Способ диагностики штанговых насосных установок

(51 05 В 23 0 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕ ОМСТВО СССР д(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ институт им утовао СССР984,ский анализа- .й установки,механизацияВНИИОЭНГ,ТАНГОВЫХ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) 1. Авторское свидетельствйе 1112145, кл. Р 04 В 51/00, 12. Кричке В.О, Автоматичетор работы ГлубиннонасосноРНТС "Автоматизация и теленефтяной промышленности",М. 12, 1975, с. 10-14.(54) СПОСОБДИАГНОСТИКИ ШНАСОСНЫХ УСТАНОВОК Изобретение относится к способам диагностики шганговых насосных установок по диаграммагл мощности (ваттметрограммам) и может быть использовано для диагностики повреждений штанговых насосных установок в нефтедобывающей промышленности,Известен способ диагностики механизма, преимущественно насоса 1), включающий измерение диагностического сигнала, преобразование последнего в сигнал огибающей высокочастотной части спектра и выделение отдельных составляющих сигнала огибающей с последующим измерением их амплитуд, формирование опорных сигналов с частотами, кратными частоте вращения ротора насоса, выделение составляющих путем синхронизации с опорными сигналами, измерение амплитуд и фаз этих составля;ощих и диагностика состояния(57) Изобретение относится к способам диагностики штанговых насосных установок по диаграммам мощности (ваттметрограмм) и может быть применено в нефтедобывающей промышленности. Целью изобретения является повышение достоверности определения технического состояния, Поставленная цель достигается за счет того, что дополнительно измеряют скорость изменения мощности установки, соответствующей уравновешенному станку - качалке штанговой насосной установки, и по диагностическому коэффициенту, вычисленному на основе разового портрета ваттметрограммы, определяют техническое состояние установки. 13 ил., 2 табл. механизма по совокупности амплитуд и фаз составля ющих,Однако известный способ диагностики сложен в аппаратной реализации, требует большого программного обеспечения для получения информации о частоте вращения ротора и о спектральном составе сигнала, не позволяет диагностировать выход из работы отдельных звеньев механизма штанговой насосной установки,Известен также способ (2), который позволяет диагностировать состояние штанговой насосной установки и базируется на использовании характерных точек перегиба ваттметрограммы, а также на сравнении максимальных значений мощности за первый и второй полупериоды качания с заданными установленными значениями,Однако этот способ требует знания установочных предельных значений мощно1784947 3сти для диагностирования аварийных ситу- через те же дискретные промежутки времеаций. Предельные значения мощности су- ни измеряют скорость изменения мощностищественно меняются только при крупных установки, соответствующей уравновешенавариях. Известно, что характерные точкиному станку-качалке штанговой насоснойперегиба ваттметрограммыдля ряда неисп установки, определяют фазовую кривуюравностей(обрыв штанг посередине, обрыв ваттметрограммы, определяют значениештанг у полированного штока, выход из диагностического коэффициента, характестроя приемного и нагнетательного клапа- риэующего диагностическую ваттметрогна) совпадают. При реализации этого спосо- рамму в пространстве возможныхба требуются специальные датчики 10 состояний штанговой насосной установки;полофеййя, устанавливаемые на движущих- путем сравнения этого коэффициента с эася частях штанговой насосной установки данным значением определяют техничедля ойределейия хода плунжера(вверх или ское состояние штанговой насоснойвниз). Имеющиеся недостатки не обеспечи- установки,вают удовлетворительной достоверности 15 Таким образом, в процессе диагности-.диагностикии требуют для реализации до- рования вычисляется диагностический кополнительных материальных затрат, эффициент 8(4);Известен также способ диагностикиштанговой насосной установки (3), являю- В / + Бщийся наиболее близким техническим решением и включающий измерение где С,я - координаты ваттметрограммы вдиагностической ваттметрограммы штанго- фазовой плоскости.