автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Исследование и обеспечение надежности функционирования скважинного оборудования в осложненных условиях эксплуатации

ВВЕДЕНИЕ

1. КРАТКИЙ ОБЗОР РАБОТ В ОБЛАСТИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ СИСТЕМ

1.1. Влияние параметров добывающих скважин на отказы ШСН

1.2. Влияние параметров добывающих скважин на отказы ЭЦН

1.3. Проблемы моделирования основных показателей надежности для нефтепромысловых систем в осложненных условиях

2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ СИСТЕМ

2.1. Оценка показателей безотказности на основе непараметрических методов

2.2. Оценка показателей безотказности на основе параметрических моделей, основанных на информации о ресурсе изделия

2.3. Оценка показателей безотказней работы!Ьри помощи модели, основанной на информации о наработке до отказа

2.4. Оценка показателей безотказной работы при помощи модели, основанной на информации об определяющем параметре

2.5. Остаточный ресурс и методы его оценки 77 ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ

3. МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА УСТАНОВОК ШСН И ЭЦН В ОСЛОЖНЕННЫХ УСЛОВИЯХ 92 3.1. Моделирование систем плановых ТОР при внеплановых аварийных ремонтах установок скважин

3.1.1. Моделирование коэффициента готовности

3.1.2. Моделирование минимизации затрат

3.1.3. Максимизация удельной прибыли

3.2. Моделирование плановых профилактических работ на скважинах

3.2.1. Моделирование коэффициента готовности

3.2.2. Моделирование минимальных удельных затрат

3.2.3. Максимизация удельной прибыли

3.3. Моделирование плановых профилактических работ на скважинах для последовательной системы

3.3.1. Моделирование коэффициента готовности

3.3.2. Моделирование минимальных удельных затрат

3.3.3. Максимизация удельной прибыли 143 ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ

4. МОДЕЛИРОВАНИЕ НАДЕЖНОСТИ НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ

СИСТЕМ С РЕЗЕРВИРОВАНИЕМ

4.1. Моделирование оптимального количества резервных элементов систем на случай одного ограничения и показателя надежности типа вероятности безотказной работы

4.2. Приближенные методы расчета оптимального количества резервных элементов для случая одного ограничения и показателя надежности типа наработки на отказ

4.3. Управление запасами элементов нефтепромысловых систем при случайном потоке запросов

4.4. Моделирование показателей надежности нефтепромысловых систем по схеме «гибели и размножения»

4.5. Моделирование показателей надежности для систем с быстрым» восстановлением

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ

Актуальность работы. На современном этапе развития нефтяной отрасли большинство крупных месторождений вступили на позднюю стадию разработки, которая характеризуется падением объемов добычи нефти, увеличением обводненности добываемой продукции, старением эксплуатационного фонда скважин и т.д. В связи с тем, что в настоящее время ввод новых месторождений не обеспечивает существенный прирост объемов добычи, а применяемые физико-химические методы интенсификации позволяют только стабилизировать объемы добычи нефти, то единственным альтернативным способом решения проблемы является ввод скважин в эксплуатацию из числа простаивающего фонда.

Для стабилизации добычи углеводородного сырья проводится большой объем геолого-технических мероприятий. Эти мероприятия проводятся при эксплуатации добывающих скважин в условиях, осложненных процессами отложения солей, парафина, кустования наклонно-направленных скважин, повышения депрессии на пласт и т.д. При эксплуатации усиливаются коррозийные процессы в связи с появлением в продукции скважин сероводорода и увеличением обводненности добываемой продукции. Все это диктует необходимость принятия срочных мер по повышению коррозийной стойкости и прочности подземного оборудования. Для поддержания добывающего фонда скважин в работоспособном состоянии требуется ежегодное увеличение затрат на их ремонт и направления на эти цели значительных материальных и трудовых ресурсов. Поэтому осложненные условия работы нефтепромыслового оборудования требуют решения проблемы оценки эффективности применяемых систем технического обслуживания и ремонта (ТОР).

Техническое перевооружение нефтегазовой отрасли на основе внедрения более совершенной техники и технологии добычи нефти и газа связано с настоятельной необходимостью обеспечить их эксплуатационную надежность, которая является функцией факторов производственно-технического и эксплуатационного характера. Состав каждой из групп факторов, их влияние на значение характеристик ремонтопригодности определяются назначением и конструктивными особенностями нефтегазопромыслового оборудования, условиями его эксплуатации, технического обслуживания и ремонта.

Цель работы. Моделирование основных показателей надежности глубинно-насосного оборудования в осложненных условиях разработки нефтяных месторождений.

