Оцінка, прогнозування та підвищення надійності обладнання штангових свердловинних насосних установок

Abstract

На основі зібраних статистичних даних по відмовах свердловинного обладнання проведено аналіз надійності свердловинних насосів, колон насосних штанг та насосно-компресорних труб. Отримані рівняння регресії, які дозволяють визначити ймовірність безвідмовної роботи свердловинного обладнання. Розглянуто області застосування насосних штанг з полімерно-композиційних матеріалів, технологія їх виготовлення, порівняльні характеристики зі сталевими, переваги та недоліки застосування. Розроблено математичну модель з’єднання сталевої головки з полімерним композиційним тілом насосної штанги. Досліджено насосні штанги з ПКМ на статичну міцність, на витривалість, на зношування. Розроблений якісно новий програмний комплекс діагностування свердловин, що експлуатуються ШСНУ. Запропоновано аналітичний і графічний метод визначення оптимального міжремонтного періоду, який оснований на мінімізації питомих витрат на відновлення працездатного стану ШСНУ у випадку її відмови, що дозволить розробляти раціональні план-графіки ремонту обладнання. Для прогнозування ресурсу роботи насосних штанг запропоновано застосування теорії ланцюгів Маркова.

На основе собранных статистических данных по отказам скважинного оборудования проведен анализ надежности скважинных насосов, колонн насосных штанг и насосно-компрессорных труб. Полученные уравнения регрессии, которые позволяют определить вероятность безотказной работы скважинного оборудования. Рассмотрены области применения насосных штанг с полимерно-композиционных материалов, технология их изготовления, сравнительные характеристики со стальными, преимущества и недостатки применения. Разработана математическая модель соединения стальной головки с полимерным композиционным телом насосной штанги. Исследована насосные штанги из ПКМ на статическую прочность, на выносливость, на износ. Разработан качественно новый программный комплекс диагностики скважин, эксплуатируемых ШСНУ. Предложен аналитический и графический метод определения оптимального межремонтного периода, основанный на минимизации удельных затрат на восстановление работоспособного состояния ШСНУ в случае ее отказа, что позволит разрабатывать рациональные план-графики ремонта оборудования. Для прогнозирования ресурса работы насосных штанг предложено применение теории цепей Маркова.

Using a based on the collected statistical data on failures of well equipment, an analysis of the reliability of standardized pumps, columns of sucker rods and tubing was conducted. The regression equations, which allow determining the probability of failure-free operation of well equipment, were obtained. Recently, much attention has been paid to the use of polymercomposite materials for the manufacture of sucker rods and tubing. Areas of application of sucker rods and tubing made of polymer-composite materials, technology of their manufacture, comparative characteristics with steel, advantages and disadvantages of application are considered. А mathematical model of connection of a steel head with a polymer composite body of a sucker rod was developed. The basis of research on the contact stresses of a cylindrical tube - a fiberglass rod - is the generalized theory of shells of Tymoshenko, which takes into account the shear rigidity and anisotropy of the physical and mechanical properties of the material. Experimental studies of sucker rods made of polymer-composite materials is given. Tests were conducted on static strength under the action of tensile loads; on endurance under the action of cyclic loads; to chemical and corrosion resistance under the influence of technological fluids with subsequent mechanical tests; to wear in various environments. The analytical and graphical method of determination of the optimal inter-repair period is proposed, which is based on minimization of specific expenses for restoration of the working state of the SRPU in case of its failure, which will allow to develop rational schedules of repair of equipment.The use of the theory of Markov chains is proposed to predict the work resource of sucker rod. Industrial testing of pumping rods from fiberglass was carried out by IFNTUNG at the enterprise "Dolyna-Neftegaz" fields on request of the Dnipropetrovsk branch of the Ukrainian Academy of Sciences of National Progress. The technical specifications for the pumping rod made of fiberglass have been developed and approved.