автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.11, диссертация на тему:Алгоритмы и программы обработки ваттметрической информации для технического диагностирования скважинных штанговых насосных установок

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ШУТОВА ИРИНА АЛЕКСЕЕВ®

АЛГОРИТМЫ И ПРОГРАММЫ ОБРАБОТКИ ВАШЕТРИЧЕСКОЯ ИНФОРМАЦШ ДЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО ДИАГЮСТИРОВАНИЯ СКЕАЗШШЫХ ШТАНГОВЫХ НАСОСНЫХ УСТАНОВОК

Специальность 05.13.11 - математическое и программное.

обеспечение вычислительных каяет,. комплексов, систем и ' сагай

АВТ OPEfflEFftT диссертация на соискание учаной степени кандидата технических накк-

Томск - 199®

\

Работа выполнена на кафедре автоматики и компьютерных систем Томского политехнического университета

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент Гольдштейн Е.И,

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Еондаренко ¿а - кандитат технических наук . . Кошовкин И. К

Ведущая организация - Швосибирсий электротехнический

щите диссертаций при Томском политехническом университете по адресу: 634004, г.Томск, ул.Советская, 84, ауд.210.

С диссертацией мокко ознакомиться в библиотеке Томского политехнического университета (634004, г.Томск, ул.Белннс--кого, 53а).

Автореферат разослан ' 1992 г.

институт

Ученый секретарь специализированног совета, кандидат технических наук, доцент -

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность ггроблеиы. В настоящее время добыча нефти скважга-ными штанговыми насосными установками (СШНУ) является основным способом механизированной эксплуатации скважин - более 56$ действующего фонда скважин страны оснащено именно СШНУ. Б последние годы наблюдается опасная тенденция снижения нефтедобычи. Одной из основных причин этого являются сокращение межремонтного периода работы СШНУ„ из-за повышенной аварийности установок. Сохранение на заданном уровне; а также изыскание возможностей увеличения производительности работающих СШНУ во многом зависит от того, насколько правильно организовано их техническое диагностирование.

Наиболее распространенным способом, позволяющим определить причину неисправности и место ее возникновения, является динамоиет-рирование с помощью гидравлических динамо-графов. Автоматизированные системы диагностики СШНУ распространены, не- столь широко, причем большая часть в качестве метода диагностики использует также динако-метрирование. Программно-алгоритмическое обеспечение для подобных систем довольно хорошо разработано, однако общггм недостатком таких, систем является необходимость в датчиках,, "переводящих" усилие и перемещение в электрическую форму и устадаоляваешх'на движущихся частях станка-качалки (СЯ).

Подобных недостатков лишены сисцемы» о основе которых заложен метод ваттметрирования. Здесь в кач^с-тве диагностической информации используют ваттметрогрямму (ВМГ) - зафвеимосвь- мощности, потребляв- ■ мой двигателем СК, от времени1 I или у? л а, поворота кривошипа ср. Од- -на ко, недостаточная проработка и исследование- возможностей этого метода тормозят его внедрение в пра&ияед- нефтедобычи. По-прежнему • открытыми остаются вопросы не аппарат к» сто-,, а1 программного определения периода качания СК и начала хода вдерх точки подвеса штанг (ТТПП) без использования первичных датчиков-. Недостаточно изучен вопрос научного обоснования выбора диагностический, признаков, получаемых из • ваттметрограммы и позволяющих наиболее- эффективно разделять классы состояния СШНУ. Не рассмотрены важные, вопросы, касающиеся изучения информативности диагностических признаков* и влияния на них различных параметров СШНУ, зависящих от типа установки. Не разработаны методы • количественной оценки эффективности работ глубинного оборудования, не требующие выполнения замеров дополнительных параметров нефтедобычи. Создание математической модели.позволяющей из ваттметрограммы (с

учетом преимуществ ее съема) получать динамограмму (ДМГ) (наибол> привычную для анализа специалистам! НГДУ), открыло бы путь к широк< иу использований диагностических систем, основанных на ваттметрир аа$ш. Не создаиУ алгоритмы и прогргагш, ориентированные на ПЭВМ ti па ГВ11 PC AT/XT, для массовой обработки ваттметрограш непосред< твенно на нефтепромыслах с покорю аппаратно-программных диагност! ческих.комплексов контроля работа СИНУ.

Указанные -обстоятельства делают актуальной задачу дальнейие; развития и изучения ваттиетрического метода, создания на его ockoi алгоритмического и програшлого обеспечения эффективных систем ко ¡г роля работы СЕНУ.' Работа выполнялась по планам научио-исследовател: ских работ, проводимых кафедрой "Лвтоштшш к компьютерных систе; Томского политехнического университета в соответствии с целевой те] риториапыю-отраслевой научно-технической программой "Нефть и га: ГоыскоЙ области.

