автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.10, диссертация на тему:Повышение эффективности технической эксплуатации подъемных агрегатов при бурении и капитальном ремонте скважин

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ

, t 0 Oil

■ г На правах рукописи

НЕЁЛОВ ЮРИЙ ВАСИЛЬЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПОДЪЕМНЫХ АГРЕГАТОВ ПРИ БУРЕНИИ И КАПИТАЛЬНОМ РЕМОНТЕ СКВАЖИН

(Специальность 05.15.10 - Бурение скважин)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ТЮМЕНЬ 1996

Работе выполнена ь ТшеЕскок государствешок нефтегазовое университете.

Научные руководитель - кандиле? технических наук, профессор

Данилов О.Ф.

Официальные оппоненты- доктор технических наук, старший

научный сотрудник КошелеЕ А.Т.

кандидат технические нзук.пэсфессот) Власов Ь.Ь'.. Ведущее згоехприятие - АО "Сургутнефтегаз"

Защита диссертации состоится " эд " июня_19Э£ г. в

час. на заседании Специализированного Совете Л.064.07.03. но защите диссертаций нз соискание ученой степени кандидата технических наук хгрв Тшенскоы государственно« нефтегазовом университете по адресу : £25000, Тюмень, ул. Володарского, 38. С диссертацией могно ознакомиться в ОиОлиотеке ТигГНГУ.

¿Етореферат разослан сСС&Л 1996 г.

Ученый секретарь Слециализировашогс Совета, доктор технических наук,

профессор В.Е.Овчинников.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Затрете не техническую) эксплуатацию специальной нефтепромысловой техники увеличивают себестоимость добываемой нефти. Снижение этих звтрат возможно при использовании аффективной системы технического обслуживания (ТО) и ремонте (Р) спецтехникиСоздание такой системы осложняется большим разнообразием условий эксплуатации, конструктивного устройства и рабочих процессов спецтехники. Адаптация нормативов системы ТО и ?, в частности, периодичности технического обслуживания наиболее массовых и энергонагруженных представителей спецтехники - подъемных агрегатов - к условиям эксплуатации при бурении и капитальном ремоете скважин позволяет повысить эффективность транспортного обслуживания основного производства, что в итоге определяет актуальность темы диссертации.

Рель работы - повышение надежности и эффективности транспортного обслуживания процессов бурения и капитального ремонте скважин.

Научная новизна. Путем экспертной оценки установлена степень влияния факторов, характеризующих условия эксплуатации специальной нефтепромысловой техники, на нормативы системы ее ТО и Р. Экспериментально определены законы распределения наработок на отказ составных частей подъемных агрегатов, лимитирующих их надежность, в различных условиях эксплуатации. Обоснованы оптимальные периодичности ТО подъемных агрегатов в зависимости от факторов, характеризующих условия их эксплуатации.

Практическая ценность результатов исследования состоит в экономически обоснованном снижении вероятности отказов подъемных агрегатов и вызванных этим простоев бригад бурения и капитального ремонта скважин.

Реализация результатов работы осуществлена в АООТ "Сургутнефтегаз", где приняты и практически используются разработанные коэффициенты корректирования периодичности ТО подъемных агрегатов в зависимости от условий их эксплуатации.

Апробация работы. Основные результаты исследования были доложены, обсуждены и одобрены на Всероссийской научно-технической конференции с международным участием "Концепция развития и высокие технологии индустрии производства и ремонта

3

транспортных средств (Оренбург, 1995 г.), научно-практическом семинаре "Пути совершенствования технической эксплуатации и ремонта машин АТК" (Владимир, 1995 г.), техническом совещании при заместителе генерального директора АООТ "Сургутнефтегаз" (Сургут, 1995 г.), семинаре кафедры бурения нефтяных и газовых скважин ТвмГНГУ (Тюмень, 1996 г.).

Публикации. По материалам диссертации, опубликовано 3 статьи общим объемом около одного печатного листа.

На защиту выносятся:

результаты экспертной оценки состава и важности факторов, характеризующих условия эксплуатации специальной нефтепромысловой техники и влияющих на нормативы системы ее ТО и ?;

методика и результаты обоснования оптимальной периодичности ТО подъемных агрегатов в различных условиях эксплуатации;

результаты экспериментального исследования безотказности составных частей подъемных агрегатов, лимитирующих их надежность;

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, содержит 123 страницы машинописного текста, 7 таблиц, 5 рисунков, снабжена библиографией в 117 наименований и сопровождается 25 приложениями.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Состояние вопроса и постановка задач исследования

Вопросам совершенствования систем технического обслуживания и ремонта машин и оборудования уделяется большое внимание во всех отраслях техники. Исследования в этом направлении выполняли для автомобилей Шейнин A.M., Крамаренко Г.З., Кузнецов Е.С., Дехтеринский Л.В., Резник Л.Г., Дажин В.Г., Днше И.Е., Авдонькин Ф.Н., Говорущенко Н.Я., Гальперин A.C., для сельскохозяйственных машин - Селиванов А.И., Сельцер A.A., Артемьев Ю.И., для строительных и дорожных машин - Крившин А.П., Серебряков В.К., Гологорский Е.Г., для горных машин - Рахутил Г.С., для лесных - Завьялов Л.А. и др.

