WWW.LIB.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Электронные материалы
 

«ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ИНФОРМАЦИОННОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ДИНАМОМЕТРИРОВАНИЯ ШТАНГОВЫХ ГЛУБИННЫХ НАСОСОВ ...»

На правах рукописи

ХАКИМЬЯНОВ Марат Ильгизович

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ИНФОРМАЦИОННОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ДИНАМОМЕТРИРОВАНИЯ

ШТАНГОВЫХ ГЛУБИННЫХ НАСОСОВ

Специальность 05.11.16 –

Информационно-измерительные и управляющие системы

(в промышленности)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

УФА 2003

Работа выполнена в Уфимском государственном нефтяном техническом университете

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Емец Сергей Викторович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Миловзоров Георгий Владимирович кандидат технических наук, доцент Мукаев Роберт Юнусович Ведущее предприятие: Институт СургутНИПИнефть ОАО Сургутнефтегаз

Защита состоится «___» ___________ 2003 г. в _______ часов на заседании диссертационного совета Д-212.288.02 Уфимского государственного авиационного технического университета по адресу: 450000, г. Уфа, ул. К. Маркса, 12.

С диссертационной работой можно ознакомиться в библиотеке УГАТУ

Автореферат разослан «___» ___________ 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д-212.288.02 д.т.н., профессор Г.Н. Утляков



ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность Среди факторов повышения эффективности добычи нефти обычно отмечают: совершенствование технологии буровых работ, применение рациональных систем разработки месторождения, широкое внедрение современных методов увеличения нефтеотдачи пластов, применение прогрессивных технологических процессов, а также увеличение межремонтного периода работы скважин.

Решение этих задач, в свою очередь, требует совершенствования методов оптимального управления работой эксплуатационных скважин и последующей реализации этих методов в ИИС контроля и управления объектами нефтепромыслов.

Особая актуальность разработки ИИС контроля и управления именно установками штанговых глубинных насосов (ШГН) объясняется тем обстоятельством, что большая часть фонда скважин в Российской федерации и ближнем зарубежье (до 85%) эксплуатируется установками ШГН.

На большинстве нефтепромыслов нашей страны работа скважин, оборудованных установками ШГН, контролируется с помощью переносных и стационарных динамографов самых различных конструкций. Измерительные преобразователи этих динамографов различаются по принципу действия, по местам установки на станок-качалку и, следовательно, обладают различными метрологическими характеристиками и даже типами получаемых динамограмм:

абсолютными и относительными.

В то же время включение всех скважин нефтепромысла в единую ИИС позволяет автоматизировать процесс динамометрирования скважин и, соответственно, диагностировать состояние насосного оборудования в реальном масштабе времени.

Наряду с функциями контроля, ИИС динамометрирования ШГН позволяют найти и обеспечить наиболее эффективный режим эксплуатации скважины. При эксплуатации скважин ШГН максимально возможный дебит скважины обеспечивается определенным сочетанием параметров эксплуатации глубиннонасосного оборудования и геолого-технических характеристик скважины.

Таким образом, создание измерительных преобразователей и программно-математического обеспечения ИИС динамометрирования ШГН для непрерывного контроля за работой насосных скважин является важной и актуальной задачей и невозможно без разработки новых первичных измерительных преобразователей и алгоритмов программного обеспечения.

Целью настоящей работы является создание современных измерительных преобразователей (ИП) и элементов программно-математического обеспечения ИИС динамометрирования ШГН с функциями автоматического диагностирования насосного оборудования и расчета производительности скважин, а также исследование метрологических и эксплуатационных характеристик разработанной ИИС.

Для достижения цели поставлены и решены следующие задачи:

1. Проанализированы способы и средства определения усилия в точке подвеса штанг установки ШГН, предложены конструктивные решения, обеспечивающие инвариантность выходного сигнала датчика усилия к перекосам приложения нагрузки и к температуре окружающей среды.

2. Предложены специальные алгоритмы преобразования, обеспечивающие помехоустойчивость датчиков усилия вблизи мощных потребителей электроэнергии и при изменяющихся условиях окружающей среды.

3. Исследованы искажения форм динамограмм при различных методах определения параметров движения штока и сформулированы требования к метрологическим характеристикам ИП параметров движения штока ШГН.

4. Произведен анализ распределения относительной деформации по поверхностям чувствительных элементов ИП при различных условиях приложения нагрузки.

5. Проведены теоретические и экспериментальные исследования погрешностей ИП усилия и предложены методы их уменьшения. Проведены испытания и осуществлено практическое внедрение ИИС динамометрирования ШГН на ряде нефтегазодобывающих предприятий.