Цель работы заключается в разработке ыатештических оценок coi гояния С11ШУ но ШГ, создании алгоритмического и программного обесм чения системы технического диагностирования глубаишшасооного обор; дования С01!У но результатам ваттиетраров&ния.

Для достижения указанной цели поставлены следусщие задачи:

1. .Провести анализ существующих диагностических систем СЙНУ. целью определения недостаточно проработанных вопросов, изучение к< торше позволит разработать перспективные диагностические аппара-ко-програшлше комплексы.

2. Разработать алгоритм определения начала хода вверх том] подвеса штанг по ваттыетрограше, предложить алгоритм оценки перио, одного качания станка-качалки.

3. Предложить метод количественной оценки эффективности рабо-глубиннонасосного оборудования (ГНО) СЕНУ.

4. Разработать алгоритм, позволяющий получить динамограшу i ваттметрограмьш расчетным путей с помощью аналитической модели СШ

5. Получить решающие правила для проведения автоматизированы* диагностики состояния СЕНУ, провести проверку их работоспособное^

в. Провести исследование эффективности разработанных алгори-

UOB.

7. На базе разработанных алгоритмов создать для ПЭВМ типа II PC AT/XT программное обеспечение для решения задачи автоматизироаа! ного технического диагностирования СШНУ.

8. Провести опытно-методическую обработку ваттметрограш, chj

тых с реальных объектов.

Методы исследований: для решения поставленных в работе задач используются методы теории машин и механизмов,, анализа временных рядов, спектрального и факторного анализов, теории распознавания образов, методы аналитического моделирования объекта». Обработка экспериментального материала проводилась на ПЭВМ 1Ш FC ХТ с использованием алгоритмов и программ, разработанных автором.

Научная новизна полученных в работе результатов состоит в следующем:

1. Разработана аналитическая модель, позволявшая расчетным путем получить из ваттметрограымы динамограмму. зная только кинематические параметры СШНУ и опорную ВМГ (т.е-, снятую ка СЯГЕГУ конкретного типа без ГШ).

2. Введены ранее не использованные характеристики - "общая характеристика функционирования СИПУ" и "коэффициент функционирования СШНУ", которые позволяют осуществить, количественную оценку состояния установки по ВМГ без измерения дополшгтегзкызс параметров нефтедобычи.

3. Получены решающие правила, соаводетцие проведать альтернативную диагностику 6 классов состояния (СК типа 7CI(8-3,5-4000) с параллельной выдачей рекомендаций а проведении конкретных ремонтно -профилактических работ.

4. Создано алгоритмическое обесаеченяе для диагностических комплексов, использующих . в а т тм е три ро dакте и ЭВМ класса мини и вьше (часть алгоритмов может быть использован.«*.в качестве ПО микро-ЭВМ).

5. Разработано программной обессечгиле для ПЭВМ типа IBM PG АТ/ ХТ.на основе предложенных алгоритмов.

Практическая ценность работы состоим в том, что:

1. Разработаны алгоритмы (построения! ДОГ из ЕМГ, оценки периода одного качания СК и определения отсчета мощности, соответствующего началу хода ТГШ вверх), позволяющие вдавиться от ненадежных датчиков, положения и усилия. .

2. Введены характеристики, позволяющие проводить не только качественную, но и, что особенно важноv количественную оценку состояния ШО СШНУ. При этом возможно проведение количественного анализа рнамикк процесса функционирования ГНО.

3. Определены диапазоны частот, характеризующих работу наземного и подземного оборудования, что позволит использовать полученные результаты при совершенствовании и развитии виброакустических мето-

- в -

дов технического диагностирования ОТНУ.

4. Разработан комплекс программ, алгоритмов и математическ оценок, которые могут быть использованы в качестве дополнительно ПО, встроенного в приборы съема ВМГ и различные диагностическ комплексы, использующие в той или иной степени метод ваттметриров ния.

Реализация результатов работы. Созданные алгоритмы и програм для автоматизированной системы технического диагностирования СШНУ ваттмегрограмме внедрены в Кибернетическом Центре при ТПУ.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной рабе докладывались на: региональных научно-практических семинарах "Уск рение научно-технического прогресса в нефтяной и газовой прошднле ности" (г.Томск, 1989г., 1990 г.); Всесоюзной научно-техническ конференции "Проблемы создания, опыт разработки, внедрения автомат зированных систем управления в нефтяной, газовой, нефтехимичеси промьшенности и объектов нефтеснабження" (г.Сумгаит, 1990 г.); Вс союзной конференции "Проблемы развития нефтегазового комплекса ст! ны" (пос.Красный Курган, Ставропольского края, 1991 г.); вось» Всесоюзной научно-технической конференции "Перспективы развито применения средств вычислительной техники для моделирования и авт матизированного исследования" (г.Москва, 1991 г.); пятой Всесоюз! научной конференции "Математические методы распознавания образ« (г.Москва, 1991); совещании "Организация контроля за эксплуатац! скважин с применением-индикатора дебита" (г.Куйбышев, 1990 г).

