Методологические аспекты эксплуатационной надёжности оборудования нефтедобычи. Информационная компонента методологии и постановка задачи по построению информационной системы
Международная
публикация
ART 53675
Авторы:
Д.
Г. Антониади, О.
В. Савенок
Д.
Г. Антониади, О.
В. Савенок Библиографическое описание статьи для цитирования:
Антониади
Д.
Г.,
Савенок
О.
В. Методологические аспекты эксплуатационной надёжности оборудования нефтедобычи. Информационная компонента методологии и постановка задачи по построению информационной системы // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2013. – Т. 3. – С.
3346–3350. – URL:
http://e-koncept.ru/2013/53675.htm.
Аннотация. В статье рассмотрены методы определения факторов надёжности оборудования нефтедобычи, проведено исследование характеристик надёжности системы «скважина – установка электроприводных центробежных насосов», приведены факторы надёжности в условиях осложнений добычи. Представлены предварительные обобщения по классификации факторов надёжности нефтедобывающего оборудования, приводящие к таким практически значимым положениям как долговечность, прогнозирование аварийности и оптимизации ремонтных работ. Разработаны принципы классификации факторов надёжности оборудования в аспекте эффективности нефтедобычи
Ключевые слова:
информационная система, эксплуатационная надёжность, классификация факторов надёжности оборудования, условия осложнений добычи, информационно-измерительная система
Текст статьи
Антониади Дмитрий Георгиевичдоктор технических наук, профессор, академик РАЕН,зав. кафедрой Нефтегазового дела имени профессора Г.Т. Вартумяна,директор института Нефти, газа и энергетикиФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет»,г. Краснодарantoniadi@kubstu.ru
Савенок Ольга Вадимовнакандидат технических наук, доцент,доцент кафедры Нефтегазового дела имени профессора Г.Т. ВартумянаФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет», г. Краснодарolgasavenok@mail.ru
МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЁЖНОСТИОБОРУДОВАНИЯ НЕФТЕДОБЫЧИ.ИНФОРМАЦИОННАЯ КОМПОНЕНТА МЕТОДОЛОГИИ ИПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ПО ПОСТРОЕНИЮ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ
Аннотация:В статье рассмотрены методы определения факторов надёжности оборудования нефтедобычи, проведено исследование характеристик надёжности системы «скважина –установка электроприводных центробежных насосов», приведены факторы надёжности в условиях осложнений добычи. Представлены предварительные обобщения по классификации факторов надёжности нефтедобывающего оборудования, приводящие к таким практически значимым положениям как долговечность, прогнозирование аварийности и оптимизации ремонтных работ. Разработаны принципы классификации факторов надёжности оборудования в аспекте эффективности нефтедобычи.
Ключевые слова:Эксплуатационная надёжность, информационная система, классификация факторов надёжности оборудования, условия осложнений добычи, информационноизмерительная система.
Следует уточнить предмет исследования данной статьи. Понятие надёжность сложных систем, к которым относятся и нефтедобывающие системы, представляет собой самостоятельный раздел науки о технических системах [1, 2]. Нефтедобывающая система в полном виде включает в себя оборудование наземное и подземное, системы энергообеспечения, управления и другие службы. Правомерно говорить о надёжности полной нефтедобывающей системы, причём эта задача имеет комплексный характер.Методологические подходы к изучению надёжности нефтегазовых систем имеютряд специфических особенностей по сравнению с другими отраслями промышленности [3].Работы по надёжности в области нефтегазового оборудования имеют ряд специфических особенностей по сравнению с другими отраслями промышленности. Сложная структура факторов –огромные пространственные масштабы, воздействие климатических условий, специфика подземной работы оборудования в постоянно изменяющихся условиях продуктивного пласта –все эти обстоятельства делают либо крайне затруднёнными, либо невозможными натурные эксперименты, что является обычной практикой для классических исследований в области надёжности оборудования. Например, по данным [4] учёт условий эксплуатации дебитов, обводнённостижидкости, динамических уровней, содержания примесей и пр. требует длительных периодов экспериментальных работ 1530 сут.Указанные факторы характеризуются высокой степенью неопределённости и неполноты, что предопределяет использование при их исследованииопределённого инструментария –нечёткие системы [5], ситуационное управление [6], нечёткая логика [7] и др.