Методы исследований Поставленные в работе задачи решены с использованием классической теории электрических цепей, теории погрешностей и помехоустойчивости, методов статистической обработки результатов измерений. Расчеты деформации упругих элементов производились методом конечных элементов. Проверка эффективности решения поставленных задач осуществлялась на реальных промысловых данных.

На защиту выносятся следующие результаты:

1. ИП усилия междутраверсной установки стационарной ИИС динамометрирования ШГН.

2. Специальные алгоритмы преобразования, реализующие знакопеременные весовые функции (ВФ) и цифровое интегрирование выборок сигнала, что обеспечивает помехоустойчивость датчиков усилия в условиях работы вблизи мощных потребителей электроэнергии и изменяющихся условий окружающей среды.

3. Результаты анализа отличия реального хода штока от гармонического закона и его влияния на диагностику насосного оборудования и определение производительности скважин по динамограммам, обоснование пределов допустимых погрешностей датчиков линейных перемещений штока и датчиков угла наклона балансира для корректного анализа динамограмм.

4. Результаты расчетов распределения относительной деформации по поверхностям чувствительных элементов ИП при различных условиях приложения нагрузки.

5. Результаты испытаний и практического внедрения ИИС динамометрирования ШГН на нефтегазодобывающих предприятиях.

Научная новизна результатов работы заключается в следующем:

1. Новизна предложенных конструкции чувствительного элемента, схемы включения тензорезисторов и измерительной цепи датчика усилия междутраверсной установки основана на том, что заложенные в них конструктивные и схемотехнические решения обеспечивают суммирование нагрузки всех упругих элементов и позволяют на уровне ИП устранить паразитную чувствительность датчика к перекосам приложения нагрузки и влияние на результат измерения температуры окружающей среды.

2. Новизна примененных в ИП усилия специальных алгоритмов преобразования заключается в реализации знакопеременных ВФ и цифрового интегрирования выборок сигнала, что обеспечивает помехоустойчивость датчиков усилия в условиях работы вблизи мощных потребителей электроэнергии и изменяющихся условий окружающей среды.

3. Определена взаимосвязь способов определения параметров движения штока ШГН и форм полученных динамограмм, позволяющая корректно осуществлять анализ динамограмм и диагностику насосного оборудования.

4. Исследовано распределение относительной деформации по поверхностям чувствительных элементов ИП в зависимости от характера приложения нагрузки, что сделало возможным минимизировать влияние неплоскостности и шероховатости поверхностей траверс на результаты измерения.

5. Исследованы дополнительные погрешности разработанного ИП усилия и предложены методы их компенсации, позволяющие добиться временной и температурной стабильности результатов измерения нагрузки.





Практическая ценность и внедрение результатов работы Разработана и внедрена на ряде предприятий нефтегазодобывающего комплекса ИИС динамометрирования ШГН, позволяющая получать информацию о работе скважин, эксплуатируемых глубиннонасосными установками, в частности, диагностировать состояние насосного оборудования и рассчитывать дебит.

Разработанная при непосредственном участии автора ИИС динамометрирования ШГН ДДС-04 внедрена и активно используется для контроля за работой установок ШГН на ряде предприятий ОАО «Татнефть»: ОЭ НГДУ «Татнефтебитум», Управление «Татнефтеснаб», НГДУ «Елховнефть». Разработанные в соответствии с договором между ОАО «Татнефть» и УГНТУ элементы программного обеспечения внедрены в системах автоматики и управления штанговым глубинно-насосным оборудованием ОАО «Татнефть».

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на семи конференциях:

- международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы Волго-уральской нефтегазоносной провинции», посвященная 45-летию Октябрьского филиала УГНТУ (Уфа, УГНТУ, 2001);

- XIII научно-техническая конференция с участием зарубежных специалистов «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления» (Москва, МГИЭМ, 2001);

- III конгресс нефтегазопромышленников России «Проблемы нефти и газа»/ Секция автоматизации производственных процессов (Уфа, УГНТУ, 2001);

- республиканская научно-практическая конференция молодых ученых (Уфа, УТИС, 2002);

- международная научно-техническая конференция «Датчики и системы»

(Санкт-Петербург, СПбГПУ, 2002);

- XIV научно-техническая конференция с участием зарубежных специалистов «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления» (Москва, МГИЭМ, 2002).