В области ТО и ремонта машин и оборудования для бурения скважин этой проблеме посвящены работы Ильского А.Л, Скрыпника 4

С.Г., Данилянце С.Л., Палашкшв Е.А., Северинчике К.А., Данилове О.Ф., КозорезовЕ ¿.А., Боляра С.П., Шевалдине К.Е., Юрчк-шине К.К. е других авторов.

Основой системы ТО и Р является ее структуре г нормативы. Структуре системы определяется видами (ступенями) соответствующих воздействий и ж числом. Нормативы включат конкретные знвчения периодичности воздействий, трудоемкости, перечни операций и ряд другш. Неоптимальная периодичность может увеличить расходы не эксплуатацию техники еле привести к возникновению отказа, что при буренив скважин приводит к простоям основного производства.

При разработке системы ТО и Р любой техники необходимо решение следушж основных задач: определения оптимальной периодичности ТО е Р каздой составной части, периодичности воздействий для машины в целом е корректирования режимов ТО е ? для условий эксплуатации, отличных от эталонных.

Сложности решения етж задач для специальной нефтепромысловой техники вызываются следующими причинами:

несовершенством системы учете е отчетности по показателям технического состояния машин е ж составных чвстей в нефтедо-

СЫВВЩЖ пргяничяцици *

большой номенклатурой е конструктивном разнообразием специальной нефтепромысловой техники;

многообразием рабочж процессов используемой техники, состоящих из циклов транспортировки к месту работы е обратно, непосредственной работы с приводом исполнительных механизмов от основного двигателя базового шасси ели дополнительного двигателя, что затрудняет учет наработок составных частей машин;

большим разнообразием условий эксплуатации специальной нефтепромысловой техники.

Б силу этого решение задвч совершенствования системы ТО е ? специальной нефтепромысловой техники отствет от теоретических е практических результатов, достигнутых в других отраслях техники.

Исходя из анализа состояния вопросе, поставлены слвдухщие задэчи исследования:

посредством экспертной оценки выявить и проравхировать факторы условий эксплуатации специальной нефтепромысловой техники, влияющие нв нормативы системы ее ТО и ремонта;

разработать методику обоснования периодичности технического обслуживания подъемных агрегатов;

провести экспериментальные исследования, состоящие в сборе и обработке информации о надежности подъемных агрегатов, определить параметры законов распределения наработок на отказ составных частей подъемных агрегатов, лимитирующих их надежность, в различных условиях эксплуатации;

обосновать периодичность технического обслуживания подъемных агрегатов в различных условиях эксплуатации;

оценить экономическую эффективность результатов работы.

Общая методика исследования

Основные этапы общей методики исследований показаны на рис. I. Начальный этап работы - выявление с помощью опроса экспертов факторов, характеризующих условия эксплуатации специальной нефтепромысловой техники и влияющих на нормативы системы ТО и ремонта, а также ранжирование факторов по степени их влияния на соответствующие нормативы.

Параллельно должны выполняться статистические наблюдения за результатами массовой эксплуатации спецтехники с целью определения законов распределения наработок на отказ составных частей подъемных агрегатов, лимитирующих их надежность. Полученная информация будет характеризовать надежность машин и их составных частей в конкретных условиях эксплуатации, поэтому сбору данных должна предшествовать классификация условий эксплуатации спецтехники. Сравнение наработок на отказ в различнее условиях эксплуатации с помощью статистических методов проверки гипотез дает ответ на вопрос, существенно ли влияние условий эксплуатации на изучаемый показатель надежности.

При положительном ответе на этот вопрос решение задач определения оптимальной периодичности ТО каждой составной части и обоснования периодичности воздействий для машины в целом следует выполнять для каждой рассматриваемой градации условий эксплуатации в отдельности. В целях обоснованности получаемых решений необходим сбор информации о технико-экономических показателях предприятий по ТО и ремонту спецтехники, а также об экономических последствиях ее отказов, состоящих в потерях от простоев бригад бурения.

6

Получение информации о влиянии условий эксплуатации не надежность составных частей спецтехники экспертным методом

Сбор информации о трудоемкости и себестоимости операций ТО и Р, потерях от простоев бригад бурения

Выявление и классификация характерных условий эксплуатации подъемных агрегатов

Определение наработок нв отказ составных частей подъемных агрегатов в характерных условиях эксплуатации

Сравнение наработок нв отказ в различных условию: эксплуатации

нет

Вди^ 'яние ус-^ йовий вксплу-ет.сущест-^ занно?

ТЛв

'ОпХ

¿альнаях да 5ериодичностьч— ТО р83— / чквЧ/

Ч'нет

Внесение в нормативно-технологическую документацию сведений о распространении нормативов на все условия эксплуатации

Определение и сравнение оптимальной периодичности ТО составных частей подъемных агрегатов в характерных условиях эксплуатации

Организация статистических наблюдений за результатами массовой эксплуатации спецтехники

Получение данных о наработках на отказ составных частей подъемных агрегатов

Корректирование нормативов периодичности ТО для характерных условии эксплуатации

Рис. I. Общая схеме исследования

Результаты выполнения предыдущего этапа дают возможность обоснования оптимальных режимов ТО для условий эксплуатации, выбранных в качестве эталонных, и корректирования режимов ТО для условий эксплуатации, отличных от эталонных.