Публикации. По результатам диссертационной работы опубликов) 12 печатных работ, получено 1 положительное решение по заявке. Не] чень работ прилагается.

Структура и обьем работы. Диссертация состоит из введения, 1 тырех глав и заключения, изложенных на 133 страницах машинописного текста, содержит 44 рисунка, 17 таблиц. Список литературы включае 135 наименований. Приложение содержит акты о внедрении, сведения приборе ИРЭ-2, результаты некоторых расчетов и занимает Ю стран

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТУ

Во введении обоснована актуальность выбранного направления и ледований и сформирована цель и задачи работы.

В первой главе дается общая характеристика состояния пробл технического диагностирования С2ПЕУ и его программко-алгоритмическ

>еспечения. Приводится сравнительная оценка известных методоэ, поз->ляйщих определить причину отсутствия подачи СЕНУ, в частности -шамометрирования и ваттметрированюг. Проводится анализ автоматнзи->ванных систем технического диапгосгироаання СРШ - как серийно вы-гскаемых промышленностью, так и научно-нсследсттельскюс разрабо-ж, проводимых в этом направлении в кэшей струне и за рубежом, вводится характеристика общего состояния овтодатизации процессов фавления в отечественной нефтяной лрошвлеияоетя. Отмечается, что качестве перспективного направления выделяет перекод к деценграли-5ванным методам автоматического управления отрасль» за счет созда-1я автоматизированных распределенных систем1 управления технологи-гским комплексом и приближения вычислительных ресурсов к гхнологическому объекту (скважине). Б это» гшше отмечается особое качение АРМов и унифицированных, азтококявгс аппаратно-программных эмплексов, построенных на однокристальной ьдаро-ОВМ и имеющих в воем составе ПЭШ. По известным системам генянческого дяагностиро-5ния СЕЛУ приводится перечень днагностгруетхгх классов состояния ШУ, используемые диагностические призпзгг, а таете дэлзотся анализ рпмеяяешх способов построения рс-цЕюгртт г;л£кя для пропод-ггош авто-аткзировэгшого диагностирования состеяяпз СЙЗУ. Отмечается, что по сех известных с настоящее вроют ттзкетег ятгаратло, с поморья атчика положения, определяют период, едкого качашм СИ и начало хода ПШ вверх. Анализируется использован*"}? с.гэлигкчосгак моделей СИЛУ в одобных системах, а таете алгор.тага с:;л'п:н периода сигнала сло.тг-ой формы. В конце главы делается развернутая постановка задачи нсс-едовашш:

- разработать алгоритмы прогре'сякого определения начала хода верх ТПШ и оценки периода одного катавпг С1С по ваттетрограюге;

- разработать алгоритм расчета Д!Ш" вз Е!1Г по аналитической могли СЙ1НУ;

- исследовать спектралышй ссстааг Е-Т, соотг.стствусцях различим типам установленного оборудовав я- резню» работу. СЕНУ;

- получить математические оценки-, позволяйте количественно ¡ценить работоспособность СЕМУ по вахткетрическоЯ информации;

- выбрать диагностические признаки, разработать алгоритмы пост-)оения ренающих правил для выполнения автоматизированного гехггячес-сого диагностирования СИПУ,' провесте- проверку их работоспособности;

- провести исследование эффективности разработанных алгоритмов;

- на базе разработанных алгоритмов создать программное. обеспе-

- а -

чете для автоматизированной системы технического диагностирования СЕНУ (на базе аппаратно-программного автономного, унифицированного комплекса (рис.1), аппаратная часть которого представлена прибором ИРЭ-2), пригодное для эксплуатации на ПЭВМ типа IBM PC AT/XT;

I---------------------1

L _____________________I

--- аппаратно-программный комплекс

Рис.1.

- внедрить разработанные алгоритмы и программы и провести опыт-нометодическуо обработку ШГ, снятых с реальных объектов.

Вторая глава посвящена разработке алгоритмов . обработки ваттметрической информации: оценки периода качания станка-качалки, определения отсчета мощности, соответствующего началу хода вверх ТПШ и разработке аналитической модели СИПУ для построения ДМГ из ШТ. В качестве исходной информации для рассматриваемых алгоритмов берется ваттметрограша, снимаемая с шагом дискретизации е, 1=0,02 (с) переносным измерителем-регистратором энергетических параметров ИРЭ-2. Для оценки периода качания СК проводится сравнение вычислительной эффективности двух подходов: первого, в основе которого лежит вычислена функции автокорреляции (ФАЮ по расчетной формуле: и.-Ы^; Т-1НтхГ |.д1 (1)

N=0,1,...М1; М=1п1(М/4),

и второго, по оптимальной, в среднекаадратнческом смысле, оценке опорного сигнала Е* : и1 .