Основные задачи исследований:

• обзор работ в области моделирования показателей надежности нефтепромысловых систем;

• сбор и обработка статистической информации об отказавших скважинах, оборудованных, глубинно-насосными установками, выявление основных причин отказов установок;

• моделирование средней наработки на отказ и вероятности безотказной работы при различных системах проведения ТОР, анализ результатов численного моделирования и оценка применения различных методов исследований;

• моделирование показателей экономической эффективности различных систем проведения ТОР;

• моделирование резервирования отдельных элементов установок ЭЦН и ШСН при ограничении. Резервирование скважин с использованием различных моделей и анализ результатов.

Методы решения задач. При решении поставленных задач использовались методы математической статистики и теории вероятностей, теории надежности и массового обслуживания сложных нефтепромысловых систем. Решение задач осуществлялось на базе фактических промысловых данных по функционированию скважин Тарасовского месторождения. Научная новизна.

1. Системный подход к решению проблемы моделирования показателей надежности глубинно-насосных установок в осложненных условиях .

2. Впервые проведена комплексная оценка показателей надежности и гамма-процентного ресурса глубинно-насосных установок непараметрическим и параметрическими методами, основанными ,на информации о ресурсе, наработке на отказ и определяющем параметре, в осложненных условиях эксплуатации.

3. Выявлено, что наибольшим запасом надежности обладают установки ШСН, которые имеют запас остаточной наработки на отказ, а средняя наработка установок ЭЦН в условиях Тарасовского месторождения меньше нижней доверительной границы.

4. Моделирование технико-экономических показателей эффективности применения систем ТОР при различных подходах к выбору системы технического обслуживания скважин на Тарасовском месторождении.

5. Моделирование резервирования отдельных элементов установок ШСН и ЭЦН с использованием методов, основанных на ограничении показателя средней наработки на отказ, вероятности безотказной работы, максимально допустимого «веса» системы целиком и обеспечивающих требуемые уровни показателей надежности функционирования скважин при различных системах ТОР.

6. Моделирование показателей надежности с использованием схем резервирования скважин с «быстрым» восстановлением и «гибели и размножения».

На защиту выносятся результаты научных исследований по моделированию основных показателей надежности, эффективности и резервирования элементов глубинно-насосных установок в осложненных условиях Западной Сибири.

Достоверность научных результатов. Сформулированные в диссертационной работе положения, выводы и рекомендации обоснованы корректным применением методов математической статистики, теории вероятности и теории надежности на основе обработки большого количества фактического промыслового материала с широким применением ПЭВМ и наличием положительного эффекта от промышленного внедрения.

Практическая ценность работы. Результаты исследования позволяют значительно повысить степень достоверности и надежности анализа, обоснования и прогнозирования эффективности мероприятий ТОР на скважинах, оборудованных насосными установками различных типов.

Разработаны и внедрены стандарты предприятия «Методика моделирования показателей эффективности системы технического обслуживания и ремонта глубинно-насосных установок в часто ремонтируемых наклонно направленных скважинах» (СТП 39-0000000001-00) и «Методика моделирования экономических показателей эффективности технического обслуживания и ремонта глубинно-насосных установок в часто ремонтируемых наклонно направленных скважинах» (СТП 39-0000000-002-00).

Реализация результатов работы. На основе материалов исследований внедрен комплекс мероприятий по управлению ремонтными работами на скважинах с применением системы ТОР для нефтяных промыслов ОАО «Тюменнефтегаз». 9

Экономический эффект от внедрения комплекса мероприятий составляет 3616,4 тыс. руб. в ценах на 01.03.2000 г., дополнительно получено 155 тыс. тонн нефти.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на Всероссийской научно-технической конференции «Научные проблемы Западно-Сибирского нефтегазового региона: гуманитарные, естественные и технические аспекты», г. Тюмень 1999 г.; Второй Всероссийской научно-технической конференции по моделированию технологических процессов бурения, добычи и транспортировки нефти и газа на основе современных информационных технологий, г. Тюмень 2000 г. и на научно-методических семинарах кафедры «Моделирование и управление процессами нефтегазодобычи» ТюмГНГУ, 1999-2001 гг.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 28 печатных работ, в том числе 16 статей, 10 тезисов докладов и 2 стандарта предприятия.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 разделов, основных выводов и рекомендаций, списка использованной литературы, включающего 72 наименований, и приложения. Работа изложена на 202 страницах, в том числе содержит 34 таблицы и 159 рисунков.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. На основании результатов обработки статистических данных о наработке до отказа скважин Тарасовского месторождения ОАО «Пурнефтегаз» построены законы распределения отказов для насосных установок ШСН и ЭЦН и выявлены основные причины их отказов.

2. Произведено моделирование наработки на отказ и вероятности безотказной работы с использованием различных методов расчетов при заданных планах ТОР. Также был оценен остаточный ресурс насосных установок. Проанализированы и сравнены между собой результаты, полученные с использованием непараметрического и параметрических методов оценки, также было произведено сравнение результатов, полученных различными параметрическими методами.

