Диагностика уравновешенности штанговой глубинной насосной установки по ваттметрограмме

Abstract

Актуальность исследования обусловлена широким распространением штанговых глубинных насосных установок с нерегулируемым приводом, которые в основной своей массе оснащены исключительно средствами механической настройки. Эксплуатация установок данного типа сопровождается значительными потерями как потребляемой электроэнергии, так и добытой нефти, связанными с работой установки в неоптимальном режиме. Для решения данной проблемы как новые, так и уже эксплуатируемые штанговые глубинные насосные установки оборудуют станциями управления, в состав которых входят преобразователь частоты и программируемый логический контроллер, оснащенный средствами интеллектуального управления и диагностики. Реализация данных функций на контроллере станции управления штанговых глубинных насосных установок требует разработки соответствующих алгоритмов, обеспечивающих автономное, высокоэффективное, экономичное и надежное функционирование установки в течение всего срока эксплуатации. Цель: разработка алгоритмов определения уравновешенности станка-качалки, оптимального положения противовеса и моментов прохождения штоком «мертвых точек». Объекты: штанговая глубинная насосная установка в различных режимах работы, уравновешенность станка-качалки, определяемая положением противовесов на кривошипе. Методы: математический аппарат дифференциальных уравнений и передаточных функций, компьютерное моделирование, сопоставление и анализ графиков и диаграмм. Результаты. Рассмотрены способы определения уравновешенности, существующие в настоящий момент, и выявлены их недостатки. Наиболее доступным и надёжным средством диагностирования штанговых глубинных насосных установок, не требующим установки дополнительных навесных датчиков, является ваттметрирование. Для исследования закономерностей и режимов работы разработана компьютерная модель штанговых глубинных насосных установок. На основе данных, полученных в ходе моделирования, разработаны алгоритмы определения уравновешенности станка-качалки, оптимального положения противовеса и «мертвых точек», которые не требуют установки на станок внешних датчиков, могут работать в составе программного обеспечения интеллектуальных станций управления штанговых глубинных насосных установок, обеспечивая простоту контроля, обслуживания и сокращение издержек.

The relevance of the research is conditioned by widespread use of unregulated sucker-rod pumping units, equipped only with mechanical adjustment tools. Application of that type of units results in considerable losses of both electricity and crude oil related to machine operating in non optimal regime. To solve this problem both new and already exploited sucker-rod pumping units are equipped with means of intelligent control and monitoring, which are included within control stations equipped with frequency converter and controller. Implementation of these tools on sucker-rod pumping units control station controller requires the development of appropriate algorithms to ensure autonomous, high performance, cost-effective and reliable function of plant during all life cycle. The main aim of the research is elaboration of the algorithms for determining pumpjack balance, optimal counterbalance position and polished rod dead centres passing moment. Objects of the research are the sucker-rod pumping unit in different operating modes and pumpjack balance, defined by the counterbalance position on the crank. Methods: mathematical analysis tool of differential equations and transfer functions, computer simulation, comparison and analysis of charts and diagrams. Results. The paper considers the existing ways of pumpjack balance detection and their shortcomings. It turns out that wattmetering is the most available and fail-safe sucker-rod pumping unit condition monitoring method which does not require installation of additional external sensors. The authors have developed the sucker-rod pumping unit computer model for investigating principles and load cycles of unit operation. Based on the data obtained by simulations the authors developed the algorithm of pumpjack balance detection, which can work as sucker-rod pumping unit intelligent control station software ensuring easy control, timely service and cost reduction.