В рассмотренном комплексе задач центральной задачей является обоснование оптимальной периодичности ТО для рассматриваемой градации условий эксплуатации. При выборе критерия ее решения была проанализирована структура себестоимости I м проходки и установлено, что от принятой системы ТО и ? зависят, в первую очередь, потери от простоев бригад бурения. Поэтому полагалось, что если отказ составной части подъемного агрегата не был предупрежден при выполнении ТО, это приведет к простою бригады в течение определенного промежутка времени. Обозначим потери от простоя бригады Сзатраты на выполнение контрольной части операции ТО - Ск и затраты на выполнение исполнительской части - Си. Тогда суммарные затраты на единицу наработки подъемного агрегата составят

= Т [ I + (1-?Д),Сб]' (1)

хо д=1

где 10 - периодичность ТО;

- коэффициент повторяемости исполнительской части для 1-й составной части;

Рд - вероятность отказа подъемного агрегата, определяемая исходя из вероятностей отказов Р,. его составных частей:

Рл - П (1-Р-). (2)

14 1=1

Непосредственное определение оптимальной периодичности ТО из формулы (I) затруднительно, так как от нее зависят значения •коэффициентов повторяемости и вероятности отказа составных частей, входящие в ту же формулу. Поэтому для решения поставленной задачи предложена следующая методика, основанная на направленном переборе возможных решений.

1. Задаются начальное значение периодичности ТО и шаг Д1 ее изменения.

2. Для заданной периодичности ТО рассчитываются вероятности отказа рассматриваемых составных частей, лимитирующих на-

8

. дежность подъемных агрегатов, по полученным значениям вероятностей отказа составные части группируются по видам ТО.

3. Для рассматриваемого вида ТО рассчитываются значения коэффициентов повторяемости.

4. По формуле (2) определяется вероятность безотказной работы подъемного агрегата.

5. По формуле (I) определяются суммарные затраты на единицу наработки подъемного агрегата.

6. Задается новое значение периодичности ТО 10= + Д1 и для него выполняются пункты 2...5.

7. Новое значение суммарных затрат сравнивается с предыдущим. Если оно уменьшилось, задается новое значение периодичности ТО 1 = + 2Д1 и т.д. до тех пор, пока суммарные затраты не начнут возрастать. Минимальному значению суммарных затрат соответствует оптимальная периодичность рассматриваемого вида ТО.

8. Составные части, для которых данным видом ТО не предусмотрен контроль технического состояния и воздействия на них, рассматриваются в другом виде ТО, для которого задача решается аналогично.

9. Задача считается полностью решенной, когда рассматриваемыми видами ТО охвачены все составные части, лимитирующие надежность подъемных агрегатов.

Для экспертной оценки влияния условий эксплуатации на нормативы системы технического обслуживания и ремонта специальной нефтепромысловой техники экспертам было предложено оценить по десятибалльной шкале степень влияния пятнадцати факторов на следующие нормативы: наработка до капитального ремонта; периодичность ТО; трудоемкость ТО; трудоемкость текущего; ремонта; расход запасных частей; продолжительность простоев в ТО и текущем ремонте. В априорный перечень факторов, характеризующих условия эксплуатации специальной нефтепромысловой техники, включены: дорожные условия (тип дорожного покрытия, рельеф, условия движения); природно-климатические условия (температура окружающей среды, ее агрессивность, влажность воздуха, ветровая нагрузка); наработка с начала эксплуатации; место проведения технического воздействия (в стационарных или полевых условиях); размер управления технологического транспорта (УТТ) и количество технологически совместимых групп спецтехни-

9

ки; мвссе навесного оборудования; глубина скважины; диаметр на со сно-компре с сорны): труб; время работы ЕгрегвтЕ не максимальном давлении; тип верхнего слоя, грунта не скважине; качественный состаБ нефти (склонность к отложениям парафине, па-ратным отложениям); состав пород, слвгащих нефтеносный слой (песчаники, глинистые сланцы, известняки, гипсы, глина, аргиллиты); содержание песке в нефтеносном слое; глубине песчаной пробки; динамический уровень скважины.

Методика обработки результатов экспертного опросе включе-ла еледушив этапы: определение и нормирование весов факторов, данных экспертами; ранжирование факторов; опенке согласованности мнений экспертов с помощью коэффициента конкордации.

Методика сборе информации о надежности составных частей подъемных Егрегетов предусматривала сбор информации до результатам их подконтрольной эксплуатации. При этом параллельно с информацией об отказах фиксировались данные об условиях эксплуатации агрегатов, е именно: номерЕ скважиЕ, не которых работал подъемный агрегат в период после последней замены или ремонта отказавшей составной чести, продолжительность в днях работы на скважинах и характер выполняемых работ (производство спускоподъвмных операций при бурении, освоении, капитальном или подземном ремонте скввжин, обслуживании наземного оборудования), а также следующая информация о скважинах: способ эксплуатации (фонтанный, газлифтный, установкой ЗШ или ШГН); глубина скважины (глубины забоя и подвесного оборудования); диаметр обсадной колонны и подземного оборудования; склонность нефти к образованию гидратных пробок (содержание попутного газа в нефти); состав пород, слагающих пласт (содержание глины и аргиллитов).