(Ид - И1-11Л(М/4); (2)

Н^чнЫЕд,}; Т= дг-Пмм ; Ни Н ^ . где N - задержка опорного сигнала длиной М1, образованного из первчх М1 отсчетов мощности; М - длина наблюдаемой' реализации, Т - оценка периода наблюдаемой реализации; , )\„аж1 - значения

задержки М, при которых оценка ЙАК ^ достигает максимальных значе-кий; [Нм , - интервал возможных значений периода (в точках). Расчет по. (1) требует обязательного предварительного пересчета ВМГ относительно среднего сигнала. С учетом этой операции, расчет по (1) требует выполнения (ЗМ*/&+ЗМ/2+3) операций сложения и умножения, а

по (2) - всего ЗШ/4, что делает его предпочтительным перед (1). К тому же, локализация области поиска ГМ^,для условий конкретного НГДУ позволяет уменьшить время определения , а, следовательно, и Т. Алгоритм работоспособен при любом дЬ, в том числе и малом, требует наличия всего М~1,5>Т отсчетов мощности и может быть легко реализован программно как на языках высокого уровня, так и на машинноориен-тированных языках, типа АССЕМБЛЕР.

В работе проводится анализ ЕМГ, снятых в ходе натурных экперимен-тов на СШНУ, оснащенных различными типами оборудования и характеризующихся различными режимами работы установки. В результате анализа спектрального состава экспериментальных ВМГ установлено соответствие между частотными диапазонами интервала [0,^3 и структурными звеньями СШНУ, где Гн =25 (Гц) - частота Найквиста, определяемая аппаратно заложенным в №Э-2 шагом дискретизации Л Ь-0,С2 (о), Для решения этой задачи использовалась теорема Парсеваля. В результате исследования было определено, что для неуравновешенного (Ж, выполняется условие: а(^) > а(гг,) , (3)

где а(Гг ), а(2Гг) - амплитуды. 1-ой и 2-ой гармоник, Т, -1/Г. Анализ числа гармоник, содержащих 95% энергии всего сигнала для ВМГ с СШНУ, имеювдх и наземное, и глубинное оборудование, показал, что определить практическую ширину спектра Т^ по Рг нельзя, т. к. для неуравновешенных СК выполняется условие (3>. При этом энергия сигнала, приходящаяся на частоту Г^ может бить, настолько значительной, что 0,95% будет приходиться на первые две гармоники. Это приведет к тому, что значительная часть информации о работа оборудования, содержащаяся в высших частотах, будет потеряна. Для выявления вклада наземного и подземного оборудования в гармонический состав спектра ВМГ использовался метод последовательного исключения. Результаты исследования показали, что диапазон [0,ГУ ] Гц характеризует работу наземного оборудования, а [ 2Ге, -94Г,] Гц - подземного, (95Г, ,25] Гц - аддитивной шумовой составляющей сигнала мощности V'. Среднее значение ^ для исследуемой выборки ЕМГ равно 0, 0984 Гц. При этом, чем лучше уравновешен СК, тем больше энергия сигнала V идет на совершение полезной работы ГШ. Поэтому коэффициент:

к-ЮО-СР^/Р^, ) (X) (4)

может применяться для определения эффективности использования потребляемой электродвигателем мощности ЩЬ) на совершение полезной работы (работы ГПО). В результате проведенного анализа амплитудного и фазового спектра ЕМГ, предложены алгоритмы для определения отсчета мощ-

- 10 -

ности, соответствующего началу хода вверх ТПШ.

В этой же главе приводится алгоритм расчета ДМГ из ВМГ для бадан сирного СК с роторный уравновешиванием. Построение аналитической моде ли СШНУ проводилось при следующих допуиэниях: угловая скорость вращения w-oonst; движение ТПШ удовлетворяет точной теории определения законов движения балансирного СК; продолжительность хода ТШ вверх равн продолжительности хода вниз' и направление линий "шатун-кривошип" в крайних нижних и верхних положениях кривошипа совпадает; не учитывают ся колебания штанг и жидкости; известна BUT, названная нами опорной,

<%), где (j¡ - угол поворота кривошипа, снятая на СК i-типа без ГН Такая характерная ВМГ, показывает мощность, потребляемую электродвига телем СК, для совершения работы по перемещению основных звеньев назем ного оборудования. Следовательно, она в неявной форме учитывает инерционные усилия, главные моменты инерции звеньев СК и их массы. Пэслед нее обстоятельство позволяет не требовать точного количественного зна ния масс звеньев СК.