- международная научно-техническая конференция «Методы и средства измерения в системах контроля и управления», посвященная памяти заслуженного деятеля науки и техники, д.т.н., профессора Е.П. Осадчего (Пенза, 2002).

Публикации По результатам научных исследований опубликовано 13 печатных работ, из которых 3 статьи, 8 тезисов докладов, одно свидетельство о регистрации программного продукта, получено положительное решение о выдаче патента на изобретение.

Структура и объем диссертации Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 104 наименования и 4-х приложений. Общий объем работы составляет 191 страница, 99 рисунков и 7 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулированы цель и задачи, дана общая характеристика выполненной работы.

В первой главе проводится анализ роли ИИС управления и диагностики ШГН в работе нефтегазодобывающих предприятий. Анализируются функции, выполняемые ИИС по сбору информации со скважинных объектов и по телеуправлению локальными объектами с помощью исполнительных механизмов.

Рассмотрены функциональные возможности некоторых зарубежных (“Shell”, “Mobil oil Co”) и отечественных (СТК РНК-ЛЭП, «СКАТ», «Шатл», «Мега») стационарных ИИС обслуживания нефтяных промыслов. Показано, что развитие систем автоматизации объектов нефтедобычи в настоящее время сдерживается главным образом характеристиками датчиков.

Рассматривается установка ШГН как объект автоматизации. Показано, что установка ШГН должна быть оснащена целым рядом информационных датчиков, датчиков защиты, блоком технологических защит, контроллером и телеметрическим каналом связи с диспетчерским пунктом.

Сравнивается эффективность основных методов контроля и диагностики состояния ШГН - ваттметрирования и динамометрирования, сделан вывод о преимуществе метода динамометрирования.

Анализируются функциональные возможности известных переносных и стационарных систем динамометрирования ШГН. В ходе анализа выявлена острая потребность нефтегазодобывающей промышленности в оснащении скважин современными доступными по стоимости стационарными ИИС динамометрирования ШГН.

Во второй главе произведен анализ известных измерительных преобразователей усилия ИИС динамометрирования ШГН, приведено описание разработанного датчика усилия междутраверсной установки.

Показано, что из всех мест установки датчиков усилия на станок-качалку нормального ряда (СКН): непосредственно на штоке, на штоке между траверсами, между верхней траверсой и ограничителем и на балансире – для стационарных систем наиболее оптимальной является установка датчика на штоке между траверсами. В этом случае вес штанг приложен непосредственно к чувствительному элементу, исключается наличие промежуточных преобразователей и обеспечивается тем самым максимальная чувствительность. Несомненным достоинством таких ИП является то, что их градуировку в абсолютных единицах усилия можно производить в лаборатории. Благодаря этому появляются такие важные эксплуатационные свойства как взаимозаменяемость и простота поверки.

Среди датчиков усилия междутраверсной установки наибольшее распространение получили две конструкции: это ИП динамографа АКД и П-образная конструкция, образованная двумя связанными перемычкой упругими элементами.

ИП усилия переносного динамографа АКД-03 был разработан на основе силоизмерительного устройства известного гидравлического динамографа ГДМ-3. Недостатком такой конструкции можно считать недостаточную устойчивость, и, как следствие, высокую чувствительность датчика к перекосам установки.

ИП П-образной конструкции получил широкое распространение благодаря конструктивной простоте. Однако данная конструкция обладает целым рядом недостатков, главный из которых – это невозможность обеспечения максимальной допустимой деформации чувствительного элемента в зоне расположения тензодатчиков из-за необходимости получения достаточного запаса прочности и жесткости конструкции. Кроме того, распределение полей относительной деформации по поверхности такого упругого элемента сильно зависит от точек приложения и направления нагрузки к силовоспринимающей площадке, что делает датчик чувствительным к перекосам установки.

В связи с этим, в настоящей работе предложена конструкция тензорезистивного ИП усилия междутраверсной установки (рисунок 1). В корпусе датчика на окружности под углом 120 расположены три упругих элемента в виде цилиндрических стержней со сферическими торцами, причем центр окружности совпадает с осью полированного штока.

Такое расположение упругих элементов в направляющих колодцах корпуса позволяет обеспечить самоустановку датчика усилия между плоскостями траверс и получить неизменность суммарной нагрузки по всем трем чувствительным элементам при отклонении оси штока от центра окружности расположения направляющих колодцев.

Каждый из упругих элементов имеет форму цилиндра со сферическими торцами (рисунок 2), что обеспечивает локализацию точек приложения нагрузки и получение зоны с равномерным распределением деформации для расположения тензорезисторов.