Методике обработки информации о надежности составных чве-тей подъемных агрегатов предусматривала разделение диапазонов изменения каждого факторе не интервалы, сортировку подъемных агрегатов по условиям эксплуатации и определение показателей надежности составных частей подъемных Егрегетов для каждой рассматриваемой градации условий эксплуатации.

Различие периодов наблюдений зе надежностью подъемных агрегатов вызвало необходимость рассматривать полученные выборки .как многократно цензурирование, т.е. такие, где для чвети подъемных вгрегатов эксплуатационные наблюдения были прекрвще-10

ны до наступления отказа изучаемого характера, а значения наработок до цензурирования (моментов прекращения наблвдвний) не равны между собой.

Опыт ранее выполненных исследований и характер отказов позволили предположить, что в большинстве случаев распределение наработок на отказ должно подчиняться закону Вейбулла, характеризуемого функцией распределения

?(Ю = 1-е~(1:/а)Ъ, (3)

где а и ъ - оценки параметров распределения Вейбулла.

Для проверки гипотезы о принадлежности двух выборок, полученных в разных условиях эксплуатации, одной генеральной совокупности проводилась оценка случаййости расхождения между двумя выборочными средними и двумя выборочными дисперсиями. В случае, когда исходных данных было недостаточно для построения закона распределения изучаемой величины, для проверки принадлежности двух выборок одной генеральной совокупности использовался критерий серий.

В расчетные затраты на нетто дне нив технического обслуживания подъемных агрегатов включены условно-постоянные приведенные затраты, состоящие из затрат на приобретение и содержание оборудования, технологической оснастки и затрат на строительство и содержание помещений, в которых оно размещается, а также условно-переменные затраты, включающие затраты на оплату труда производственных рабочих и стоимость электроэнергии.

Сбор и обработка экспериментальных даттятлг

В экспертной оценке влияния рассматриваемых факторов на нормативы технической эксплуатации приняли участие 21 эксперт, в число которых входили квалифицированна и опытные инженерно-технические работники, занятые ТО и Р спецтехники. Результаты обработки данных экспертного опроса представлены в табл. I. Расчеты значений коэффициентов конкордации показали достаточно высокую согласованность мнений экспертов.

Из указанных экспертами наиболее существенных факторов для характеристики специфичных условий эксплуатации подъемных агрегатов были выбраны четыре фактора; вид выполняемых работ (бурение или ремонт скважины); глубина скважины, характеризуе-

II

Таблице I

Ранги фактороБ, влияющих не нормативы технической эксплуатации нефтепромысловой спецтехники

Наименование Обо-знв- 46- ние фактора Нормативы технической експлувтащи

факторе Нвтзв-боткв до КР Периодичность ТО Трудоемкость ТО Трудоемкость ТР Расход з/чв-стей Простои б ТО и ТР

Дорожные условия I I - Б 2 -

Природно-климатические условия *2 2 2 — 4 I -

Нараоотке с нвчвле эксплуатации Х3 II II — 2 12 2

Место проведения технич.воздействия Х4 13 14 I I II I

Размер УТТ и количество технологически совместимых групп спецтехники Х5 12 14 2 3 13

Масса навесного оборудования Х6 3 3 — 5 3 —

Глубина скважины 5 5 - в 6 -

Диаметр НКТ хв 7 7 - 9 7 -

Время работы агрегата на максимальном давлении 4 4 10 4

Тип верхнего слоя грунте на скважине 9 £ - 12 В -

Качественный состав нефти 6 9 _ - 7 5 -

Состав пород, слагающих нефтеносный слой 15 II 15 15

Содержание песке в нефтеносном слое 10 II - 13 10 -

Глубине песчаной прооки хи 14 10 14 14

Динамический уровень скважины х15 В 8 II о —

мак глубиной подвесного оборудования; качественный состав нефти, характеризуемый содержанием в ней попутного газа; состве пород, слвгввдих нефтеносный пласт, характеризуемый содержанием в них глины и аргиллитов.

Экспериментальные исследования включали сбор информации о надежности составных частей подъемных агрегвтов по результатам их подконтрольной эксплуатации в УТТ-I АООТ "Сургутнефтегаз". Под нвблвдением в течение годв находились 42 подъемных агрегв-тв ¿-50, работавшие he 116 скважинах.

При обработке вкспериментвльных данных первоначально проверялась гипотеза о принадлежности одной генеральной совокупности двух выборок: наработок не отказ составных частей подъемных агрегатов, эксплуатировавшихся при бурении скважин, и эксплуатировавшихся при их ремонте. Установлено, что рассматриваемые выборки можно считвть принадлежащими одной генеральной совокупности. Из этого следует, что вид выполняемых работ (бурение или ремонт скважин) не влияет на безотказность рассмотренных составных чвстей, и при недостатке информации о надежности нефтепромысловой спецтехники, используемой при бурении скважин, она может быть дополнена информацией о надежности спецтехники, занятой на работах по подземному и капитальному ремонту скважин.