Один из эффективных методов в изучении и прогнозировании параметров надёжности в нефтегазовой отрасли –моделирование. К существенным сторонам моделирования технологических процессов и прогнозирования долговечности и отказовоборудования относитсято, что при формировании базы данных требуется большой объём информации, полученной за сравнительно короткие сроки. Как следствие, становится очевидной необходимость частых измерений параметров эксплуатации, что возможно лишь при автоматизированном сборе данных в структуре информационнойсистемы. Таким образом, возникает необходимость построения в составе нефтедобывающего предприятия информационной системы.Имеет смысл уточнить базовые формулировки понятия об информационной системе, подходы к описанию которой интерпретируются достаточно широко [811].В широком смысле информационная система есть совокупность технического, программного и организационного обеспечения, а также персонала, предназначеннаядля того, чтобы своевременно обеспечивать надлежащих людей надлежащей информацией.Согласно М.Р. Когаловскому,«информационной системой называется комплекс, включающий вычислительное и коммуникационное оборудование, программное обеспечение, лингвистические средства и информационные ресурсы, а также системный персонал и обеспечивающий поддержку динамической информационной модели некоторой части реального мира для удовлетворения информационных потребностей пользователей» [11].В узком смысле информационной системой называют только подмножество компонентов информационной системы в широком смысле, включающее базы данных, системы управления базами данных и специализированные прикладные программы. Информационную систему вузком смысле рассматривают как программноаппаратную систему, предназначенную для автоматизации целенаправленной деятельности конечных пользователей, обеспечивающую, в соответствии с заложенной в неё логикой обработки, возможность получения, модификации и хранения информации.Для контроля состояния промысла на основе ретроспективного анализа все эти данные должны накапливаться в базах для выявления динамики процесса разработкипромысла и принятия решений по оптимизации промысловых работ.Одним из важных факторов, оказывающих влияние на долговечность и надёжность оборудования нефтегазодобычи, является совокупность параметров и характеристик месторождения. Очевидно, что рабочий ресурс совершенно идентичного оборудования, работающего в разных условиях, будет различен.
Методы определения факторов надёжностиоборудования нефтедобычиВ силу того, что постановка лабораторных экспериментов с целью определения основных параметров надёжности на нефтегазовом оборудовании неперспективна, для оценки рабочего ресурса, среднего времени наработки и других показателей надёжности оборудования широко применяется расчёт на основании эмпирических данных, полученных непосредственно в процессе добычи сырья [3, 12, 13].Принципы эмпирического подхода при исследовании надёжности эксплуатации нефтегазодобывающего оборудования строятся на учёте сложной структуры факторов добычи.При статистическом подходе для описания параметров надёжности используют функции распределения, как, например, в случае определения времени наработки оборудования на отказ. На характер кривых функций распределения влияют разнообразные факторы –типоразмер оборудования и целый ряд параметров эксплуатации свойства пласта и добываемого продукта, дебит скважины, методы поддержания пластового давления и т.п. [3].Характеристики надёжности технологического оборудования в существенной мере зависят от качественных особенностей и совокупности параметров месторождения, которые не постоянны во времени. С учётом того, что описание изменений состояния месторождения со временем уже само по себе является сложной задачей,исследование характеристик надёжности требует тщательного методического подхода как в части составления баз данных, так и при интерпретации результатов.На рисунках 1и 2представлены эмпирические данные по вероятности безотказной работыR(t)для трёх видов насосов, а также по долевому распределению причин отказов.
Рисунок 1–Зависимость вероятности безотказной работы R(t)от продолжительности наработки для трёх видов насосов
Рисунок 2–Долевое распределение причин отказов
Анализ данных по рисункам 1и 2показывает, что при условии соблюдения процедурных требований могут быть получены статистически достоверные данные по характеристикам надёжности насосного оборудования.
Исследование характеристик надёжностисистемы«скважина –установка электроприводных центробежных насосов(УЭЦН)»[13, 14]Структурный элемент «скважина –УЭЦН» представляет собой более высокий уровень иерархии в сравнении с рассмотренной выше задачей эмпирического определения надёжности насосного оборудования. Представляет интерес сопоставление подходов при изучении надёжности элементов разного уровня иерархии сложной системы.В соответствии с разделением отказов на эксплуатационные и конструкционныеотказы оборудования при условии его штатного использования среди факторов надёжности можно выделить эксплуатационную и конструкционную компоненты рисунок 3).
Рисунок 3–Факторы надёжности элемента «скважина –УЭЦН»
Эксплуатационная надёжность элемента «скважина –УЭЦН» характеризует бездефектность работы эксплуатирующего оборудование предприятия, конструкционнаянадёжность УЭЦН–показатели долговременной работоспособности насоса.Эксплуатационная надёжность элемента «скважина–УЭЦН»может быть разделена на подуровни надёжности по отношению к разным эксплуатационным факторам,конструкционная надёжность УЭЦН–на надёжности отдельных узлов УЭЦН.С практической точки зрения, существует возможность установления по результатам ревизии поднятого оборудования вычисления доли исправных узлов УЭЦН, пригодных для повторного использования.При выполнении программ оптимизации необходимо учесть, что для достижениямаксимальной надёжности системы «скважина –УЭЦН»некорректно проводить оптимизацию отдельно по эксплуатационным и отдельно по конструкционным параметрам,поскольку выявление при этом глобального максимума не представляется возможным. Решение задачи оптимизации следует проводить сразу по всем параметрам.При подготовке исходных данных используются эксплуатационные базы данныхнефтяных компаний со следующей информацией:продолжительность работы УЭЦНдо подъёма;причины остановки и причины отказа УЭЦН;данные о дефектах узлов УЭЦН, выявленные при разборе оборудования, и некоторые другие.На протяжении долгого времени в практике нефтедобывающей отрасли повсеместное распространение получили эмпирические характеристики «межремонтный период» МРП и «наработка на отказ» ННО. Однако на современном этапе необходимо принимать в расчёт более широкий спектр параметров. Исходные данные о наработках должны включать всю имеющуюся информацию о работе данного оборудования. Если прежде при расчёте МРПи ННОучитывали данные только в течение текущего года, то теперь, по мнению авторов [13], необходимо опираться на более полные временные интервалы.Вкачестве примера расчётов ННО, МРП и T0,5гарантированного ресурса наработки на отказ 50 % установок могут быть приведены данные, полученные в нефтяных компаниях, работающих в Западной Сибири. За время наблюдения оставались неизменными как условия эксплуатации, так и применяемое оборудование. Результаты представлены на рисунке 4 [13].
Рисунок 4–Динамика изменения оценок надёжностиэлемента «скважина–УЭЦН» производства «Новомет»
Из приведённых данных определяют различные параметры надёжности элемента«скважина –УЭЦН».
Факторы надёжности в условиях осложнений добычи [15, 16]В развитии рассмотренных выше положений о надёжности насосного оборудования и более сложной связки «скважина –УЭЦН»представляет интерес учёт влияния на надёжность геологопромысловых особенностей с признаками дефектности скважины и осложнённых условий.В [15] проведён анализ причин отказов скважинного оборудования и исследование влияния геологопромысловых и технологических параметров скважин на интенсивность отказов глубиннонасосных установок.Интенсивность отказов установокштанговых скважинныхнасосов(ШСН)иэлектроцентробежныхнасосов(ЭЦН)исследована как функция продуктивности, обводнённости продукции, показателей искривления скважины и режима работы насоса.Определение закона распределения отказов глубиннонасосных установок выполняли с использованием статистических методов с проверкой групп скважин на однородность на основе критерия квадрат:
,где I–число интервалов статистического ряда; –частота в iм интервале для первого распределения;N1–общее число значений случайной величины для первого распределения; –частота в iм интервале для второго распределения;N2–общее число значений случайной величины для второго распределения.Степень приближения статистического и теоретического распределений оценивали по критерию К. Пирсона 2 и А.Н. Колмогорова.Критерий2определяли из соотношения
гдеk–число интервалов статистического ряда;ni–частота в iм интервале;n–общее число значений случайной величины;Pi–теоретическая вероятность попадания случайной величины в iй интервал.Статистическую функцию распределения
и теоретическую функциюраспределения
для распределения Вейбулла строили с использованием критерия А.Н. Колмогорова. Максимальную величину расхождения между функциями
и
оценивали из
.
На основании анализ полученных законов распределения интенсивностиотказов глубиннонасосных установокв зависимости от геологопромысловых и технологическихпараметровскважин можно заключить, что интенсивностьотказов имеет вид непрерывно возрастающей функции. Характер функции свидетельствует о накоплении в деталях скважинного оборудования необратимых изменений в результате физических, химических и других процессов –усталости, изнашивания и старения.Установлено, что обводнённость продукции как осложняющий фактор оказывает наибольшее влияние на интенсивностьотказов установок ШСН. Для установок ЭЦНнаибольшее влияние на интенсивностьотказовоказывает параметр, характеризующий продуктивность скважины.Дефектность скважины также оказывает значительное влияние на отказы оборудования. Так, анализ графических зависимостей показал, что наибольшее влияние на интенсивность отказов электроцентробежных и штанговых насосных установок оказывают параметры, характеризующие углы искривления скважины.По данным [16], основными и приоритетными причинами выхода из строя оборудования осложнённого фонда является усталостнокоррозионноабразивный износ, вызванный ростом обводнённости, повышенной искривлённостью скважин и выносом механических частиц из зумпфа и призабойной зоны пласта.
Предварительные обобщения по классификации факторовнадёжности и нефтедобычиНа основе обобщения данных настоящей статьиможно сделать некоторые существенные положения. Общая постановка задачи исследования надёжности нефтедобывающего оборудования приводит к таким практически значимым положениям как долговечность, прогнозирование аварийности и оптимизации ремонтных работ.На наш взгляд, правомерно утверждение о необходимости создания полноценной информационной системы с базами данных для расчёта надёжности. Расширение временного интервала сбора данных –способ создания такой базы.База данных должна формироваться на основе сбора и постоянного хранения всего объёма производственной и диагностической информации [17].Такая информация представляет:большую ценность с точки зрения разработки перспективных методов диагностики, основанных на математической обработке больших объёмов исходных данных –методы математической статистики, динамического хаоса, разработка имитационных моделей и др.;основу для разработки методов оптимального планирования сроков проведения ремонтов нефтедобывающего и газотранспортного оборудования.В [17] описан метод создания информационноизмерительных систем с использованием ретроспективного анализа базы данных о динамике падения дебитов скважин и численных решениях, полученных на основе имитационной модели отказов газоперекачивающего оборудования. Метод долгосрочного планирования позволяет уменьшить аварийностьи сократить время простоя оборудования.Структурная схема задачи повышения надёжности и эффективности предприятий нефтегазовой отрасли может быть представлена в виде упрощённой схемы рисунок 5) [17].
Рисунок 5–Факторы повышения надёжности и эффективностинефтедобычи с использованиеминформационноизмерительных систем ИИСПредставляется, что схема, изображённая на рисунке 5, может рассматриватьсятолько как начальное приближение при создании системы классификации методов повышения эффективности нефтедобычи.Рассмотрение факторов надёжности оборудования в аспекте эффективности нефтедобычи приводит к следующей классификации факторов:общесистемные–подходы, которые касаются сразу нескольких этапов жизненного цикла нефтедобычи (при оптимизации коэффициента извлечения нефти, принципы и технологии энергосбереженияи др.);среднемасштабные–локализованные по природе происхождения и проявления (солеотложение и другие факторы затруднения добычи);частные и редко встречающиеся случаи.Следует подчеркнуть, что многие из перечисленных факторов представляют собой нечёткие множества, области существования которых пересекаются.Таким образом, можно сделать следующие выводы:1. Сформулирована задача о создании в структуре нефтедобывающего предприятия интеллектуальных информационных и управляющих систем как базовом компоненте высокоэффективного производства.2. На основе выполнения эмпирических исследований могут быть получены статистически достоверные данные по характеристикам надёжности насосного оборудования.3. На надёжность УЭЦН и УШСН существенное влияние оказывают геологопромысловые особенности с признаками дефектности скважины и осложнённые условия.4. Разработаны принципы классификации факторов надёжности оборудования в аспекте эффективности нефтедобычи.
Ссылки на источники
1. Лоскутов А.Ю., Михайлов А.С. Основы теории сложных систем. –М.–Ижевск: Изд. РХД, 2007.–612 с.2. Острейковский В.А. Теория надёжности. Учебник для вузов. –М.: Высшая школа, 2003. –463 с.3. Байков П.Р., Смородов Е.А., Ахмадуллин К.Р. Методы анализа надёжности и эффективности систем добычи и транспорта углеводородного сырья. –М.: ООО «НедраБизнесцентр», 2003. –275 с.4. Смородов Е.А., Исмаков Р.А., Деев В.Г. Оптимизация сроков проведения ремонтных мероприятий подземного оборудования // Нефтяное хозяйство, 2001. –№2.–С. 6063.5. Поспелова Д.А. Нечёткие множества в моделях управления и искусственного интеллекта. –М.: Наука, 1986.–205 с.6. Поспелов Д.А. Ситуационное управление: теория и практика. –М.: Наука, 1986. –288 с.7. Круглов В.В., Дли М.И., Голунов Р.Ю. Нечёткая логика и искусственные нейронные сети. –М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001. –224 с.8. Смагин А.А., Липатова С. В., Мельниченко А.С. Интеллектуальные информационные системы: учебное пособие. –Ульяновск: УлГУ, 2010. –136 с.9. Гаврилова Т.А., Хорошевский В.Ф. Базы знаний интеллектуальных систем. –СПб.: Питер, 2001. –384 с.10. Любарский Ю.Я. Интеллектуальные информационные системы. –М.: Наука, 1990. –227 с.11. Когаловский М.Р. Перспективные технологии информационных систем. –М.: ДМК Пресс; Компания АйТи, 2003. –288 с.12. Чернова К.В., Аптыкаев Г.А., Шайдаков В.В. Эксплуатация глубинных электроцентробежных насосных установок в условиях интенсивного солеотложения // Научный журнал «Современные наукоёмкие технологии». –2007. –№ 10. –С. 2833.URL: http://www.rae.ru/snt/pdf/2007/10/4.pdf
13. Перельман О.М., Пещеренко С.Н., Рабинович А.И., Слепченко С.Д. Методика определения надёжности погружного оборудования и опыт её применения // Технологии ТЭК. –2005.–№ 3.–С. 6672.14. Слепченко С.Д. Статистическая теория надёжности. 4я Международная практическая конференция «Механизированная добыча 2007». 24 апреля г. Москва, 2007.15. Ухалов К.А. Исследование и моделирование показателей надёжности глубиннонасосного оборудования в наклоннонаправленных скважинах на примере Кальчинского месторождения. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. –Тюмень, 2005.16. Эпштейн А.Р. Совершенствование технологии скважинной добычи нефти в осложнённых условиях поздней стадии разработки месторождений. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. –Уфа, 2005.17. Смородов Е.А. Методы повышения надёжности и эффективности технологического и энергетического оборудования в процессах добычи и транспорта нефти и газа. Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук. –Уфа, 2004.
Антониади Дмитрий Георгиевичдоктор технических наук, профессор, академик РАЕНзав. кафедрой Нефтегазового дела имени профессора Г.Т. Вартумяна,директор института Нефти, газа и энергетикиФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет», г. Краснодарantoniadi@kubstu.ru
Antoniadi Dmitriy Georgievichdoctor of the technical sciences, professor, academician,head of the pulpit oil and gas deal of the name of the professor G.T. Vartumyan,director of the institute to oils, gas and energyKuban State Technological University, Krasnodarcity
Савенок Ольга Вадимовнакандидат технических наук, доцент,доцент кафедры Нефтегазового дела имени профессора Г.Т. ВартумянаФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет», г. Краснодарolgasavenok@mail.ru
Savenok Olga Vadimovnacandidate of the technical sciences, assistant professor,assistant professor of the pulpit oil and gas deal of the name of the professor G.T. VartumyanKuban State Technological University, Krasnodarcity
МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЁЖНОСТИОБОРУДОВАНИЯ НЕФТЕДОБЫЧИ.ИНФОРМАЦИОННАЯ КОМПОНЕНТА МЕТОДОЛОГИИ ИПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ПО ПОСТРОЕНИЮ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ
THE METHODOLOGICAL ASPECTS TO SERVICEABILITYOF THE EQUIPMENT OF OIL PRODUCTION.INFORMATION COMPONENT TO METHODOLOGIES ANDSTATEMENT OF THE PROBLEM ON BUILDING OF THE INFORMATION SYSTEM
Аннотация: В статье рассмотрены методы определения факторов надёжности оборудования нефтедобычи, проведено исследование характеристик надёжности системы «скважина –установка электроприводных центробежных насосов», приведены факторы надёжности в условиях осложнений добычи. Представлены предварительные обобщения по классификации факторов надёжности нефтедобывающего оборудования, приводящие к таким практически значимым положениям как долговечность, прогнозирование аварийности и оптимизации ремонтных работ. Разработаны принципы классификации факторов надёжности оборудования в аспекте эффективности нефтедобычи.
The Abstract: In article are considered methods of the determination factor to reliability of the equipment of oil production, is organized study of the features system reliability «bore hole –installation of electric drive centrifugal pump», broughted factors to reliability in condition of the complications of the production. Thepreliminary generalizations will Presented on classifications factor to reliability of oil producing equipment, bring about such practically significant positions as longevity, forecasting to accident rates and optimization of the repair work. The Designed principles to classifications factor to reliability of the equipment in aspect of efficiency of oil production.
Ключевые слова: Эксплуатационная надёжность, информационная система, классификация факторов надёжности оборудования, условия осложнений добычи, информационноизмерительная система.
Keywords:Serviceability, information system, classification factor to reliability of the equipment, condition of the complications of the production, informationmeasuring system.
Савенок Ольга Вадимовнакандидат технических наук, доцент,доцент кафедры Нефтегазового дела имени профессора Г.Т. ВартумянаФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет», г. Краснодарolgasavenok@mail.ru
МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЁЖНОСТИОБОРУДОВАНИЯ НЕФТЕДОБЫЧИ.ИНФОРМАЦИОННАЯ КОМПОНЕНТА МЕТОДОЛОГИИ ИПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ПО ПОСТРОЕНИЮ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ
Аннотация:В статье рассмотрены методы определения факторов надёжности оборудования нефтедобычи, проведено исследование характеристик надёжности системы «скважина –установка электроприводных центробежных насосов», приведены факторы надёжности в условиях осложнений добычи. Представлены предварительные обобщения по классификации факторов надёжности нефтедобывающего оборудования, приводящие к таким практически значимым положениям как долговечность, прогнозирование аварийности и оптимизации ремонтных работ. Разработаны принципы классификации факторов надёжности оборудования в аспекте эффективности нефтедобычи.
Ключевые слова:Эксплуатационная надёжность, информационная система, классификация факторов надёжности оборудования, условия осложнений добычи, информационноизмерительная система.
Следует уточнить предмет исследования данной статьи. Понятие надёжность сложных систем, к которым относятся и нефтедобывающие системы, представляет собой самостоятельный раздел науки о технических системах [1, 2]. Нефтедобывающая система в полном виде включает в себя оборудование наземное и подземное, системы энергообеспечения, управления и другие службы. Правомерно говорить о надёжности полной нефтедобывающей системы, причём эта задача имеет комплексный характер.Методологические подходы к изучению надёжности нефтегазовых систем имеютряд специфических особенностей по сравнению с другими отраслями промышленности [3].Работы по надёжности в области нефтегазового оборудования имеют ряд специфических особенностей по сравнению с другими отраслями промышленности. Сложная структура факторов –огромные пространственные масштабы, воздействие климатических условий, специфика подземной работы оборудования в постоянно изменяющихся условиях продуктивного пласта –все эти обстоятельства делают либо крайне затруднёнными, либо невозможными натурные эксперименты, что является обычной практикой для классических исследований в области надёжности оборудования. Например, по данным [4] учёт условий эксплуатации дебитов, обводнённостижидкости, динамических уровней, содержания примесей и пр. требует длительных периодов экспериментальных работ 1530 сут.Указанные факторы характеризуются высокой степенью неопределённости и неполноты, что предопределяет использование при их исследованииопределённого инструментария –нечёткие системы [5], ситуационное управление [6], нечёткая логика [7] и др.Один из эффективных методов в изучении и прогнозировании параметров надёжности в нефтегазовой отрасли –моделирование. К существенным сторонам моделирования технологических процессов и прогнозирования долговечности и отказовоборудования относитсято, что при формировании базы данных требуется большой объём информации, полученной за сравнительно короткие сроки. Как следствие, становится очевидной необходимость частых измерений параметров эксплуатации, что возможно лишь при автоматизированном сборе данных в структуре информационнойсистемы. Таким образом, возникает необходимость построения в составе нефтедобывающего предприятия информационной системы.Имеет смысл уточнить базовые формулировки понятия об информационной системе, подходы к описанию которой интерпретируются достаточно широко [811].В широком смысле информационная система есть совокупность технического, программного и организационного обеспечения, а также персонала, предназначеннаядля того, чтобы своевременно обеспечивать надлежащих людей надлежащей информацией.Согласно М.Р. Когаловскому,«информационной системой называется комплекс, включающий вычислительное и коммуникационное оборудование, программное обеспечение, лингвистические средства и информационные ресурсы, а также системный персонал и обеспечивающий поддержку динамической информационной модели некоторой части реального мира для удовлетворения информационных потребностей пользователей» [11].В узком смысле информационной системой называют только подмножество компонентов информационной системы в широком смысле, включающее базы данных, системы управления базами данных и специализированные прикладные программы. Информационную систему вузком смысле рассматривают как программноаппаратную систему, предназначенную для автоматизации целенаправленной деятельности конечных пользователей, обеспечивающую, в соответствии с заложенной в неё логикой обработки, возможность получения, модификации и хранения информации.Для контроля состояния промысла на основе ретроспективного анализа все эти данные должны накапливаться в базах для выявления динамики процесса разработкипромысла и принятия решений по оптимизации промысловых работ.Одним из важных факторов, оказывающих влияние на долговечность и надёжность оборудования нефтегазодобычи, является совокупность параметров и характеристик месторождения. Очевидно, что рабочий ресурс совершенно идентичного оборудования, работающего в разных условиях, будет различен.
Методы определения факторов надёжностиоборудования нефтедобычиВ силу того, что постановка лабораторных экспериментов с целью определения основных параметров надёжности на нефтегазовом оборудовании неперспективна, для оценки рабочего ресурса, среднего времени наработки и других показателей надёжности оборудования широко применяется расчёт на основании эмпирических данных, полученных непосредственно в процессе добычи сырья [3, 12, 13].Принципы эмпирического подхода при исследовании надёжности эксплуатации нефтегазодобывающего оборудования строятся на учёте сложной структуры факторов добычи.При статистическом подходе для описания параметров надёжности используют функции распределения, как, например, в случае определения времени наработки оборудования на отказ. На характер кривых функций распределения влияют разнообразные факторы –типоразмер оборудования и целый ряд параметров эксплуатации свойства пласта и добываемого продукта, дебит скважины, методы поддержания пластового давления и т.п. [3].Характеристики надёжности технологического оборудования в существенной мере зависят от качественных особенностей и совокупности параметров месторождения, которые не постоянны во времени. С учётом того, что описание изменений состояния месторождения со временем уже само по себе является сложной задачей,исследование характеристик надёжности требует тщательного методического подхода как в части составления баз данных, так и при интерпретации результатов.На рисунках 1и 2представлены эмпирические данные по вероятности безотказной работыR(t)для трёх видов насосов, а также по долевому распределению причин отказов.
Рисунок 1–Зависимость вероятности безотказной работы R(t)от продолжительности наработки для трёх видов насосов
Рисунок 2–Долевое распределение причин отказов
Анализ данных по рисункам 1и 2показывает, что при условии соблюдения процедурных требований могут быть получены статистически достоверные данные по характеристикам надёжности насосного оборудования.
Исследование характеристик надёжностисистемы«скважина –установка электроприводных центробежных насосов(УЭЦН)»[13, 14]Структурный элемент «скважина –УЭЦН» представляет собой более высокий уровень иерархии в сравнении с рассмотренной выше задачей эмпирического определения надёжности насосного оборудования. Представляет интерес сопоставление подходов при изучении надёжности элементов разного уровня иерархии сложной системы.В соответствии с разделением отказов на эксплуатационные и конструкционныеотказы оборудования при условии его штатного использования среди факторов надёжности можно выделить эксплуатационную и конструкционную компоненты рисунок 3).
Рисунок 3–Факторы надёжности элемента «скважина –УЭЦН»
Эксплуатационная надёжность элемента «скважина –УЭЦН» характеризует бездефектность работы эксплуатирующего оборудование предприятия, конструкционнаянадёжность УЭЦН–показатели долговременной работоспособности насоса.Эксплуатационная надёжность элемента «скважина–УЭЦН»может быть разделена на подуровни надёжности по отношению к разным эксплуатационным факторам,конструкционная надёжность УЭЦН–на надёжности отдельных узлов УЭЦН.С практической точки зрения, существует возможность установления по результатам ревизии поднятого оборудования вычисления доли исправных узлов УЭЦН, пригодных для повторного использования.При выполнении программ оптимизации необходимо учесть, что для достижениямаксимальной надёжности системы «скважина –УЭЦН»некорректно проводить оптимизацию отдельно по эксплуатационным и отдельно по конструкционным параметрам,поскольку выявление при этом глобального максимума не представляется возможным. Решение задачи оптимизации следует проводить сразу по всем параметрам.При подготовке исходных данных используются эксплуатационные базы данныхнефтяных компаний со следующей информацией:продолжительность работы УЭЦНдо подъёма;причины остановки и причины отказа УЭЦН;данные о дефектах узлов УЭЦН, выявленные при разборе оборудования, и некоторые другие.На протяжении долгого времени в практике нефтедобывающей отрасли повсеместное распространение получили эмпирические характеристики «межремонтный период» МРП и «наработка на отказ» ННО. Однако на современном этапе необходимо принимать в расчёт более широкий спектр параметров. Исходные данные о наработках должны включать всю имеющуюся информацию о работе данного оборудования. Если прежде при расчёте МРПи ННОучитывали данные только в течение текущего года, то теперь, по мнению авторов [13], необходимо опираться на более полные временные интервалы.Вкачестве примера расчётов ННО, МРП и T0,5гарантированного ресурса наработки на отказ 50 % установок могут быть приведены данные, полученные в нефтяных компаниях, работающих в Западной Сибири. За время наблюдения оставались неизменными как условия эксплуатации, так и применяемое оборудование. Результаты представлены на рисунке 4 [13].