На каждом из трех упругих элементов размещаются два нагрузочных и два компенсационных тензорезистора как показано на рисунке 2. Всего ИП имеет 12 тензорезисторов, которые определенным образом включены в мостовую схему. В работе предложена схема включения, изображенная на рисунке 3.

Рисунок 1 – Конструкция тензорезисторного датчика усилия: 1 – корпус;

2 – упругие элементы; 3 – скоба крепления; 4 – полированный шток Рисунок 2 – Упругий элемент с наклеенными тензорезисторами Такое включение тензорезисторов позволяет обеспечить максимальную чувствительность датчика и скомпенсировать влияние на результат измерения температурной зависимости тензорезисторов.

Учитывая особенности эксплуатации ИП усилия можно сформулировать требования к измерительной цепи датчика усилия, которая должна обеспечивать компенсацию: во-первых, постоянных и низкочастотных помех, к которым можно отнести напряжения смещения ОУ, нестабильность источника питания;

во-вторых, помехи с частотой питающей сети 50 Гц, наличие которых обусловлено непосредственной близостью мощных потребителей электроэнергии, и, втретьих, случайных помех.

Рисунок 3 – Схема соединения тензорезисторов

Получить высокую степень защищенности от сетевой помехи при малом времени измерения можно путем реализации специальных весовых функций.

На практике нашли широкое применение весовые функции с отличающимися только по знаку весовыми коэффициентами (+1, -1) и (+1, -1, -1, +1), так как другие весовые функции реализуются значительно сложнее.

АЧХ для весовых функций (+1, –1) и (+1, –1, –1, +1) соответственно определяются выражениями:

–  –  –

где – угловая частота сигнала, = 2··f, с-1;

T – интервал дискретизации, с.

Формулы (1) и (2) реализуют ВФ, оперирующие мгновенными выборками сигнала, или так называемые решетчатые ВФ. Данные ВФ обеспечивают существенное ослабление помех только на конкретных частотах, в то же время такие ВФ остаются уязвимы для случайных импульсных помех, действующих в средней части периода дискретизации (·T/2 = ·n/2, где n=1, 3, 5… для весовой функции (+1, -1) и ·T/2 = ·n/4, где n=1, 3, 5… для весовой функции (+1, -1, -1, +1)). Вместе с тем, ослабить их влияние можно используя интегрирующее звено и оперируя не дискретными выборками входного сигнала, а его интегральными значениями за время TИ.

Такой переход от решетчатых весовых функций к ступенчатым сопровождается появлением в выражениях для АЧХ (1) и (2) дополнительного сомножителя:

–  –  –

АЧХ интегрирующего звена имеет нули передачи в точках ·T/2 = ·n, где n=1, 2, 3…, а амплитуды ее боковых лепестков убывают с ростом частоты по закону 1/. Поэтому с учетом (3) результирующие АЧХ будут в значительной мере зависеть от соотношения времени интегрирования TИ и периода дискретизации T.

Экспериментально установлено, что в рассматриваемой измерительной цепи с тензорезистивным мостом после переключения полярности питания в результате переходного процесса напряжение на измерительной диагонали моста можно считать установившемся через время 0,5 мс, поэтому при неизменном интервале дискретизации 1,0 мс длительность интегрирования TИ = 0,5 мс.

АЧХ ступенчатой весовой функции (+1, –1) для этого случая изображена на рисунке 4:

Рисунок 4 – АЧХ ступенчатой весовой функции (+1, –1) при TИ =0,5 мс, T=1 мс:

1 – АЧХ интегрирующего звена; 2 – результирующая АЧХ.

Структурную схему измерительного канала, реализующего данные алгоритмы измерений, можно представить как показано на рисунке 5.

Нужно отметить, что в измерительной цепи устройства используется питание тензорезистивного моста именно напряжением, а не током, так как электронная плата располагается в непосредственной близости от тензодатчиков и влияние сопротивления проводов линии связи минимально. В измерительной цепи реализуется специальная весовая функция со знакопеременными коэффициентами, что обеспечивает подавление постоянных и низкочастотных помех (ослабление помех с частотами ниже 2,5 Гц происходит на уровне не менее 42 дБ, а ослабление сетевой помехи с частотой 50 Гц происходит на уровне 16 дБ при быстродействии 100 измерений в секунду). Вместо аппаратного интегрирования программой микроконтроллера производится цифровая обработка сигнала, которая значительно эффективнее при подавлении случайных выбросов и высокочастотных помех.