Для выявления влияния остальных трех факторов, харвктери-зувдих условия эксплуатации подъемных агрегатов, на наработки не отказ их составных частей, диапазоны изменения этих факторов были разбиты на два интервале и для рассматриваемых сочетаний факторов осуществлено' разделение подъемных агрегатов по условиям эксплуатации. Данные об отказах обрабатывались раздельно для каждого интервала значений факторов. Результаты обработки информации о надежности представлены в табл. 2. -т

Результаты проверки гипотез о принадлежности двух выборок одной генеральной совокупности представлены в табл. 3.

Расхождения между дисперсиями рассмотренных выборок во всех случаях оказались несущественными, в выборки - принадлежащими одной генеральной совокупности. Это показывает, что при изменении условий эксплуатации подъемных вгрегвтов ввриация наработок на отказ их составных частей практически не меняется, т.е. формв закона распределения наработок Н8 отнвз не претерпевает существенных изменений, а происходит только его

13

Таблица 2

Результаты обработки информации по составным частям подъемных агрегатов, лимитирующий их надежность

Наименование составных частей подъемных агрегатов и условия эксплуатации Параметры расгоеделения Вейбулла Средняя наработка на отказ, маш.-ч Средне-квад-рати-ческое отклонение, маш.-ч

а Ъ

I 2 3 4 5

Талевый канат

Все условия эксплуатации 296,0 2,06 262,2 133,4

Глубина подвески до 2400 м 322,7 3,07 288,5 102,8

- " - свыше 2400 м 268,7 1,87 238,6 132,8

Содержание глинн до 60 % 318,1 2,30 281,8 129,8

- " - свыше 60 % 231,9 1,86 206,0 115,1

Сод.попут.газа до 70 м^м3 367,7 2,17 325,7 158,3

- " - свыше 70 м^м3 253,1 2,13 224,2 110,7

Цепь 2Н-44.45

Все условия эксплуатации 398,7 2,35 353,4 159,6

Глубина подвески до 2400 м 426,1 3,57 383,8 119,4

- " - свыше 2400 м 362,1 2,19 320,7 154,6

Содержание глинн до 60 % 434,1 2,21 384,5 184,1

- " - свыше 60 % 343,3 2,71 305,3 121,6

Сод.попут.газа до 70 м^м3 449,6 3,07 401,9 143,2

- " - свыше 70 м3/м3 358,1 2,34 317,3 143,9

Торм.накладки барабана лебедки

Все условия эксплуатации 413,4 3,01 369,2 133,8

Глубина подвески до 2400 м 514,6 3,16 460,6 159,8

- " - свыше 2400 м 357,3 3,35 320,7 105,6

Содержание глины до 60 % 423,0 3,01 377,8 136,9

- " - свыше 60 % 384,1 3,12 343,6 120,6

Сод.попут.газа до 70 нГ/М2 415,4 3,78 375,4 110,7

- " - свыше 70 м^/м3 409,1 2,72 363,9 144,4

Продолжение табл. 2

I 2 3 4 5

Угловой иедуктор

Все условия эксплуатации 478,6 3,92 433,3 123,9

Глубине подвески до 2400 к 482,5 4,37 439,5 113,8

- " - свыше 2400 м 475,0 3,69 428,6 129,5

Содержание глины до 60 % 505,2 4,15 458,9 124,4

- " - свыше 60 % 421,0 4,07 382,0 105,5

Ролике квнетоукладчикв

Все условия эксплуатации 498,9 3,78 450,7 133,0

ГлубинЕ подвески до 2400 м 500,5 4,69 457,8 111,2

- " - свыше 2400 м 501,9 ■ 3,33 450,4 149,0

Сод.попут.газв до 70 к3/к3 477,1 5,33 439,7 94,9

- " - свыше 70 к3/«3 538,0 2,93 479,9 178,1

Гшгоонасос

Вве условия эксплуатации 454,8 3,57 409,7 127,2

Глубина подвески до 2400 м 463,8 4,62 423,9 104,4

- п - свыше 2400 м 441,9 3,19 395,7 136,1

Содержание глины до 60 % 501,2 4,08 454,8 125,2

- " - свыше 60 % 340,1 4,28 309,5 81,6

Гидтюмотох)

Все условия эксплуатации 597,1 3,62 538,2 165,2

Гедеоеотор

Все условия эксплуатации 443,4 3,12 396,7 139,1

Глубина подвески до 2400 м 463,8 4,62 423,9 104,4

- " - свыше 2400 м 426,7 2,53 378,7 160,1

Содержание глины до 60 % 453,4 3,42 407,4 131,8

- " - свыше 60 % 419,6 2,78 373,5 145,3

сдвиг по оси абсцисс. Выявленная закономерность позволяет упростить форму учета условий эксплуатации и сделать ее универсальной, задввэя нормативы системы ТО е ремонта подъемных аг-регвтов для условий эксплуатации, принятых в квчестве эталонных, я. коэффициенты корректирования нормативов для конкретных условий эксплуатации, отличных от эталонных, т.е. оперировать при этом только выборочными средними, полегая вариацию наработок не отказ постоянной во всех условиях эксплуатации.