3. Произведена оценка эксплуатационной и экономической эффективности ввода различных планов ТОР при разных подходах к организации профилактических и аварийных ремонтов на скважинах.

4. Выяснено, что на основании сравнения результатов оценок ээфективности введения того или иного плана ТОР по различным методикам предприятие может определить оптимальные подходы к организации обслуживания и ремонта скважин для разных типов насосных установок.

5. В результате исследований проведена оценка потребностей предприятия в резервных элементах оборудования, необходимых для реализации того или иного предлагаемого плана ТОР различными методами, основанными на использовании в качестве определяющего критерия показателя надежности или экономической эффективности. Произведено сравнение результатов, полученных по этим методам.

6. Произведена оценка средних складских запасов, необходимых для обеспечения непрерывного обслуживания установок ШСН и ЭЦН.

197

7. Произведено моделирование и сравнение основных показателей надежности насосных установок при различных схемах резервирования скважин методами «гибели и размножения» и «быстрого» восстановления.

8. Произведена оценка надежности скважин, оборудованных установками ЭЦН, с учетом коэффициента осложненности - комплексной величины, учитывающей с помощью параметров распределения Вейбулла условия эксплуатации установок.

1. Алиев Т.М., Тер-Хачатуров А.А. Автоматический контроль и диагностика скважинных штанговых насосных установок. М.: Недра, 1988.

2. Адонин А.П. Процессы глубинно-насосной нефтедобычи. М.: Недра,1979.

3. Адамов В.Е. Факторный индексный анализ. М.: Статистика, 1977.

4. Афанасьев В.А., Резник А.Н., Черников Л.И. Повышение эффективности эксплуатации насосных скважин // Нефт. хоз-во.- М., 1979.- №10. С.49-51.

5. Бабаев С.Г. Основы теории надежности нефтепромыслового оборудования,- М.: Недра, 1987.

6. Бабаев С.Г. Надежность нефтепромыслового оборудования. М. Недра,1987.

7. Баканов М.И. , Шеремет А.Д. Теория экономического анализа. М.: Финансы и статистика, 1993.

8. Барзилович Е.Ю. Модели технического обслуживания сложных систем. -М. Высшая школа, 1982.

9. Вирновский А.С. Теория и практика глубинно-насосной добычи нефти,-М.: Недра, 1971.

10. Гнеденко Б.В., Беляев Ю.К., Соловьев А.Д. Математические методы в теории надежности. М.: Наука, 1965.

11. Исследование влияния очистки ствола и забоя на коэффициент технической готовности. Ю.В. Пчелинцев, P.P. Кучумов, Д.В. Пяльченков и др. // Модели технического обслуживания и ремонта нефтепромысловых систем Тюмень: Изд-во «Вектор-Бук», 2000 - С. 69-76.

12. Ишмурзин А. А. Решение задач нефтепромысловой механики на ЭВМ: Учеб. пособие,- Уфа: Изд-во УНИ, 1989.

13. Каплан JI.C. Мощность погружного центробежного насоса, работающего на однородных жидкостях и водонефтяных смесях. Машины и нефтяное оборудование, 1980, №4, с. 15-16.

14. Каплан Л.С. и др. Об оценке напряженности работы погружных центробежных насосов в нефтяных скважинах. Нефтепромысловое дело, 1972, №5, с.29-30.

15. Козлов Б.А., Ушаков И.А. Справочник по расчету надежности аппаратуры радиоэлектроники и автоматики. М.: «Советское радио», 1975.

16. Кучумов Р.Я., Сагитова Р.Г. и др. Применение вероятностных методов к решению задач нефтегазодобычи. Уфа, УНИ. 1984.

17. Кучумов Р.Я., Шагиев Р.Г. Применение методов математической статистики и планирование эксперимента при решении задач нефтегазодобычи. Уфа: УНИ, 1979.

18. Кучумов Р.Я., Сагитова Р.Г., Ражетдинов У.З. Методы повышения эксплуатационной надежности нефтепромыслового оборудования. Уфа, Башкнигоиздат, 1981.

19. Кучумов Р.Я., Узбеков Р.Б. Оптимизация процесса глубинно-насосной нефтедобычи в условиях Башкирии. Уфа, Башкнигоиздат, 1984.

20. Кучумов Р.Я., Булгаков P.P. Методика управления надежностью нефтепромыслового оборудования по данным эксплуатации скважин. М.: ВНИИОЭНГ, 1992.

21. Кучумов Р.Я., Кучумов P.P. Математические методы обработки статистической информации на ЭВМ. Тюмень, Изд-во ТюмГНГУ, 1995.

22. Мищенко И. Т. Некоторые вопросы совершенствования механизированных способов добычи нефти. М.: ВНИИОЭНГ, 1978.