–  –  –

МК Рисунок 5 – Структурная схема измерительной цепи ДУ: ИПит – источник питания; М – модулятор; ТМ – тензомост; ДУ – дифференциальный усилитель;

ДМ - демодулятор; МК – микроконтроллер В третьей главе проведен сравнительный анализ конструкций, метрологических и эксплуатационных характеристик известных ИП параметров движения штока: датчиков положения и перемещения. Среди датчиков положения анализировались контактные (концевые выключатели) и бесконтактные (элементы Холла, герконы) устройства, а также датчики линейных и угловых перемещений (механические и акселерометры).

Выработаны требования к ИП параметров движения штока как к элементам ИИС, для чего потребовалось оценить искажения форм динамограмм в результате влияния следующих факторов:

1) отличие реального хода штока от гармонического закона;

2) искажения, обусловленные ошибкой определения мертвых точек.

Анализ кинематики наиболее распространенных в нашей стране типов СКН показал, что погрешность, вызванная отклонением хода штока от гармонического закона может достигать 5-12% от длины хода, причем она приходится на моменты, когда шток находится в среднем положении при ходе вверх и вниз, а в крайних положениях реальный ход штока практически совпадает с гармоническим (рисунок 6). Расхождения реального хода штока с гармоническим законом на диагностирование состояния насосного оборудования не повлияют, тогда как при расчетах дебита скважины их необходимо учитывать.

Проведенный анализ показал, для исключения ошибок при диагностике насосного оборудования из-за искажения форм динамограмм погрешность определения мертвых точек не должна превышать 0,5…1,0%. Для концевых выключателей, срабатывающих непосредственно в крайних положениях штока, установка должна обеспечивать допускаемую погрешность определения мертвых точек положения штока не более 0,5…1,0% или ±1…2 см при длине хода штока 2,0 м. Для угловых датчиков для обеспечения ошибки определения линейного перемещения штока не более 0,5% требуется измерять угол наклона балансира с погрешностью не более 0,2…0,3.

В работе исследовалась возможность применения в системах динамометрирования пьезоэлектрических акселерометров, ультразвуковых датчиков для измерения линейных расстояний, а также датчиков угловых перемещений:

сельсинов и синус-косинусных вращающихся трансформаторов, индуктивных и работающих на основе эффекта Холла датчиков угловых перемещений.

Рисунок 6 – Законы перемещения полированного штока СКН3-1515:

1 – гармонический; 2 – реальный

В результате практических испытаний с акселерометрами было установлено, что для построения датчиков перемещения полированного штока на основе имеющихся на сегодняшний день пьезоэлементов требуется:

1) использование крупногабаритных пьезоэлементов с большой собственной емкостью, что не позволяет разместить их в корпусе датчика усилия междутраверсной установки;

2) применение в измерительных цепях сложной электроники, что значительно повысит себестоимость таких датчиков.

Эксперименты с ультразвуковыми датчиками показали, что доступные на сегодняшний день ультразвуковые излучатели и приемники не позволяют создать ИП параметров движения полированного штока ШГН с необходимыми метрологическими и эксплуатационными характеристиками.

Сделан вывод, что в настоящее время в стационарных системах динамометрирования ШГН целесообразно использование бесконтактных датчиков положения, устанавливаемых на кривошипе СКН. Так, для обеспечения погрешности определения линейного перемещения штока не хуже 0,5% установленные на кривошипе СКН датчики положения должны обеспечивать зону срабатывания в пределах 50…70 мм, что не предъявляет очень высоких требований к точности их установки.

В четвертой главе описана реализация ИИС динамометрирования ШГН.

Приведены структурные и принципиальные схемы датчиков усилия с различными выходными сигналами: ШИМ-сигналом, с токовым выходом 4-20 мА и цифровым выходом формата интерфейса RS-485. Также приведена принципиальная схема датчика усилия с цифровыми потенциометрами, управляемыми микроконтроллером.

Конструктивно стационарная ИИС динамометрирования ШГН в любом исполнении включает в себя ИП усилия и положения, а также пакет программного обеспечения (ПО) для сбора, систематизации и анализа данных исследования. В зависимости от особенностей конкретного объекта ИИС может комплектоваться переносными модулями сбора информации МСИ-07, блоками питания с искрозащитными барьерами, клеммными коробками, радиомодемами для связи с диспетчерским пунктом.

Модуль сбора информации МСИ-07 предназначен для считывания данных из преобразователя усилия в цифровом коде в собственную энергонезависимую память, предварительного просмотра этих данных на графическом дисплее и последующей перезаписи их в ЭВМ. МСИ-07 позволяет производить регистрацию динамограмм, значений нагрузки в статических режимах, а также хранить в памяти некоторые параметры исследуемой скважины: дату и время создания записи, номер скважины и куста, длину хода штока.

Рассмотрена программная реализация алгоритмов работы датчиков усилия.

Разработано программное обеспечение ИИС динамометрирования ШГН верхнего уровня, проанализированы его возможности по созданию баз данных исследований скважин, а также по машинному диагностированию насосного оборудования и определению дебита скважин по динамограммам.

В программном обеспечении системы «ДДС-04» предусмотрены два канала ввода информации с первичных измерительных преобразователей усилия и перемещения: с промежуточного переносного модуля сбора информации и через специальный контроллер с включенных в систему телемеханики первичных измерительных преобразователей.

Программное обеспечение позволяет создавать в памяти ЭВМ несколько баз данных, которые могут классифицироваться по географическому расположению месторождений, периодам проведения исследований и по другим признакам. Каждая база данных поделена на отдельные скважины, содержащие замеры, отсортированные по датам. Дополнительно вводятся номер куста и фамилия оператора, производившего замер.

Каждая запись в базе данных позволяет хранить следующую информацию: устьевую (поверхностную) динамограмму, плунжерную (глубинную) динамограмму, записанный при остановленном электроприводе установки ШГН график утечек, а также развернутую во времени устьевую динамограмму для возможности коррекции местоположения нижней и верхней мертвых точек.

Процесс автоматического диагностирования насосного оборудования заключается в сравнении динамограммы с библиотекой образов характерных режимов работы. Экран программы с результатами автоматической диагностики работы насосного оборудования показан на рисунке 7.

Стационарная система динамометрирования позволит иметь на диспетчерском пункте информацию о производительности насосной установки в каждый момент времени, и соответственно, получать наиболее точные цифры за расчетный период времени (сутки, месяц, год).

Рисунок 7 – Экран программы с результатами автоматической диагностики работы насосного оборудования В пятой главе приводятся результаты экспериментальных испытаний разработанной ИИС динамометрирования ШГН.

Экспериментальные испытания датчиков усилия ДДС-04 в климатической камере подтвердили наличие температурного дрейфа, обусловленного конструкцией чувствительных элементов (рисунок 8), для компенсации которого предлагается использовать математическую обработку результатов измерения.

В работе произведен расчет распределения относительной деформации по поверхностям упругих элементов при помощи программы MSC/NASTRAN for Windows 4.0 методом конечных элементов. Этот анализ показал, что предложенная в работе конструкция силовоспринимающего элемента обеспечивает значительно большую независимость результатов измерений от перекосов и смещений приложения нагрузки, чем известная П-образная конструкция.

F, *100 Н

–  –  –

Следует отметить, что полученные с помощью разработанной ИИС динамометрирования ШГН практические динамограммы анализировались ПО верхнего уровня. Результаты программного анализа динамограмм по диагностированию насосного оборудования и определению дебита скважин в большинстве случаев совпали с мнением специалистов-технологов. Так, на рисунке 9 представлена полученная с помощью данной ИИС практическая динамограмма с результатами программного анализа: диагностикой и рассчитанным по различным методикам дебитом скважины.

Рисунок 9 – Динамограмма скважины № 1534, высокая посадка плунжера

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

На основании проведенных в диссертационной работе исследований получены следующие основные результаты и выводы:

1. Проведен обзор метрологических и эксплуатационных характеристик применяющихся в нефтегазодобывающей промышленности ИИС динамометрирования и контроля ШГН, на основании чего сформулированы требования к современной ИИС.

2. Разработаны конструкция ИП усилия, схема измерительной цепи и алгоритм работы микроконтроллера, управляющего процессом измерения, обеспечивающие инвариантность датчика к смещениям точек приложения и направлений нагрузки, а также высокую степень подавления низкочастотных, сетевых и случайных помех при высокой скорости измерений. Ослабление сетевой помехи с частотой 50 Гц происходит на уровне 16 дБ, а помех с частотами ниже 2,5 Гц на уровне не менее 42 дБ при быстродействии на уровне 100 измерений в секунду. На конструктивные и схемотехнические решения ИП получено решение о выдаче патента на изобретение, на программу микроконтроллера получено свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2003610081.

3. Рассчитаны пределы допустимых погрешностей ИП линейных и угловых перемещений для определения параметров движения штока ШГН, устанавливаемых в различных местах СКН. Установлено, что допустимая погрешность ИП линейных перемещений штока не должна превышать 0,5-1,0%, абсолютная погрешность ИП угла наклона балансира – 0,2.

4. Установлено и обосновано, что в настоящее время наиболее целесообразно применение для определения параметров движения штока датчиков положения, устанавливаемых на валу кривошипа СКН, которые обеспечивают необходимую точность фиксации моментов прохождения штоком мертвых точек, обладают высокой надежностью и долговечностью. Так, для обеспечения погрешности определения линейного перемещения штока не хуже 0,5% установленные на кривошипе СКН датчики положения должны обеспечивать зону срабатывания в пределах 50…70 мм, что не предъявляет очень высоких требований к точности их установки.

5. Разработанная при непосредственном участии автора ИИС динамометрирования ШГН ДДС-04 внедрена и активно используется для контроля за работой установок ШГН на ряде предприятий ОАО «Татнефть»: ОЭ НГДУ «Татнефтебитум», Управление «Татнефтеснаб», НГДУ «Елховнефть». Разработанные в соответствии с договором между ОАО «Татнефть» и УГНТУ элементы программного обеспечения внедрены в системах автоматики и управления штанговым глубинно-насосным оборудованием ОАО «Татнефть».

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Ковшов В.Д., Емец С.В., Ганцев А.О., Хакимьянов М.И. Анализ датчиков усилия в механизированных установках добычи нефти // Прогрессивные технологии в добыче нефти: Сб. науч. тр.- Уфа: УГНТУ, 2000.- С. 102-105.

2. Хакимьянов М.И. Обзор датчиков, применяемых для динамометрирования штанговых насосных установок // Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления: Сборник материалов XIII Научно-технической конференции с участием зарубежных специалистов. Под редакцией профессора В.Н. Азарова.- М.: МГИЭМ, 2001.- С. 84-85.

3. Хакимьянов М.И. Определение параметров движения штока в штанговых глубиннонасосных установках // Проблемы нефти и газа: Материалы III конгресса нефтегазопромышленников России / Секция автоматизации производственных процессов.- Уфа: УГНТУ, 2001.- С. 51-53.

4. Хакимьянов М.И., Ковшов В.Д., Емец С.В. Система динамометрирования стационарная ДДС-04 // Проблемы нефти и газа: Материалы III конгресса нефтегазопромышленников России / Секция автоматизации производственных процессов.- Уфа: УГНТУ, 2001.- С. 54-56.

5. Хакимьянов М.И., Ковшов В.Д., Емец С.В. Пьезоэлектрический преобразователь параметров движения для штанговых глубиннонасосных установок // Проблемы нефти и газа: Материалы III конгресса нефтегазопромышленников России / Секция автоматизации производственных процессов.- Уфа:

УГНТУ, 2001.- С. 105.

6. Хакимьянов М.И., Ковшов В.Д. Современное состояние и перспективы развития средств динамометрирования штанговых глубиннонасосных установок // НЕФТЬ и ГАЗ – 2001: проблемы добычи, транспорта и переработки:

Межвузовский сборник научных трудов.- Уфа: УГНТУ, 2001.- С. 296-304.

7. Хакимьянов М.И. Методы определения положения полированного штока на длинноходовых установках ШГН: Сборник материалов Республиканской научно-практической конференции молодых ученых.- Уфа: УТИС, 2002.С. 180-181.

8. Хакимьянов М.И., Ковшов В.Д., Емец С.В. Стационарный датчик усилия для динамометрирования штанговых глубиннонасосных установок (ШГН) // Датчики и системы: Сборник докладов международной конференции. Том I.СПб.: СПбГПУ, 2002.- С. 253-257.

9. Хакимьянов М.И., Ковшов В.Д. Анализ искажений форм динамограмм при различных методах определения положения штока ШГН // Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления: Сборник материалов XIV Научно-технической конференции с участием зарубежных специалистов. Под редакцией профессора В.Н. Азарова. М.: МГИЭМ, 2002.- С.

130-131.

10. Хакимьянов М.И., Ковшов В.Д., Штанев С.Л. Анализ упругих элементов датчиков усилия систем динамометрирования ШГН // Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления: Сборник материалов XIV Научно-технической конференции с участием зарубежных специалистов. Под редакцией профессора В.Н. Азарова.- М.: МГИЭМ, 2002.- С.

132-133.

11. Хакимьянов М.И., Штанев С.Л. Оценка погрешности датчика усилия ДДС-04 при смещении направления и точки приложения нагрузки // Методы и средства измерения в системах контроля и управления: Труды международной научно-технической конференции (Россия, Пенза, 9-10 сентября 2002 г.) / Под редакцией М.А. Щербакова.- Пенза: ПГУ, 2002.- С. 165-167.