Vtcy) получают в результате аппроксимации V(<y), снятой на CR -типа без. ГШ, первой гармонической составляшэй. W (cy) снимается один раз и в виде постоянно хранящегося файла используется в дальнейшем при расчетах ДЫР из ВМГ, снятой на СК i-типа. Дня любой ВМГ Щ), снятой на СК i-типа, при предварительном удалении из нее постоянной V/ и шумовой 'VL, (tj) составляющих, можно получить усилие в ТШ F^^ у) по формуле (верхний из арифметических знаков - ход ТШ вверх, нижний

- ход вниз): " ;.*. • ; :... •:• • • ' '•

где tf ) 'Cos( ф),

♦ e.ei.v^. sin(<g). (7)> Здесь: irt , к.п>д.' электродвигателя:» передаточноло механизма, соответственно; угт1и| ftf). ф - скоростш движения. ТПШ и угол отклонения балансира от горизонтали 1м/с), Г-рад).;. m, kol, v^,^

- масса одного противовеса, установленного на кривошипе СК i-типа, и их количество, а такжесюрость движения кривошипа "С кг), (м/с). Дня расчета ЛИГ из ВИР необходимо знать геометрические размеры СК i-типа Наличие индекса "он" соответствует значениям аналогичных параметров для опорной BMP W*ti|). Для вычисления v_n<)(ff), «f/^) ис- "

польэуются известные расчетные формулы, полученные по точное методике графо-аналитическим способом. Приводится пошаговое описание алгоритма расчета ДМР из ВМГ. На рис.2 приведена иллюстрация применения предлагаемого алгоритма: ДМГ (рис.2,б), рассчитанная из ВИГ (рис.2,а). Для сравнения приводится ДМГ (рис.2,в), святая гидравлическим динамографом. В заключении приводится оценка погрешности алгоритма и анализ адекватности модели.

Третьи глава работы посвящена алгоритмам и математическим оценкам контроля состояния СШНУ по ВМГ. При разработке системы контроля состояния СШНУ, выбор диагностических признаков во многом определяет качество распознавания неисправностей СШНУ. В результате анализа закономерностей изменения амплитудного спектра кривых мощности, соответствующих различным состояниям СЕНУ, в качестве диагностических признаков были выбраны коэффициенты, определяете следующим образом:

4.-IV/P* ; <W™> /Р*м; d¿=.[a(if, )]а/Рг^ ; i-2,94, (в) где: Ъ -Caí f,) ]*; -2 X [a<kf, ) + Раю* ч»;

Pw-0,85.(Prw+ ?m )-0.85.(¿[a(WV)3»).

Здесь Рм, ?гн» ~ мощность сигнала W(t), характеризующего работу наземного и глубинного оборудования, соответственно; Pt - мощность всего сигнала W(t) без учета постоянной составляющей; к - номер гармоники; ft - основная частота; а(кГу) - амплитуда к-гармоники. Приводится характеристика овойств введеяных диагноствческих признаков. По формуле, предложенной В.Н. Вагашком к А.Я.Червоненкисом, оценена достаточная длина обучающей выборки ¡Заон Ддя проведения классификация на экзаменационной выборке с опвбкой распознавания € . Для имеющихся экспериментальных выборок ВИГ были рассчитаны корреляцией-« ню матрицы и проведен их анализ. В результате этих исследований установлено: а) принципиальным моментом является построение система распознавания, отдельной для каждого типа СК; б) отсутствие линейной связи меаду признаками d¿ И уравновешиванием ддя любого типа СК; в) некоррелированность этих, признаков с числом качаний балансира и типом установленного насоса. В результате .предварительной обработки признаков методом главных компонент была произведена трансформация «сходного пространства признаков d¿ .. В результате этого осуществлен переход к статистически независима* признакам - гдаввдм компонентам - Х-1 , i-1.23 (ва примере, ВМГ, снятых на СШНУ с СК типа 7СК8-3,5-4000), что позволило в 4 раза сократить число признаков» Био проведено исследование нагрузок на 1-ую и 2-ую главные компоненты. Проведено исследование коррелированное« фактора х.4 с исход-

V

кбт 5

A

3

г i о •1

Fmzut, 2,Û4 1,02 О

■m

-5,06

4W •S-.fO -6,12

Ж -'1

L

J t

h, J à * V.

/I /

ß \

г к HO J' m 4 W, 500 rf, отсчет

I у I

a)

-А/,

w ,. m gemote m

f

9/щТ

в>

б)

. Рис.2.

