Розроблення методу і системи контролю технічного стану насосних агрегатів систем підтримання пластових тисків на нафтових родовищах

Abstract

В роботі вирішено актуальну науково-технічну задачу розробки методу та засобів контролю технічного стану відцентрових насосних агрегатів (ВНА) системи підтримання пластового тиску для підвищення надійності їх експлуатації та забезпечення більш повного використання ресурсу. Для вирішення поставленої задачі були розглянуті особливості роботи насосних агрегатів у системі підтримання пластового тиску та причини і фактори, що зумовлюють виникнення їх дефектів та відмов, проведено аналіз відцентрового насосного агрегату як об’єкта вібродіагностики, який дав змогу визначити та надалі підтвердити експериментально наявність вказаних вище можливих джерел вібрації ВНА, та розроблено його діагностичну модель. Наведено аналіз результатів експериментальних досліджень зв’язку зміни вібрації робочих органів ВНА зі зміною їх технічного стану, визначено діагностичну ознаку - суму добутків значень амплітуди віброшвидкості експериментально визначених найбільш інформативних частотних складових на відповідні вагові коефіцієнти та розроблено на їх основі новий метод контролю. Розроблено методичне, технічне і програмне забезпечення для реалізації запропонованого методу контролю стану ВНА.

В работе решена актуальная научно-техническая задача разработки метода и средств контроля технического состояния центробежных насосных агрегатов (ЦНА) системы поддержания пластового давления для повышения надежности их эксплуатации и обеспечения более полного использования ресурса. Решение этой проблемы является важным, поскольку дает возможность перейти от системы планово-предупредительных ремонтов ЦНА к ремонту по фактической технической необходимости и, соответственно, уменьшает затраты на их обслуживание. Для решения поставленной задачи были рассмотрены особенности работы насосных агрегатов в системе поддержания пластового давления, причины и факторы, которые обуславливают возникновение в них дефектов и отказов. Проведенный анализ исследований современных методов диагностирования ЦНА в процессе эксплуатации и их внедрения показал что в данное время отсутствуют специально разработанные методы диагностики для ЦНА, которые применяются в системах ППД. Перспективным является использование методов вибрационной диагностики, ориентированных на использование диагностической информации, которая содержится в колебательных процессах узлов ЦНА. На основании проведенного анализа современного состояния проблемы сформулированы цели и задание диссертационной работы. С целью разработки нового метода контроля состояния ЦНА был проведен анализ центробежного насосного агрегата как объекта вибродиагностики, который дал возможность определить и в дальнейшем подтвердить экспериментально наличие указанных выше возможных источников вибрации в ЦНА, и разработана диагностическая модель ЦНА использование которой дало возможность определить логическую последовательность развития в нем дефектов. Рассмотрена проблема определения передаточной функции ЦНА типа ЦНС-180-1900 с целью оценки изменения его КПД в процессе работы, а также вопроса оценки наличия начальных стадий развития дефектов рабочих колес и уплотнений насоса, по спектральным характеристикам его вибросигналов, предложено использовать для подробного анализа современные частотно-временные преобразования, в частности ЧВП Вигнера-Вилля. Было построено пространственные картины распределения Вигнера-Вилля энергии вибросигнала, записанного в момент пуска ЦНА типа ЦНС-180-1900, и доказана возможность их использования для поиска дефектов рабочих колес и уплотнений на начальных стадиях их развития. Также было разработано методическое, техническое и программное обеспечение метода контроля состояния ЦНА позволяющее оперативно провести комплекс экспериментов с целью определения закономерностей изменения составляющих частотного спектра вибрационных процессов при возникновении и развитии дефектов ЦНА. Приведен анализ результатов экспериментальных исследований связи изменения вибрации рабочих органов ЦНА со сменой их технического состояния. Доказано что не существует связи между изменением уровня любой одной гармонической составляющей частотного спектра виброскорости и техническим состоянием ЦНА, поэтому определено несколько основных информативных гармоник и показано что в процессе контроля технического состояния ЦНА необходимо учитывать тенденцию изменения их всех одновременно. Определен диагностический признак, и разработан на его основе метод контроля. Было принято решение в качестве диагностического признака использовать сумму произведений значений амплитуды виброскорости наиболее информативных частотных составляющих на соответствующие весовые коэффициенты. Также была спроектирована система контроля технического состояния ЦНА по показателям вибрации.

The significant scientific and technical problem devoted to development of method and system for controlling the technical state of centrifugal pump aggregates (CPA) used in the systems of stratum pressure support with the aim to increase the reliability of its exploitation. The main features of CPA, reasons and factors which predetermine the causes of their defects and refusals were reviewed. The analysis of modern diagnostical methods current state related to CPA was performed. On the basis of the performed analysis of the problem current state, a purpose and tasks of thesis were formulated. The analysis of centrifugal pump aggregate as the object of vibrodiagnostics was performed, which allow us to define and to confirm experimentally the number of the possible vibration sources and to develop it’s diagnostical model. The analysis of experimental researches of the CPA operating parts vibration influence with its technical state changing was performed, the diagnostical value was defined, and developed a new control method, based on it. As a diagnostic value the sum of the products of most informing frequency components of vibrovelocity amplitude values on the experimentally certain on the proper weighting coefficients was used. Also developed the methodical instructions, hardware and software for the new method of CPA technical state control imlementation.