ, 2012. - С. 405-407.

Подписано в печать 10.11.2014. Бумага офсетная. Формат 60x84 '/¡6. Гарнитура «Тайме». Печать трафаретная. Усл. печ. л. 1,5. Тираж 90. Заказ 194. Редакционно-издательский центр Уфимского государственного нефтяного технического университета Адрес редакционно-издательского центра: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1