вой насосной установки с уравновешенным ми,и-и щ,дч щС- -. , С 11,;-Р.РН. ЩД-., Ъ Ш - , - , -и фазе.1 2( )+2( )Однако известный способ имеет ряд не где М - число дискретных отсчетов мощнодостатков. Практика эксплуатации штанго сти снятых за цикл измерениявых насосных установок показывает что . р 1 - дискретное значение мощности(1;) - дискретное значение мощностиотрицательные выбросы мощности могу измеренной в)-момент времени, Вт;иметь место и в исправной установке, а мак- р(1;) - дискретное значение скорости из- симальное значение мощности существен менения мощности, измеренное в )-моментно изменяется только при крупных авариях времени Вт/сЭто ограничивает достоверность диагно- Сопоставительный анализ заявляемогостики, Известно также. что ваттметрограм- решения с и ототипом показывает чтома является зависимость о, от времеи принципиальной новизной и отличием заявпричем в зависимости от типоРазмеРа уста. ляемого способа(новым материальнымдейновки она изменяется на практике от 10 до ствием) является определение, скорости100 кВт. Это требует индивидуальной на- изменения мощности установки ииспользостройки параметров диагностики для каж вание в качестве критерия для сравнениядой насосной установки, что усло/жняет диагностического коэффициента, являюще.применение способа. 45 гося сложной функций от Р(т), Р(т 1).целью настоящего изобретения являет- Таким образом, заявляемый способ сося повышение достоверности определен 1 я . ответствует критерию изобретения "новиз технического состояния штанговой насос аной становки.ой Ус ановки/ .Известны технические решения, в частПоставленная цель достигается тем, что 50 ности, в области медицины Г 51, используювспособедиагностикиштанговыхнасосных щие пост оение фазовых к ивыхустановок, основанном на измеРении чеРез исследуемого обьекта. Однако применидискретные промежутки времени мощности тельно к определению технического состояустановки, определении диагностической ния штанговой насосной установки тольковаттметрограммы и ее анализе, согласно 55 визуализация фазовой кривой недостаточиэобретению производят сглажйвайие ди на т к еальные ваттм тна, т.к, реальные ваттметрограммы дляагностической ваттметрограммы и приведе штанговых насосных установок, находящихние сглаженной ваттметрограммы к виду, ся в одном и том же состоянии, могут иметьсоответствующему уравновешенному стан разные значения амплитуды мощности уску-качалке штанговой насосной установки,м- ХМ.5 10 15 20 30 35 40 50 тановки из-за разных значений постоянной составляющей мощности, пропоРциональной потерям в наземном оборудовании, что влияет на положение ваттметрограммы относительно линии нулевой мощности 61, Однако скорость изменения мощности не зависит от постоянной составляющей и остается постоянной при разных ее значениях.Поэтому дополнительно к фазовой кривой, позволяющей визуально по форме кривой определить тип неисправности штанговой насосной установки, количественная оценка ее состояния, заключенная в диагностическом коэффициенте, который позволяет уменьшить эффект разнородности исходных данных за счет их нормирования и осреднения, и который учитывает значения как мощности, так и скорости ее изменения в одни и те же дискретные моменты времени, позволит достовернее определить состояние штанговой насосной установки, При этом предварительное сглаживание и приведение ваттметрограммы в случае .неуравновешенности станка-качалки к,виду, соответствующему уравновешенному станку - качалке, позволяет приблизить диагносгическую ваттметрограмму к теоретической, что также повышает достоверность определения состояний штанговой насосной установки. Следовательно, совокупность существенных отличительных признаков предложенного изобретенил позволяет повысить достоверность определения технического состояния штанговой насосной установки. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого способа критерию "существенные отличия".