ии признаками. Выявленные закономерности, которые сохраняются, как казали исследования, для СШНУ с другими типами СК, позволили кн-рпретировать зс* как " обвита характеристику функционирования ЧУ". Для построения решающих правил, позволяющих проводить аяьгер-гивную диагностику одного из классов состояния СШНУ, была примененеоднородная последовательная процедура (1ШП) Бальда, которая отстоя к классу непараиетрических методов. Б соответствии с »дложенньш графом обработки, было исследовано 2 варианта получения пающих правил: для детальной и укрупненной диагностики. Приводятся зультаты проверки построенных по !ШП решающих правил для обучающей экзаменационной выборки СИГ, а также результаты проведенного исс-девания имеющейся выборки ВКГ с помощью аглоыеративной иерархичес-!. процедуры кластер-анализа для нахождения естественных группиро-: в множестве объектов, заданных главными компонентами. Подобные юродные группы, как известно, часто могут трактоваться как группы мчествешшми, сууносткшп (бтруктуриьши) различиями, т.к. устарение глубокой внутренней общности объектов должно хесгко вест к ■ановлешт подобия и во внешних проявлениях. В качестве мери подо-[ (различия) объектов делается обоснование выбора евклидова расс-!1шя, а для определения расстояшгя между группами (классами) -дней связи. В результате расчетов было выделено б кластеров, со-етствующих следуюгрш состояниям СТУ: 1. СШ1У находится в авариЯ-( состоянии, требуется подъем и ремонт подземного оборудования; 2. У работает удовлетворительно, требуется проведение наземного ре-ирования оборудования (без подъема П!0), возможная причина: 2.а. справности плунжера; 2.6. Удар муфг штанг'о сальник; 3. СШНУ ра-ает хорошо: З.а. Насос рабочий; 3.6. Небольшие утечки клапанов труб; 4. СПП1У находится в аварийной состоянии - полный выход из оя ЛЮ в результате обрыва штанг у полированного итога. Для ввде-ных состояний были определены центры классов я по алгоритму, реа-ующему вычисление евклидова расстояния от объекта до центра клас-была проведена проверка полученных реиающих правил. Результаты верки показали 87,4$ верного диагностирования на обучающей выбор-и в7% - на экзаменационной. Это подтверждает удовлетворительное деление классов иа непересекающиеся множества по полученным реша-« правилам в пространстве выбранных диагностических признаков. цен коэффициент, названный "коэффициентом функционирования СШНУ -объекта:

.п. п I ол

= х, /х< , (9)

где х.*", х*- соответственно, значения первой главной компоненты опорной ВМГ н ВМГ с п-обьекта, оборудованных СК 1-типа. Этот коэффициент может быть использован для количественной оценки работы ГНО, что особенно важно, т.к. подобные оценки могут быть получены только по дополнительным замерам дебита. Используя среднее значение И*^ 1-оЙ главной компоненты для к-класса (к=1: ПЮ не работает; к= 2; ПЮ работает удовлетворительно; к=3: ПЮ работает хорошо) и ее дисперсию , получены оценки для определения границ степени функционирования ПЮ СИПУ (рис.3):

ГС"0« , ПЮ работает хорошо;

*Ге \(&*'/>. ^ср'й*] , ГНО работает удовлетворительно; (10)

,<7 , ГНО не работает.

Для определения места оорыва штанг предложена оценка:

' 6 > га0 не Ра0'отае7: обРыв итанг вверху;

ПТ 1С1-2а,1-с<)} ПЮ не работает: обрыв штанг посередине , (II)

где Формулы (Й)-(Ш могут быть использованы для

проведения оперативной диагностики СЕНУ только по одной 1-ой главной

а а а ^

/V 7_,",я [ * <ч>

ухудшение работы ПЮ

улучаенне работы ПЮ ..

Рис.3.

компоненте. Оценка (9) позволяет исследовать в динамике состояние ПЮ С1ЛИУ: '.

, улучшение работы ПЮ; кр> , ухудшение работы ГНО; , (12)

- к г'} 4 £ , работа ГНО не изменилась, ~ где к,* , - оценки, вычисленные по (9) в Ьмомент времени съема ВМГ па некоторой скважше и в (1-1), соответственно; £ - некоторая погрешность, например, £ =0,01. Анализ условия (12) позволяет: службам эксплуатации получить объективную количественную оцепгуг процесса функционирования оборудования, сделать прогноз состоянии; ГШ) $ своевременно принять меры по предотвращению его выхода из строя1-..

В четвертой главе рассматривается программное обеспечение для аппаратно-программного комплекса обработки ваттметрограмм, созданное-

на основе рассмотренных в работе алгоритмов, а также вопросы апробации результатов диссертационных исследований.

При разработке ПО учитывались общие требования, предъявляемые к качеству ПО. Кроме алгоритмов, разработанных автором, использовались и хорошо зарекомендовавшие себя на практике известные алгоритмы (БП$, интерполирование методом Лаграта, низкочастотная фильтрация с помоцыо синусного фильтра Баттеруордта), а также алгоритмы, разработанные другими авторами. Была проведена увязка данных алгоритмов в полный граф обработки ВМГ, приведено описание выполняемых функций каждого блока обработки, рассмотрены вопросы программной совместимости, произведена оцецка требуемых ресурсов памяти и сформулированы требования к необходимой входной и дополнительной информации для программ обработки ВМГ. Созданное программное обеспечение демонстрировалось перед специалистами 1ГДУ "Стрежевойнефть" (г.Стрежевой, Томская обл.), 11ГДУ "Пркобьнефть" (г.Нюше-Партовск, Тюменская обл.), ПО "Урайнефтегаз" (г.Урай, Тймекскяа обл.). В прилагаемом отзыве о ПО отмечавтся его положительные качества, а также некоторые замечания, которые были учтены при модификации ПО. Созданные алгоритмы позволяют повысить объективность оценки состояния СЕНУ, устранить сложности аппаратной реализации, имеющей место при динамометри-ровании. Они могут использоваться для реиения практических задач нефтедобычи в качестве самостоятельного ПО, а также как дополнение к динамометрированию в прочих автоматизированных комплексах технического диагностирования СПШУ. Показана возможность использования предложенных алгоритмов в качестве ПО однокристальной микро-ЭВМ прибора ИРЭ-2.

. .ЗАКЛВЧЕНИЕ..

1. Предложен алгоритм оценки периода качания станка-качалки и проведена оценка его эффективности. Особенностями алгоритма являются: а) возможность чисто программной реализации, без использования аппаратных средств (датчиков положения); б) использование отсчетов не более, чем за 1,5 периода качания исследуемой реализации; в) возможность решения подобной задачи не только в системах ваттметрирова-ния, но и динаыометрированяя.

2. На основании анализа ВМГ, соответствующих основным режимам работы СПШУ, и их спектрального состава, установлено соответствие между частотными диапазонами спектра и основными звеньями СШНУ. Полученные результаты могут быть использованы при разработке виброакустических методов диагностики СШНУ.

3. Предложены алгоритмы определения отсчета мощности, соответствующего началу хода вверх ТПШ.

4. Разработан алгоритм расчета ДМГ из ВМГ, основанный нг использовании аналитической модели СЕНУ. Проведен анализ ДМГ, полученных с помогаю этого алгоритма, что позволяет сделать вывод о непротиворечивости действительности расчетных ДМГ.

5. Для ревепия задачи диагностики состояния СШНУ осуществле! выбор диагностических признаков, проведено исследование их взаимозависимости. Методом главных компонент осуществлен переход к статистически независимом признакам (главным компонентам) с одновременны), значительным саатием пространства признаков.

6. Получены математические оценки, позволяюии» количественно оценить состояние работоспособности СП1НУ: а) количественная оценка эффективности работы г*юпу. _ б) оценка р:«боп! С2ШУ в динамик"; в) ощ^деление м-ста обрыва штанг.

Использование получепных математических оценок . позволит специалистам НГДУ избежать субъективизма при анализе и повысить достоверность контроля состояния СШНУ.

7. Проведено выделение естественных кластеров, имеющихся в исследуемой выборке ВМГ, подтверждающее сделанную интерпретацию первоГ главной компоненты.

8. Разработан алгоритм построения решающих правил для проведения альтернативной диагностики 6 состояний СШНУ с СК типе 7СК8-3,5-4000 (с выдачей рекомендаций обслуяивающему персоналу):

- СШНУ находится в аварийном состоянии, требуется подъем № ремонт подземного оборудования;

- СШНУ работает удовлетворительно: требуется проведение наземного регулирования оборудования (без подъема ГНО). Возмогшая причина:

- неисправности плунжера;

- удар муфт итанг о сальник.

- СШНУ работает хорошо (в случае снижения подачи необходим» звг мер дополнительных параметров):

- насос рабочий;

- небольшие утечки клапанов или труб.

- СШНУ находится в аварийном состоянии - полный выход из с трот ГНО в результате обрыва штанг у полированного штока.

9. Проведена экспериментальная проверка предложенных алгоритмоЕ

путем обработки ВМГ, снятых на реальных объектах ряда НГДУ.

10. Разработано программное обеспечение для ПЭВМ типа IBM PC AT /ХТ, использующее предложенные алгоритмы обработки данных и позволяющее формировать архив ВМГ.

11. Методика исследования, описанная в гл.2-3, может быть применена для обработки ВМГ, снятых на СШНУ с прочими типами СК, что позволит получить решающие правила для диагностики их состояний.

12. Показана возможность использования разработанных алгоритмов и программ в качестве дополнительного математического обеспечения в уже существующих автоматизированных системах технического диагностирования СШНУ, а также и во вновь разрабатываемых (в том числе, в качестве дополнительного ПО в приборе ИРЭ-2).

