probenerИзвестия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИPower engineering: research, equipment, technology1998-99032658-5456Kazan State Power Engineering University10.30724/1998-9903-2022-24-4-50-62probener-2306Research ArticleЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И КОМПЛЕКСЫENERGY SYSTEMS AND COMPLEXESСпектральный анализ механических дефектов по параметрам ваттметрограммы штанговых скважинных насосных установок в процессе эксплуатацииSpectral analysis of mechanical and chemical defects by the parameters of the wattmetrogram of drawer drive pumping unit in the process of operationМанаховВ. А.ManakhovV. A.

Манахов Валерий Александрович – ассистент кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий»

г. Казань

Valeriy A. Manakhov

Kazan

Valeriy_Manakhov@mail.ruЦветковА. Н.TsvetkovA. N.

Цветков Алексей Николаевич – доцент кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий»

г. Казань

Alexey N. Tsvetkov

Kazan

Казанский государственный энергетический университетРоссияKazan State Power Engineering UniversityRussian Federation2022160820222445062Copyright © Манахов В.А., Цветков А.Н., 20222022Манахов В.А., Цветков А.Н.Manakhov V.A., Tsvetkov A.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.energyret.ru/jour/article/view/2306ЦЕЛЬ

ЦЕЛЬ. Целью данной работы является разработка метода диагностики оборудования штанговых скважинных насосных установок (ШСНУ) в процессе эксплуатации посредством спектрального анализа сигнала массива ваттметрограммы. В качестве измерительного элемента применяется модуль ваттметрирования, инструментом для обработки сигналов служит разработанное программное обеспечение в программном комплексе MatLab. Амплитудные спектры исследуемого объекта, построенные из массива ваттметрограммы путем быстрого преобразования Фурье, в программной среде MatLab, применяются для анализа технического состояния ШСНУ. МЕТОДЫ. Метод ваттметрирования и спектрального анализа сигнала массивов ваттметрограммы позволяет осуществлять контроль ШСНУ во время его работы. Этот метод контроля отличается высокой точностью, чувствительностью к формированию повреждений и позволяет использовать компьютерные технологии для обработки и анализа сигналов в целях диагностики устройств.

РЕЗУЛЬТАТЫ

РЕЗУЛЬТАТЫ. Метод спектрального анализа раскрыт в полном объеме. Рассмотрено понятие спектра и его построения. Раскрыт метод ваттетрирования, также принцип работы и основные характеристики датчика ваттметрирования. Произведено снятие и оценка экспериментальных данных с действующей ШСНУ во время ее работы. Приведен пример ваттметрограммы и по массиву данных построен спектр. Анализ ваттметрограммы ШСНУ с осложненными условиями работы, у которой наблюдалось пенообразование, показал скачок электрической нагрузки в верхней точке положения балансира. Спектральный анализ показал рост амплитуд на определенных частотах, которые могут говорить о наличии вспенивания нефти в цилиндре насоса. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Данный метод спектрального анализа сигнала ваттметрограммы с помощью программы MatLab позволяет выявлять механико-химические дефекты ШСНУ по амлитудно-частотным характеристикам параметров ваттметрограммы.

TARGET. The purpose of this work is to develop a method for diagnosing the equipment of sucker-rod pumping units (SRPU) during operation by spectral analysis of the wattmetergram array signal. A wattmetering module is used as a measuring element, the developed software in the MatLab software package serves as a signal processing tool. The amplitude spectra of the object under study, constructed from an array of wattmetrograms by fast Fourier transform, in the MatLab software environment, are used to analyze the technical condition of the SRPU.METHODS. The method of wattmetering and spectral analysis of the signal of wattmetergram arrays makes it possible to control the SRPU during its operation under voltage. This control method is characterized by high accuracy, sensitivity to damage formation and allows the use of computer technologies for signal processing and analysis in order to diagnose devices. RESULTS. The method of spectral analysis is fully disclosed. The concept of spectrum and its construction is considered. The method of wattmetry is disclosed, as well as the principle of operation and the main characteristics of the wattmetry sensor. The removal and evaluation of experimental data from the operating SRPU during its operation was carried out. A wattmetrogram is constructed and a spectrum is constructed from the signal data array. The wattmetrogram of the SRPU with complicated working conditions, in which foaming was observed, showed a jump in the electrical load at the upper point of the balancer position. Spectral analysis showed an increase in amplitudes at certain frequencies, which may indicate the presence of oil foaming in the pump cylinder.CONCLUSION. This method of spectral analysis of the wattmetrogram signal with the help of the MatLab program makes it possible to identify mechanical and chemical defects of the SRPU according to the amplitude-frequency characteristics of the wattmetrogram parameters.

спектрспектральное разложение Фурьеваттметрограммадиагностикаштанговая скважинная насосная установкадатчик ваттметрированияспектральный анализсигналмассивпенообразованиегистограммаMicrosoft Excel MatLabspectrumspectral Fourier decompositionwattmeter diagramdiagnosticssucker rod pumping unitwattmetering sensor spectral analysissignalarrayfoaminghistogramMicrosoft ExcelMatLabReferencesСолодкий Е.М. Энергоэффективная система управления добычи нефти штанговой насосной установки / Е.М. Солодкий, В.П. Казанцев, Д.А. Даденков, С.В. Сальников // Научно-технический вестник Поволжья. 2018. № 12. С. 292-295.Solodky EM, Kazantsev P, Dadenkov D.A. Energy-efficient oil production management system of a rod pumping unit . Scientific and Technical Bulletin of the Volga region. 2018;12:292-295.Бойко Б.П., Тюрин В.А. Спектр сигнала: учебно-методическое пособие / Б.П. Бойко,В.А. Тюрин.- Казань: Казанский федеральный университет, 2014.-38 с.Boyko BP, Tyurin VA. Signal spectrum: an educational and methodical manual. Kazan: Kazan Federal University, 2014. 38 p.Сергиенко А. Б. Цифровая обработка сигналов: учеб. пособие. 3-е изд. СПб.: БХВ-Петербург, 2011. 768 с. ISBN 978-5-9775-0606-9. ЭБС «Знаниум».Sergienko AB. Digital signal processing: textbook. stipend. 3rd ed. St. Petersburg: BHV-Petersburg, 2011. 768 p. (Educational literature for universities). ISBN 978-5-9775-0606-9. EBS «Znanium».Подлесный С. А. Устройства приема и обработки сигналов [Электронный ресурс] : / С. А. Подлесный, Ф. В. Зандер. Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2011. 352 с. ISBN 978-5-7638-2263-2. ЭБС «Знаниум».Podlesny SA, Zander FV. Devices for receiving and processing signals [Electronic resource] / Krasnoyarsk: Sib. feder. un-t, 2011. 352 p. ISBN 978-5-7638-2263-2. EBS «Znanium».Анучин, А. С. Системы управления электроприводов. М.: МЭИ, 2015. 378 c.Anuchin AS. Control systems of electric drives. M.: MEI, 2015. 378 p.Ившин И.B., Сафин А.Р., Гибадуллин Р.Р., Петров Т.И., Цветков А.Н., Низамиев М.Ф., Корнилов В.Ю. Анализ развития электроприводов для станков -качалок нефти по результатам патентного поиска. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2019;21(5):3 -13.Ivshin IB, Safin AR, Gibadullin R , et al. Analysis of the development of electric drives for oil pumping machines based on the results of a patent search. News of higher educational institutions. ENERGY PROBLEMS . 2019;21(5):3-13.Манахов В.А., Цветков А.Н. Определение состояния и функционирования оборудования штанговых скважинных насосных установок в процессе эксплуатации по параметрам ваттметрограммы. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2021;23(3):127-139. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2021-23-3-127-139.Manakhov VA, Tsvetkov AN. Determination of the condition and functioning of the equipment of rod borehole pumping units during operation according to the parameters of the wattmetrogram. News of higher edu cational institutions. ENERGY PROBLEMS. 2021;23(3):127 -139. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2021-23-3-127-139.Хакимьянов М.И. Проблемы повышения энергетических характеристик электроприводов скважинных штанговых насосов / М.И. Хакимьянов, Ф.Ф. Хусаинов, И.Н. Шафиков // Электротехнические системы и комплексы. 2017. № 2. С. 35-40.Khakimyanov MI, Khusainov FF, Shafikov IN. Problems of increasing the energy characteristics of electric drives of borehole rod pumps . Electrotechnical systems and complexes. 2017;2:35-40.Сергиенко А.Б. MATLAB и преобразование Фурье / Exponentapro Математика в приложениях. 2003. № 3. С. 84–86.Sergienko A.B. MATLAB and Fourier transform. Exponentapro Mathematics in applications. 2003 ;3:84-86.Петров Т.И., Сафин А.Р., Ившин И.В., Цветков А.Н., Корнилов В.Ю. Модель системы управления станком-качалкой на основе синхронных двигателей с бездатчиковым методом. Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2018;20(7-8):107-116.Petrov TI, Safin AR, Ivshin IV , Tsvetkov A.N., Kornilov V.Yu . Model of a rocking machine control system based on synchronous motors with a sensorless method. News of higher educational institutions. Energy problems. 2018;20(7-8):107-116.Цветков А.Н., Корнилов В.Ю., Сафин А.Р., Логачева А.Г., Петров Т.И., Кувшинов Н.Е. Управляющая измерительно-информационная система экспериментального стенда. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2020;22(4):88-98.Tsvetkov A.N., Kornilov V.Yu., Safin A.R., Logacheva A.G., Petrov T.I., Kuvshinov N.E. Control measuring and information system of the experimental stand. News of higher educational institutions. ENERGY PROBLEMS. 2020;22(4):88 -98.Цветков А.Н., Сафин А.Р., Гибадуллин Р.Р., Ившин И.В. Испытательный стенд с программно-аппаратным комплексом для исследования электрической машины возвратно- поступательного действия. Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2016. №3-4. С.105-111.Tsvetkov AN, Safin AR, Gibadullin RR , et al. A test bench with a software and hardware complex for the study of an electric reciprocating machine. News of higher educational institutions. Energy problems . 2016;3-4:105-111.Cheng, Q. Vector Control of an Induction Motor based on a DSP. Master of Science Thesis./ Q. Cheng, L.Yuan. Sweden, Gothenburg: Chalmers Bibliotek,2011. 76 p.Cheng Q, Yuan L. Vector Control of an Induction Motor based on a DSP. Master of Science Thesis. Sweden, Gothenburg: Chalmers Bibliotek, 2011. 76 p.Development of a Sucker Rod Pumping Unit Simulation Model / D.S. Torgaeva, M.P. Sukhorukov, Y.A. Shinyakov, N.A. Shalyapina // International Journal of Engineering and Advanced Technology (IJEAT). 2019. October. Vol. 9, Issue 1. P. 4403–4409.Torgaeva DS, Sukhorukov MP, Shinyakov YA , et al. Development of a Sucker Rod Pumping Unit Simulation Model. International Journal of Engineering and Advanced Technology (IJEAT). 2 019. October. Vol. 9, Issue 1. P. 4403–4409.Sensorless Control with Kalman Filter on TMS320 Fixed-Point DSP. Application Report [электронный ресурс]. URL: http://www.ti.com/lit/an/bpra057/bpra057.pdf (дата обращения 01.02.2022).Sensorless Control with Kalman Filter on TMS320 Fixed-Point DSP. Application Report [electronic resource]. URL: http://www.ti.com/lit/an/bpra057/bpra057.pdf (accessed 01.02.2022).Frendo E., Bonamy D. English for the Oil Industry 1 Course Book. P earson Education ESL 2017 - P 80.Frendo E., Bonamy D. English for the Oil Industry 1 Course Book. Pearson Education ESL 2017. P 80.Roberto L. Soza. Review of Downhole Dynamometer Testing [ электронный ресурс]. URL: https://www.onepetro.org/conference-paper/SPE-35217-MS (дата обращения 08.03.2022).Roberto L. Soza. Review of Downhole Dynamometer Testing [electronic resource]. URL: https://www.onepetro.org/conference-paper/SPE-35217-MS (accessed 08.03.2022).J.F. Lea, Cleon Dunham, Lynn Rowlan. Well Modelling: Optimized Production and Troubleshooting Using Nodal Analysis [ электронный ресурс]. URL: https://rogtecmagazine.com/wp-content/uploads/2014/10/09_WellModeling.pdf (дата обращения 04.04.2022).J. F. Lea, Cleon Dunham, Lynn Rowlan. Well Modelling: Optimized Production and Troubleshooting Using Nodal Analysis [electronic resource ]. URL: https://rogtecmagazine.com/wp-content/uploads/2014/10/09_WellModeling.pdf (accessed 04.04.2022).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.