Таблица 3

Результаты оценки влияния факторов на наработку на отказ

Наименование составных частей подъемных агрегатов Влияние фактора (+} или его отсутствие (-)

глубина подвески содержание глины содержание попут ного газа

Талевый канат + + +

Цепь 2Н-44,45 + + +

Торм.накладки барабана лебедки + - -

Угловой редуктор - +

Ролики канатоукладчика - -

Гидронасос - +

Гидроротор л — -

Исследование влияния условий эксплуатации нв периодичность технического обслуживания подъемных агрегатов

Вероятности отказов составных частей, лимитирупцих надежность подъемных агрегатов, определялись по формуле (3). Существующей технологией предусмотрен контроль технического состояния талевого каната при ТО-1, цепи - при ТО-2, а остальных рассмотренных низконадежных составных частей - при ТО-3. Последнее резко увеличивает вероятность отказа подъемного агрегата, поэтому предложено контролировать эти составные части при ТО-2. Первыми пробными расчетами установлено, что вероятность отказа цепи существенно превышает вероятности отказов других составных частей, что резко сокращает оптимальную периодичность ТО-2 против принятой в настоящее время периодичности 240 маш.-ч. В связи с этим было принято решение выполнять проверку и регулировку натяжения цепи не при ТО-2, а через одно ТО-1, т.е. с периодичностью, вдвое меньшей периодичности ТО-2.

Зависимость составляющих суммарных затрат на единицу наработки подъемного агрегата за цикл ТО-2 от периодичности ТО-2 при различной глубине скважины показана на рис. 2. Удельные затраты на техническое обслуживание линейно снижаются с увеличением его периодичности. Одновременно с увеличением периодич-

Периодичность ТО -2, машино-ч Рис. 2. Зависимость составлявдих суммарных затрат на единицу наработки подъемного агрегата за цикл ТО-2 от периодичности технического обслуживания при различной глубине скважины:

—*—-*--удельные затраты на техническое обслуживание;

—-----удельные потери от простоев бригад;

—х-«—- суммарные удельные затраты.

ности ТО растут вероятность отказа верхнего оборудования и вызванные этим потери от простоев бригад бурения. Суммарные удельные затраты за цикл ТО-2 вначале снижается, а затем," ввиду роста потерь от простоев бригад, имеют тенденцию к росту. Монотонный характер изменения суммарных удельных затрат позволяет считать, что они имеют один минимум. Оптимальная периодичность ТО-2 подъемных агрегатов, эксплуатируемых на скважинах с глубиной подвески до 2400 м, составляет 230 маш.-ч, а при большей глубине подвески - 220 маш.-ч. Оптимальная периодичность ТО-2 подъемных агрегатов, эксплуатируемых на скважинах с содержанием глины и аргиллитов з составе пород, слагающих нефтеносный пласт, до 60%, составляет 230 маш.-ч, а при большем их содержании - 210 маш.-ч. Содержание попутного газа

17

е нефти практически не влияет на оптимальную периодичность технического обслуживания.

С помощью множественного регрессионного анализа получено уравнение зависимости оптимальной периодичности ТО-2 подъемных агрегатов от указанных двух факторов:

1Т0 = ЗБ9 - 0,029-ЗЦ - 1,242.3^, МВЕ.-Ч, (4)

где х1 - глубине подвесного оборудования, м;

Xg - содержание глины и аргиллитов в составе пород, слегающих нефтеносный пласт, %.

Исходя из принятой периодичности ТС-2, равной 24С маг.-ч, были заданы эталонные условия эксплуатации лодъемных егреге-тов: работа не скважинах с глубиной подвесного оборудования 23DD м; содержание глины и аргиллитов в составе пород, слагающих нефтеносный пласт, - 502. Для корректировки эталонного значения периодичности ТО-2 применительно к условиям эксплуатации, отличным от эталонных, введены^ два коэффициенте приведения: коэффициент Ц, учитывающий глубину подвесного оборудования скважины и коэффициент к2» учитывающий содержание глины и аргиллитов в составе пород, слагающих нефтеносный пласт. Значения коаффициентов корректирования периодичности технического обслуживания, полученные из уравнения (4), следующие:

Глубине подвесного Глубине подвесного к. оборудования, м оборудования, к

500.. .1000...".....1,19 2000. ...2500........1,00

1000... 1500........1,13 2500...3000........0,95

1500.. .2000........1,07 3000.. .3500 ........ 0,89.

Содержание глины и аргил- Содержание глины и вели-

литое в составе пород, литое в составе пород,

слагающих нефтеносный слагающих нефтеносный пласт, % пласт, %

О................1,25 60................0,95

10................1,20 70................0,90

20................1,15 80................0,85

30................2,10 90................0,80

40................1,05 100................0,75.

50................1,00

Ввиду кратности периодичностей различных видов технического обслуживания предложенные коэффициенты распространяется не только на ТС-2, а на все виды технического обслуживания.

Источниками экономической эффективности результатов исследования являются смфащение потерь от простоев .бригад бурения и снижение затрат на техническое обслуживание подъемных агрегатов. Уменьшение периодичности технического обслуживания в условиях эксплуатации, более тяжелых, чем эталонные, снижает вероятность отказа подъемных агрегатов и вызванных этой причиной простоев бригад. Увеличение периодичности технического обслуживания в условиях эксплуатации, более легких, чем эталонные, снижает затраты на техническое обслуживание, одновременно не допуская превышения вероятностью простоя бригад из-за отказа подъемных агрегатов экономически обоснованного уровня.