На фиг, 1 представлена схема реализации способа; на фиг. 2 - 9 изображены фазовые кривые для основных диагностируемых видов неисправностей штанговой насосной установки на фиг. 10 представлена диагностическая ваттметрограмма конкретнЬй штанговой насосной установки; на фиг, 11 - график скорости изменения мощности для ваттметрограммы, изображенной на фиг.10; на фиг. 12 - фазовая кривая для этой же ваттметрограммы,Способ диагностики штанговой насосной установки реализован устройством (см, фиг. 1), которое содержит последовательно соединенные измерительный преобразователь активной мощности (ИПАМ) 1 7; блок 2 сглаживания снятой ваттметрограммы; вычислительный блок 3 расчета ваттметрограммы, соответствующей уравновешенному состоянию станка-качалки штанговой насосной установки; дифференциатор 4; регистрирующее устройство 5, связанное как с блоком 3, так и с блоком 4; вычислительный блок 6; блок сравнения 7.В процессе работы устройства на вход ИПиМ 1 подаются сигналы тока(11) и напряжения О(1) одной фазы двигателя. На выходе определяется ваттметрограмма Р(1), которая в блоке 2 сглаживается и в блоке 3 приводится к виду, соответствующему уравновешенному станку-качалке штанговой насосной установки, Полученная в блоке 3 ваттметрограмма поступает как на блок 4, где измеряются отсчеты скорости изменения мощности, так и на блок 5. Измеренные в блоке 4 отсчеты скорости изменения мощности также подаются на блок 5. Таким образом,в блоке 5 формируется фазовая кривая, по которой в блоке 6 определяется диагностический коэффициент. В блоке 7 происходит его сравнение с заданными, определенными по теоретическим ваттметрограммам 3) и являющимися эталонными для проведения диагностики. На выходе блока 7 получают сигнал о состоянии штанговой насосной установки; "Норма" или "Авария"; в случае "Авария" выдается сигнал о наличии конкретного вида неисправности.Авторами была использована следующая аппаратная реализация способа, Блок 1 реализован с помощью измерительного преобразователя активной мощности 6) и микроЭВМ РПТ. Блоки 2 - 7 реализованы программно на мини-ЭВМ ЕС - 1011, на которую по каналам связи от РПТ - 80 передается ваттметрограмма, снятая с помощью ИПАМ. В качестве блока 5 используется либо терминал ЧО 52100 ИОЕОТОМ,либо печатающее устройство, входящие в комплекс технических средств мини-ЭВМ ЕС - 1011.Техническая реализация измерительного преобразования 1 может быть также осуществлена, например, с помощью квадраторов на тиристовых сопротивлениях 3 или с помощью интегральных аналоговых перемножителей типа 525 ПС 1, 525 ПС 2,525 ПСЗ 8,9). В принципе операция определения Р(с) может быть осуществлена и чисто вычислительным путем при наличии ЭВМ (микропроцессора) в результате перемноженил(1) на О(с;). Измерение скорости изменения мощности можно осуществить, например, с помощью аналоговых дифференциаторов 10),В соответствии с формулами (1) - (3) для теоретических ваттметрограмм были получены эталонные значения диагностических коэффициентов, которые используются в качестве В заданного в блоке 7 устройства, Были также построены фазовые кривые, соответствующие основным видам неисправностей (по теоретическим ваттметрог(увелицение5 ЧЧк(р)= ц 2, Рфвах 1 Рфпах 2 в И, РфпахРфп 1 ах 2,20 зп( О(1=Ру(Ч) оз( 0(1,=Ру(1) динаты Ру(11) и ки ваттметрог тем найти средРу(1)=Рф(- ,Г зи (01 =1М Если точка И ТОЧКОЙ, ТО В блоке С 1 мь рамму, если 1=1,2.,И - 1 - (блок Е 2) по который име А - В,у(1)=Рф(1)+(7)- ХМ о(д) дены, соот-.овешенная й насосной 4 нцир ресцет всех точек ваттметрограммы так, цтобы в результате выравнялись пики мощноСТИ Рфпах 1(11), Рфгпах 2(12). Г 1 РИ ЭТОМ амплитуды на Ь ЧЧ/2) Ю 2- , р = 3 л/2 (уменьшение 10 амплитуды на ЖИ/2)Т.е., чтобы верно проводилось квазиуравновешивание, необходимо определить номер 15точки, соответствующей р =д/2. Эта точкав схеме обозначена М (блоки В 2, В 4); Теперь можно осуществить пересчет по (5). (4), начав с этой точки И. Дискретный аналог (5), (4) принимает вид 2 А - В1) + эп(7 т/2+Ь (-М), =И,к+1, М. (6)30совпала с первой дискретной результате выполнения (б) в пересчитаем всю ваттметрогже нет, то оставшиеся точки еобходимо также пересчитать 35дискретному аналогу (5), (4), ет вид На фиг. 10 (кривая 2 и 3) привеветственно, сглаженная и уравваттметрограммы для штанговоустановки скважины " ". 