ОСНОВНЫЕ МАТЕРИАЛ! ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУПЭДЙ РАБОТАХ;

1. ДаудрихБ.Д,, Шутова 51.А., ГольдштеЙн E.1I. и др. Элементы технического и алгоритмического обеспечения диагностики глуб!«ШоИа-сосного оборудования на основе йг$ттМетрограмм//Лзгомагизация, математические метода! и управление шрод'Шя хозяйством: Сб. статей. -Томск,: Изд-во Том..yii-та, iÖ&h - ti. 172 -178.

2. Шутова H.A. ВозйойНйе iiätipэвления автоматизированной диагностики состояния my&iriftofiäfc'öciiaro оборудования по результатам ваттметрирования//Ускорётге (¡аучйо-технического прогрзсса в нефтяной и газовой промышленности: Тез.докл. Регионального науч.-практич. семинара. - Томск. - 1989. - Выл.2. - С.25-28.

3. Шутова И.А. О некоторых способах определения периода качания по ваттметрограше//Изв. ВУЗов. - Нефть и газ. - 1990. -/в. - С.82 - 85. /

4. Шутова H.A. Расчет динамограмш из ваттметраграммы штанговой глубинно-насосной устаковкк//Науч.-техн. . нкформ. сб. Сер. Нефтепромысловое дело. - М.:ВНИИОЭНГ. - 1992. - Был Л. - С.4 - 7.

5. Шутова И.А., Гольддтейн Е.И. Алгоритмическое и программное обеспечение оперативного контроля ШГНУ по ваттметрограше/УПроблемы развития нефтегазового комплекса страны (4-6 июня 1991 г., пос.Красный Курган, Ставропольского края): Тез.докл. Всесоюз.конф'. - М., 1991. - С.32.

6. Шутова H.A., Гольдитейя Е.И. Алгоритмическое и программное обеспечение системы диагностики глубкннонасосного оборудования по ваттметрограмме//Проблемы создания, опыт разработки, внедрения автоматизированных систем управления в нефтяной, газовой, нефтехиыичес-

кой промышленности и объектов нефтеснабжения: Тез.докл. Всесо» конф. -Сумгаит.: Азербайджанское НПО "Нефтегазавтомат". - 1990, С. 99.

7. Шутова И.А., Гольдштейн Б.И. Диагностика штанговых глубин! насосных установок по ваттметрограммам - анализ первых результато: перспективы повышения • достоверности/Дскорение научно-техническ< прогресса в нефтяной и газовой промышленности: Тез. докл. Регионеи иого науч.-прахтич. семинара. - Томск. -Л9Э0. - Вып.З. - С.31 - 5

8. Иутова -И,А., Гольдштейн Е.И. Количественная оценка раб< глубиннонасосного оборудования в системе их оперативного контроля ваттметрограммам//Экспресс-информ. Сер.Автоматизация и телемехани: ция в нефтяной промышленности. - М. :ЕНИИ03НГ. -1991. - Вып. 11. -21 - 27.

9. Шутова И.А., Гольдштейн Е.И. О моделировании диагност! состояния насосной установки/УПерспективы развития и примене! средств вычислительной техники для моделирования и автоматизировг ного исследования: Тез.докл. VIII Всесоюз. конф. -М., 1991. -166 - 187.

10. Еутова И.А., Гольдштейн Е.И. Применение теории распозна! ш!я образов в задачах диагностики состояния штанговой глубшшонасе ной установки по ваттметрограмтм//Математические методы распозна! ния образов (ШРО - V): Тез.докл.Всесоюз.науч.конф. - Киев.: И) Кибернетики им. В.М.Глушкова АН Украины. - 1991.- С.118.

11. Шутова И.А., Гольдштейн Е.И. Программный комплекс обрабо-вагтметрограмм для ПЭВМ IE!» РС/Х7/АТ//Экспресс-информ. Сер.Автома* эация и телемеханизация в нефтяной промышленности. - М.:ВНИИОЭНГ, 1991. - Вып.4. - С.21 - 23.

12. Шутова H.A., Пятибратов В.А., Яковлев D.E. Определение i ркода сигнала сложной формы применительно к ваттметрическому мет< диагностики глубиннонасосного оборудования автоматизированного н< тепромысла. - М., 1990. - 8 с. - Деп. во ВНИИОЭНГ 21.06.90, У 181 НГ90.

13. Положительное решение от 27.06.91 по заявке 4756-(133575) "Способ диагностики штанговых насосных установок"/Голь, тейн Е.И., Иутова И.А.

Подпиоако к печати 24.11.92

Заказ JV. . Тираж 100 экз.

634004, Томск, пр. Ленина 30. Ротапринт ТПУ