12. Решение о выдаче патента на изобретение. Датчик усилия для динамометрирования скважинных штанговых насосов/ Ковшов В.Д., Емец С.В., Хакимьянов М.И., Павлов О.Б.- М.: РОСПАТЕНТ, 21.08.2002.

13. Ковшов В.Д., Павлов О.Б., Хакимьянов М.И. Программа микроконтроллера тензорезисторного датчика усилия // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. Рег.№ 2003610081 от 04.01.2003.

Похожие работы:

«Восстановление трехмерных сцен с помощью методов факторизации: принцип работы и оценка погрешностей. Н.В. Свешникова*, Д.В. Юрин**. * Московский физико-технический институт ** ФГУП НПП ОПТЭКС sveshnikova_n@list.ru, yurin_d@inbox.ru Аннотация К настоящему времени разр...»

«Документация по Оценке воздействия на окружающую среду, разработанная Nord Stream, для проведения консультаций в рамках Конвенции Эспо Отчет Эспо по Проекту Nord Stream Февраль 2009 Том I: Сводная Документация Russian version RUS RUS НETEXН...»

«А.В.УЛЫБИН канд. тех. наук, доцент С.Д.ФЕДОТОВ инженер (Санкт-Петербургский государственный политехнический университет) ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ АРМАТУРЫ ПРИ ОБСЛЕДОВАНИИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ При обследовании железобетонных элементов наиболее трудной задачей является определение...»

«ЭКСПЕРТНЫЙ СОВЕТ ПО МЕХДОБЫЧЕ ИТОГИ 5 ЛЕТ РАБОТЫ В июне 2008 года по инициативе участников ежегодных международных конференций "Механизированная добыча" с целью коллегиального обсуждения и принятия совместных решений по проблемам эксплуатации, производства и сервисного обслуживания оборудования для доб...»

«Том 7, №2 (март апрель 2015) Интернет-журнал "НАУКОВЕДЕНИЕ" publishing@naukovedenie.ru http://naukovedenie.ru Интернет-журнал "Науковедение" ISSN 2223-5167 http://naukovedenie.ru/ Том 7, №2 (2015) http://naukovedenie.ru/index.php?p=vol7-2 URL статьи: http://naukovedenie.ru/PDF/164EVN215.pdf DOI: 10.15862/164EVN215 (ht...»

«ЦЕНТРАЛЬНАЯ ИЗБИРАТЕЛЬНАЯ КОМИССИЯ РЕСПУБЛИКИ СЕВЕРНАЯ ОСЕТИЯ АЛАНИЯ ПОСТАНОВЛЕНИЕ от 22 июня 2016 г. № 158/851-5 г. Владикавказ О подготовке к использованию на выборах депутатов Государственной Думы Федерального Собрания Российской Федерации седьмого созыва и совмещенных с ними выборов в органы местного самоуправлен...»

«Электронный архив УГЛТУ МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" Кафедра экономической теории Л.Л.Боровских ОСНОВНЫЕ ФОНДЫ ПРЕДПРИЯТИЯ Методические рекоме...»

«ФЛИП-ЧИП СВЕТОДИОДЫ НА ОСНОВЕ ГЕТЕРОСТРУКТУР AlGaInN, ВЫРАЩЕННЫХ НА ПОДЛОЖКАХ SiC Е.М. Аракчеева*, И.П. Смирнова, Л.К. Марков, Д.А. Закгейм, М.М. Кулагина Физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе, РАН, Россия, Санкт-Петербу...»

«KERN & Sohn GmbH Тел.: +49-[0]74339933-0 Ziegelei 1 Факс: +49-[0]7433-9933-149 D-72336 Balingen Интернет: www.kern-sohn.com E-mail: info@kern-sohn.com Инструкция по обслуживанию Аналитические весы и прецизионные весы KERN ALJ/ALS/PLJ/PLS Версия 3.7 03/2013 RUS ALJ/ALS/PLJ/PLS-BA-rus-1337 KERN ALJ/ALS/PLJ/PLS RUS Версия 3....»

«УДК 665.337.8 ББК 42.347 Б 63 Корнен Николай Николаевич, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник отдела специализированных, функциональных пищевых продуктов и кормовых добавок ФГБНУ "Краснодарский научно-исследовательский институт хранения и переработки се...»










 
2017 www.lib.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные материалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.