Прогнозирование технического состояния УЭЦН при эксплуатации с оценкой динамических нагрузок

• Автор: Атнагулов, Альберт Рашитович
• Шифр специальности: 05.02.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 172 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПО ОТКАЗАМ И АНАЛИЗ МЕТОДОВ ОЦЕНКР1 ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ УЭЦН
1.1 Обзор работ по изучению отказов установки электроцентробежного насоса для добычи нефти
1.2 Теоретические основы возникновения динамических усилий в системе УЭЦН
1.3 Анализ методов оценки технического состояния погружной
установки для добычи нефти
Выводы
2 РАЗРАБОТКА СПОСОБА ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМЫ УЭЦН С УЧЕТОМ СОВОКУПНОСТИ ДЕЙСТВУЮЩИХ ФАКТОРОВ
2.1 Вероятностные методы в изучении усталостного разрушения металла
2.2 Применение метода Байеса для определения вероятности появления отказа с учетом условий эксплуатаций
2.2.1 Определение априорной вероятности по статистическим данным наработки на отказ погружных агрегатов
2.2.2 Приближенный способ определения закона распределения отказа
погружной установки
2.3 Определение вероятности безотказной работы с учетом
динамического нагружения системы УЭЦН
Выводы
3 ДИНАМИЧЕСКАЯ НАГРУЖЕННОСТЬ СИСТЕМЫ УЭЦН
3.1 Действие реактивного крутящего момента ЭЦН на колонну НКТ
3.1.1 Конструкционные параметры, влияющие на величину реактивного момента

3.1.2 Эксплуатационные параметры, влияющие на величину реактивного момента
3.2 Изгибающие нагрузки, возникающие в колонне 11 КТ
3.2.1 Продольная устойчивость колонны НКТ
3.2.1.1 Методы решения задачи продольной устойчивости стержня
3.2.1.2 Задача потери устойчивость колонны НКТ, под действием вибрации и крутящего момента ЭЦН
3.2.2 Изгибающий момент, действующий в поперечном сечении насоснокомпрессорных труб
3.2.2.1 Замер вибрации электроцентробежной установки для добычи нефти на испытательном стенде
3.2.2.2 Расчет изгибающего момента, возникающего в колонне НКТ
3.2.2.3 Анализ временных зависимостей с помощью показателя Херста
3.3 Продольные динамические нагрузки
3.4 Динамические напряжения в колонне НКТ
Выводы
4 СПОСОБЫ И СРЕДСТВА ВИБРОЗАЩИТЫ СКВАЖИННОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПРИ РАБОТЕ УЭЦН
4.1 Обзор методов виброзащиты внутрискважинного оборудования для добычи нефти
4.1.1 Способы снижения виброактивности электроцентробежного насоса
4.1.2 Изменение конструкции объекта виброзащиты
4.1.3 Методы динамического гашения колебаний системы УЭЦН
4.1.4 Виброизоляция колонны НКТ
4.2 Разработка компенсатора крутильных колебаний
Выводы
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы
Основная доля добычи нефти в России осуществляется установками электроцентробежных насосов, осложненные условия эксплуатации которых приводят к увеличению числа отказов. Повышение наработки на отказ позволит снизить затраты на капитальный и текущий ремонт, что приведет к уменьшению себестоимости добычи нефти.
Установка погружного электроцентробежного насоса (УЭЦН) является сложной динамической системой, на ресурс которой оказывает влияние множество факторов. С целью увеличения долговечности оборудования необходимо рассмотрение всего комплекса причин, приводящих к отказу, учет которых даст возможность представить полную картину данного процесса.
Разработка способов оценки надежности внутрискважинного оборудования на основе рассмотрения всей совокупности действующих факторов и реакций системы на данные воздействия позволит:
- оценить вероятность появления различных отказов, в том числе и наиболее материально затратных, таких как падение насосного агрегата на забой скважины;
- повысить надежность оборудования на стадии принятия решения об эксплуатации в конкретной скважине;
- снизить количество остановок скважин по причине отказа УЭЦН;
- снизить недобор жидкости за счет увеличения наработки на отказ УЭЦН.
Реакцией системы УЭЦН на условия эксплуатации является возникновение динамических напряжений, приводящих к наиболее трудно устраняемым авариям — «полету» насосной установки вследствие обрыва по телу НКТ или корпусу насоса.
Таким образом, исследование надежности и прогнозирование технического состояния системы УЭЦН при рассмотрении всего комплекса

3 ДИНАМИЧЕСКАЯ НАГРУЖЕННОСТЬ СИСТЕМЫ УЭЦН
На систему УЭЦН действуют динамические нагрузки являющиеся причиной возникновения циклических касательных и нормальных напряжений. Касательные напряжения, вызваны действием реактивного крутящего момента электроцентробежной установки. Также колебание системы приводит к возникновению переменных изгибающих и растягивающих нагрузок.
Помимо динамических на систему оказывают действие статические нагрузки, которые определяются искривлением профиля скважины (изгибающие усилия и нагрузки кручения), весом УЭЦН и колонны труб (растягивающие усилия). Результаты исследований в работах М.М. Александрова, А.Е. Сарояна, Е.Ф. Эпштейна, Б.З. Султанова и др. [3, 99, 101, 102, 112, 113], посвященные эксплуатации бурильной колонны в скважине, также можно применить к изучению статических изгибающих и растягивающих усилий в колонне НКТ. Однако в основном разрушение труб происходит в непосредственной близости от насосного агрегата и поэтому наибольший интерес представляет действие динамических нагрузок.
3.1 Действие реактивного крутящего момента ЭЦН на колонну

Реактивный крутящий момент применительно к роторным машинам, более полно рассматривался при эксплуатации турбобуров, используемых в процессе бурении скважин [112]. Рассмотрим величину реактивного момента погружного электроцентробежного насоса для добычи нефти.
Крутящий момент на валу насоса воспринимается корпусом в виде реактивного момента и может быть представлен в виде
м = мреак+ъмт,
(3.1)