23. Мищенко И.Т. Основные факторы, осложняющие процесс добычи нефти // Технология и техника добычи высоковязких нефти,- М.: тр. МИНГ им. И.М. Губкина, 1982.

24. Мищенко И.Т., Бравичева Т.Б. Влияние сероводорода на эксплуатационную надежность глубинно-насосного оборудования // Сер. «Нефтепромысловое дело».- М.:ВНИИОЭНГ, 198б.-№ 12. С. 4-8.

25. Моделирование наработки на отказ глубинных насосов от условий их эксплуатации. Р.Я. Кучумов, Д.В. Пяльченков, В.А. Пяльченков и др. // Моделирование технологических процессов нефтедобычи. Тюмень: Изд-во «Вектор-Бук», 1999 - С. 164-168.

26. Моделирование надежности работы глубинных насосов от условий их эксплуатации. P.P. Кучумов, Д.В. Пяльченков, В.А. Пяльченков // Моделирование технологических процессов нефтедобычи. Тюмень: Изд-во «Вектор-Бук», 1999 - С. 169-171.

27. Моделирование эксплуатационной надежности установок ЭЦН в осложненных условиях. Д.В. Пяльченков, Р.Я. Кучумов, В.А. Пяльченков // Моделирование технологических процессов нефтедобычи. Тюмень: Изд-во «Вектор-Бук», 1999 - С. 172-178.

28. Моделирование надежности системы с быстрым восстановлением. P.P. Кучумов, Г.Е. Сметанин, Д.В. Пяльченков и др. // «Ресурсосбережение в топливно-энергетическом комплексе России»: Тез. междунар. науч.-техн. конф. Тюмень: Запсибгазпром, 1999-С. 54-55.

29. Нейлор Т. Машинные имитационные эксперименты с моделями экономических систем. М.: Мир, 1975.

30. Оценка технико-экономической эффективности проведения ремонтных работ на нефтедобывающих скважинах / Р.К. Мухамметшин, В.П. Горшенина, М.М. Хасанов и др. // Сер. «Нефтепромысловое дело».-1995. -№8-10.-С.78-81.

31. Оценка технико-экономической эффективности проведения ремонтных работ на нефтедобывающих скважинах. Р.К. Мухамметшин, В.П. Горшенина, М.М. Хасанов // Сер. «Нефтепромысловое дело». 1995. - №8-10.

32. Повышение надежности восстанавливаемых нефтепромысловых систем путем резервирования. P.P. Кучумов // Моделирование технологических процессов нефтедобычи. Выпуск второй. Тюмень:Изд-во «Вектор-Бук», 2001 - С. 202-213.

33. Титов В. В. Оптимизация функционирования промышленного предприятия. Новосибирск: Наука, 1987.

34. Уразаков К.Р., Янтурин A.HI. Повышение межремонтного периода работы наклонно-направленных скважин // Тр./БашНИПИнефть.-1988. Вып. 78-С.110-121.

35. Шор Я.Б. Прикладные вопросы теории надежности.-М.: Знание, 1966.

36. Экономико-математические модели в системе управления предприятием/ Под ред. Н. П. Федоренко, И. П. Шубкиной. М.: Наука, 1983.

37. Забиняко Г. И. Процедуры обновления и численная устойчивость метода сопряженных градиентов// Системное моделирование-14. Новосибирск: ВЦ СО АН СССР, 1989. С. 45-60.

38. Деннис Дж., Шнабель Р. Численные методы безусловной оптимизации и решения нелинейных уравнений. М.: Мир, 1988.

39. Муртаф Б. Современное линейное программирование. Теория и практика.- М. : Мир, 1984.

40. Бронштейн И. Н., Семенов К. А. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТУЗов. М.: Наука, 1980.

41. Нефтяная промышленность, приоритеты научно-технического развития.- 1996.

42. Троицкий В.Ф., Адонин А.И. Износ оборудования наклонно направленных скважин. Нефтяник. - 1967. - №5.

43. Саттаров М.М., Полудень И. А. Анализ межремонтного периода эксплуатации скважин. «Нефтяное хозяйство». М.: 1984., №12.

44. Руководство по эксплуатации скважин штанговыми насосами. -Альметьевск: ПО «Татнефть», 1992.

45. Справочник технолога авторемонтного производства. М.: Транспорт,1977.

46. Пчелинцев Ю.В. Нормативная долговечность работы штанг в наклонно направленных скважинах. М.: ОАО «ОВНИИОЭНГ», 1997.

47. Проников А.С. Надежности машин. -М.: Машиностроение, 1978.

48. Янтурин А.Ш. Передовые методы эксплуатации и механика бурильной колонны. Уфа: Башкнигоиздат, 1988.

49. Исследование влияния параметров профиля наклонно-направленных скважин на показатели надежности внутрискважинного оборудования: Отчет о НИР -СургутНИПИнефть, 1990.