Расчетная величина годового экономического эффекта от корректирования периодичности ТО-2 подъемных агрегатов в зависимости от условий их эксплуатации для УТТ-1 АООТ "Сургутнефтегаз" составляет 242,2 тыс.руб., или 5,8 тыс.руб. на один подъемный агрегат в ценах конца 1994 года. Указанный экономический эффект достигается без дополнительных затрат и может быть существенно увеличен при расширении масштабов использования результатов исследования.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. В диссертации решена научно-техническая задача обоснования оптимальной периодичности технического обслуживания подъемных агрегатов в зависимости от условий их эксплуатации при бурении нефтяных скважин.

2. В результате экспертной оценки влияния факторов условий эксплуатации не нормативы системы технического обслуживания и ремонта специальной нефтепромысловой техники при достаточно высокой согласованости мнений экспертов установлено, что наибольшее влияние на рассматриваемые нормативы оказывают дорожные, природно-климатические условия, масса навесного оборудования, глубина скважины, качественный состав нефти и другие факторы, в зависимости от рассматриваемого норматива.

3. Из указанных экспертами наиболее существенных факторов для характеристики специфичных условий эксплуатации подъемных

19

вгрегатоЕ были выОрвнк четыре фактора: вид выполняемых работ (бурение или ремонт стволе скважины); глубине скважины, характеризуемая глубиной подвесного оборудования; качественный состав нефти, характеризуемый содержанием в ней попутного гвзв; состав пород, слвгвющих нефтеносный пладт, характеризуемый содержанием в тгстт глины и аргиллитов.

4. Экспериментальные исследования включали сбор информв-ции о надежности составных частей верхнего оборудования подъемных агрегЕтоЕ по результатам их подконтрольной эксплуатации в УТТ-1 АООТ "Сургутнефтегаз". Под наблюдением в течение года находились 42 подъемных агрегата А-50, работавшие нв ЦБ скважинах, условия эксплуатации агрегатоЕ на которых характеризовались указанными выше четырьмя факторами.

5. Диапазоны изменения каждого фактора были разбиты нв два интерввла и для рассматриваемых сочетаний факторов осуществлено разделение подъемных агрегатов по условиям эксплуатации. Данные об отказах обрабатывались раздельно для каждого интервала значений факторов. Установлена номенклатура составных частей подъемных агрегатов, лимитирующих их надежность. Доказано, что их наработки не отказ подчиняются закону Вейбул-ла, и с требуемыми точностью и достоверностью охфедвлены пврв-метры законов распределения наработок нв отказ.

6. С помощью статистических методов проверки гипотез о принадлежности двух выборок одной генеральной совокупности установлено, что вид выполняемых рвбот (бурение или ремонт скважин) не влияет на безотказность рассмотренных составных частей подъемных агрегатов. Влияние остальных факторов, характеризующих условия их эксплуатации, нв расхождение выборочных средних нарвботок нв отказ оказалось существенным.

7. Расхождения между дисперсиями рассмотренных выборок, наоборот, оказались несущественными. Это показывает, что при изменении условий эксплуатации подъемных агрегатов вариация наработок нв отказ их составных частей практически не меняется, т.е. форме звконв распределения нарвботок не отказ не претерпевает существенных изменений, а происходит только его сдвиг по оси абсцисс. Выявленная закономерность позволяет задавать нормативы системы ТО и ремонта подъемных агрегатов для условий эксплуатации, принятых в качестве эталоных, и коэффициенты корректирования нормативов для конкретных условий

20

эксплуатации, отличных от эталонных.

8. В основу методики решения задачи обоснования оптимальной периодичности технического обслуживания для рассматриваемых категорий условий эксплуатации положен критерий минимума затрат на ТО и потерь от простоев бригад бурения при отказе подъемных агрегатов. Задача решается путем направленного перебора допустимых вариантов.

9. Установлено, что оптимальная периодичность ТО-2 для рассмотренных условий эксплуатации подъемных агрегатов изменяется в пределах от 210 до 230 маш.-ч. На ее величину влияют глубина подвесного оборудования скважины и содержание глины и аргиллитов в составе пород, слагающих нефтеносный пласт, и практически не влияет содержание попутного газа в нефти. Получено уравнение зависимости оптимальной периодичности ТО-2 подъемных агрегатов от указанных двух факторов, заданы эталонные условия эксплуатации подъемных агрегатов и определены значения коэффициентов корректирования периодичности технического обслуживания для условий эксплуатации, отличных от эталонных.

10. Расчетная величина годового экономического эффекта от корректирования периодичности ТО-2 подъемных агрегатов в зависимости от условий их эксплуатации для УТТ-1 АООТ "Сургутнефтегаз" составляет 242,2 тыс.руб., или 5,8 тыс. руб. на один подъемный агрегат в ценах конца 1994 года. Указанный экономический эффект достигается без дополнительных затрат и может быть существенно увеличен при расширении масштабов использования результатов исследования.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Неелов Ю.В. Разработка нормативов технической эксплуатации специальной нефтепромысловой техники // Пути совершенствования технической эксплуатации и ремонта машин АТК: Тезисы докладов научно-практического семинара. - Владимир, 1995. -с. 43-44.