228,По формуле численного диффевания для равноотстоящих узлов; е 1Рф) = - - - (-2 Р (1; 2)- - Ру(Ц-)+Ру(1+)+2 Ру(1+2) ). (8) где Ру(1;) - значение скорости изменения 55 мощности, соответствующей уравновешенному станку-качалке штанговой насосной установки, в)-амент времени, Вт/с;й - шаг дискретизации, с; Ру(1 гп) - ЗНаЧЕНИЕ МОЩНОСТИ. СООтВЕтСтвующей уравновешенному станку - кацалке в т-момент времени (а= )-2, ) - 1, )+1, )+2) Вт; получаем зависимость скорости изменения мощности, представленную на фиг. 11. На фиг. 12 представлена фазовая кривая ваттметрограммы штанговой насосной установки скважины ц. 228. Ваттметрограмма в плоскости (Р,Р) представляет собой замкнутую кривую, на которой каждая )-точка =1,2,М) имеет координаты (Р(1), Р(11, при этом О(1 ) =) 2 л/М, где ф;) - угол наклона к . оси ОР вектора длиной Р (11) + Р (11), соединяющего точки с координатами (0,0) и (Р(1;), Р(1. Тогда. для ваттметрограммы можно выцислить синус и косинус угла наклона к оси ОР 4): т.е, пронормировать кооРу(1;) каждой дискретной траммы в плоскости (Р,Р), а зние значения; МРу ( 1 ) + Ру ( 1; - Я сов (б 1) ) - = М(1) + Ру(1) которые будут являться координатами сглаженной ваттметрограммы, соответствующей уравновешенному станку-качалке, в фазовой плоскости (С,Я), В этой плоскости, вовоюонередв,дланей = Е + Б диагно. стицеский коэффициент) вектора, соединяющего точки с координатами (0.0) и (С,Я), является мерОй, характеризующей состояние штанговой насосной установки, Для скважины ". 228 в результате расчета по (1)-(3) для Ру(1), Ру(1) получено 8=0,893.Визуальное сравнение формы фазовой кривой с изображенными на фиг. 2-9, а также знацение диагностического коэффициен1784947 12 Таблица 1 Состояние штанговой насосной установки 1. Нормальная работа 2. Выход из строя приемного клапана 3. Выход из строя нагнетательного клапана 4. Обрыв штанг посередине 5, Обрыв штанг у полированного штока 6. Заклинивание плунжера в нижней части 7. Заклинивание плунжера в верхней части 8. Заклинивание пл нже а в с едней части0,5510.09140,04480,0016240,00630,02360,03390,0342 Таблица 2 Скважина 28 23 та, позволяют сделать вывод о нормальной работе штанговой насосной установки.Таким образом, способ, по сравнению с прртотипом, позволяет повысить достоверность .определения состояния "норма" - "авария", а также и достоверность определения конкретного вида неисправности, так как за счет сглаживания, приведения ваттметрограммы к виду. соответствующему уравновешенному станку-качалке штанговой насосной установки, и измерения скорости изменения мощности установки, соответствующей уравновешенному станку-качалке, возникает воэможность ее сравнения с теоретическими ваттметрограммами, а следовательно,и с фазовыми кривыми теоретических ваттметрограмм. При этом достоверность определения состояния насосной установки по фазовой кривой повысится, так как учет изменения этих параметров проявляется в изменении фазовой кривой ваттметрограммы и в изменении диагностического коэффициента,Формула изобретения Способ диагностики штанговых насосных установок, заключающийся в том, что 5 через дискретные промежутки времени измеряют мощность установки и определяют диагностическую ваттметрограмму, о т л ич а ющ и й с я тем, что. е целью повышения достоверности определения технического 10 состояния, сглаживают диагностическуюваттметрограмму, приводят сглаженную ваттметрограмму к виду, соответствующему уравновешенному станку-качалке штанго" вой насосной установки, через те же диск ретные промежутки времени измеряютскорость изменения мощности установки, соответствующей уравновешенному станку- качалке штанговой насосной установки, определяют фаэовую кривую ваттметрограм мы, определяют значение диагностическогокоэффициента и сравнивают его с заданным значением, определяют техническое состояние установки.1784947 Составитель В.ПилишТехред М.Моргентал Редактор Т.Орловская Корректор А,Козори Заказ 4364 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытия113035, Москва.Ж, Раушская наб 4/5 КНТ СССРПроизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина