Спектральный анализ механических дефектов по параметрам ваттметрограммы штанговых скважинных насосных установок в процессе эксплуатации

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. 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.

1. Солодкий 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.

2. Бойко Б.П., Тюрин В.А. Спектр сигнала: учебно-методическое пособие / Б.П. Бойко,В.А. Тюрин.- Казань: Казанский федеральный университет, 2014.-38 с.

3. 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».

4. 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».

5. Анучин, А. С. Системы управления электроприводов. М.: МЭИ, 2015. 378 c.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. Сергиенко А.Б. MATLAB и преобразование Фурье / Exponentapro Математика в приложениях. 2003. № 3. С. 84–86.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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).

16. Frendo E., Bonamy D. English for the Oil Industry 1 Course Book. P earson Education ESL 2017 - P 80.

17. 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).

18. 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).