2. Данилов О.Ф., Неелов Ю.В. Методика технологического расчета предприятий автомобильного транспорта и специальной нефтепромысловой техники // Пути совершенствования технической эксплуатации и ремонта машин АТК: Тезисы докладоз научно-практического семинара. - Владимир, 1995. - с. 44.

3. НеелоЕ Е.В. Вопросы обоснования системы технического оослуживания и ремонте специальной нефтепромысловой техники в условиях неполной информации // Научно-технические проблемы Западно-Сибирского нефтегазового комплексе: Межвуз. сб. науч. тр. Ток 2. - Тюмень: ТимГНГУ, 1995. - с. 103-Ш.

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Общие принципы построения систем технического обслуживания и ремонта техники.

1.2. Системы технического обслуживания и ремонта техники в отраслях народного хозяйства и за рубежом.

1.2. Методы обоснования систем технического обслуживания и ремонта машин.

1.4. Выводы и задачи исследования.

2. ОБЩАЯ И ЧАСТНЫЕ МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Общая методика исследования.

2.2. Методика экспертной оценки влияния условий эксплуатации на нормативы системы технического обслуживания и ремонта специальной нефтепромысловой техники.

2.3. Методика сбора и обработки информации о надежности составных частей подъемных агрегатов.

2.4. Методика расчета затрат на техническое обслуживание подъемных агрегатов.

2.5. Выводы по второй главе.

3. СБОР И ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ.

3.1. Обработка и анализ результатов экспертной оценки влияния условий эксплуатации на нормативы системы технического обслуживания и ремонта специальной нефтепромысловой техники.

3.2. Сбор и обработка данных о надежности подъемных агрегатов при выполнении работ по бурению нефтяных скважин.

3.3. Расчет затрат на техническое обслуживание составных частей подъемных агрегатов.

3.4. Выводы по третьей главе.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ УСЛОВИИ ЭКСПЛУАТАЦИИ НА ПЕРИОДИЧНОСТЬ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ

ПОДЪЕМНЫХ АГРЕГАТОВ.

4.1. Обоснование оптимальной периодичности технического обслуживания подъемных агрегатов для рассматриваемых условий эксплуатации.

4.2. Определение коэффициентов корректирования периодичности технического обслуживания подъемных агрегатов в зависимости от условий их эксплуатации.

4.3. Оценка экономической эффективности результатов исследования.

4.4. Выводы по четвертой главе.

Актуальность темы. Затраты на техническую эксплуатацию специальной нефтепромысловой техники увеличивают себестоимость добываемой нефти. Снижение этих затрат возможно при использовании эффективной системы технического обслуживания (ТО) и ремонта (Р) спецтехники. Создание такой системы осложняется большим разнообразием конструктивного устройства, рабочих процессов и условий эксплуатации спецтехники, учет которых представляет собой сложную научную задачу. Адаптация нормативов системы ТС и ?, в частности, периодичности технического обслуживания наиболее массовых представителей спецтехники - подъемных агрегатов - к условиям эксплуатации при бурении нефтяных скважин позволяет повысить эффективность транспортного обслуживания основного производства, чем и определяется актуальность темы диссертации.

Цель исследования - повышение эффективности транспортного обслуживания процессов бурения нефтяных скважин.

Научная новизна. Путем экспертной оценки установлен перечень и произведено ранжирование факторов, характеризующих условия эксплуатации специальной нефтепромысловой техники и влияющих на нормативы системы ее ТО и Р. Экспериментально установлен перечень составных частей подъемных агрегатов, лимитирующих их надежность, и для них определены законы распределения наработок на отказ в различных условиях эксплуатации. Выявлены факторы условий эксплуатации, влияющие на надежность подъемных агрегатов. Обоснованы оптимальная периодичность ТО подъемных агрегатов для эталонных условий эксплуатации и система коэффициентов ее корректирования для условий эксплуатаго ции, отличных от эталонных.

Практическая ценность результатов исследования состоит в экономически обоснованном снижении вероятности отказов подъемных агрегатов и вызванных этим простоев бригад бурения.

Реализация результатов работы осуществлена в АООТ "Сургутнефтегаз", где приняты и используются в практике работы Управлений технологического транспорта разработанные коэффициенты корректирования периодичности ТО подъемных агрегатов в зависимости от условий их эксплуатации.

Апробация работы. Основные результаты исследования были доложены, обсуждены и одобрены на

Публикации. По материалам диссертации опубликовано статей общим объемом

На защиту выносятся: результаты экспертной оценки состава и важности факторов, характеризующих условия эксплуатации специальной нефтепромысловой техники и влияющих на нормативы системы ее ТО и Р; результаты экспериментального исследования безотказности составных частей подъемных агрегатов, лимитирующих их надежность; методика и результаты обоснования оптимальной периодичности ТО подъемных агрегатов для эталонных условий эксплуатации и системы коэффициентов ее корректирования для условий эксплуатации, отличных от адолонннх.

I. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