Рисунок 4–Динамика изменения оценок надёжностиэлемента «скважина–УЭЦН» производства «Новомет»
Из приведённых данных определяют различные параметры надёжности элемента«скважина –УЭЦН».
Факторы надёжности в условиях осложнений добычи [15, 16]В развитии рассмотренных выше положений о надёжности насосного оборудования и более сложной связки «скважина –УЭЦН»представляет интерес учёт влияния на надёжность геологопромысловых особенностей с признаками дефектности скважины и осложнённых условий.В [15] проведён анализ причин отказов скважинного оборудования и исследование влияния геологопромысловых и технологических параметров скважин на интенсивность отказов глубиннонасосных установок.Интенсивность отказов установокштанговых скважинныхнасосов(ШСН)иэлектроцентробежныхнасосов(ЭЦН)исследована как функция продуктивности, обводнённости продукции, показателей искривления скважины и режима работы насоса.Определение закона распределения отказов глубиннонасосных установок выполняли с использованием статистических методов с проверкой групп скважин на однородность на основе критерия квадрат:
,где I–число интервалов статистического ряда; –частота в iм интервале для первого распределения;N1–общее число значений случайной величины для первого распределения; –частота в iм интервале для второго распределения;N2–общее число значений случайной величины для второго распределения.Степень приближения статистического и теоретического распределений оценивали по критерию К. Пирсона 2 и А.Н. Колмогорова.Критерий2определяли из соотношения
гдеk–число интервалов статистического ряда;ni–частота в iм интервале;n–общее число значений случайной величины;Pi–теоретическая вероятность попадания случайной величины в iй интервал.Статистическую функцию распределения
и теоретическую функциюраспределения
для распределения Вейбулла строили с использованием критерия А.Н. Колмогорова. Максимальную величину расхождения между функциями
и
оценивали из
.
На основании анализ полученных законов распределения интенсивностиотказов глубиннонасосных установокв зависимости от геологопромысловых и технологическихпараметровскважин можно заключить, что интенсивностьотказов имеет вид непрерывно возрастающей функции. Характер функции свидетельствует о накоплении в деталях скважинного оборудования необратимых изменений в результате физических, химических и других процессов –усталости, изнашивания и старения.Установлено, что обводнённость продукции как осложняющий фактор оказывает наибольшее влияние на интенсивностьотказов установок ШСН. Для установок ЭЦНнаибольшее влияние на интенсивностьотказовоказывает параметр, характеризующий продуктивность скважины.Дефектность скважины также оказывает значительное влияние на отказы оборудования. Так, анализ графических зависимостей показал, что наибольшее влияние на интенсивность отказов электроцентробежных и штанговых насосных установок оказывают параметры, характеризующие углы искривления скважины.По данным [16], основными и приоритетными причинами выхода из строя оборудования осложнённого фонда является усталостнокоррозионноабразивный износ, вызванный ростом обводнённости, повышенной искривлённостью скважин и выносом механических частиц из зумпфа и призабойной зоны пласта.
Предварительные обобщения по классификации факторовнадёжности и нефтедобычиНа основе обобщения данных настоящей статьиможно сделать некоторые существенные положения. Общая постановка задачи исследования надёжности нефтедобывающего оборудования приводит к таким практически значимым положениям как долговечность, прогнозирование аварийности и оптимизации ремонтных работ.На наш взгляд, правомерно утверждение о необходимости создания полноценной информационной системы с базами данных для расчёта надёжности. Расширение временного интервала сбора данных –способ создания такой базы.База данных должна формироваться на основе сбора и постоянного хранения всего объёма производственной и диагностической информации [17].Такая информация представляет:большую ценность с точки зрения разработки перспективных методов диагностики, основанных на математической обработке больших объёмов исходных данных –методы математической статистики, динамического хаоса, разработка имитационных моделей и др.;основу для разработки методов оптимального планирования сроков проведения ремонтов нефтедобывающего и газотранспортного оборудования.В [17] описан метод создания информационноизмерительных систем с использованием ретроспективного анализа базы данных о динамике падения дебитов скважин и численных решениях, полученных на основе имитационной модели отказов газоперекачивающего оборудования. Метод долгосрочного планирования позволяет уменьшить аварийностьи сократить время простоя оборудования.Структурная схема задачи повышения надёжности и эффективности предприятий нефтегазовой отрасли может быть представлена в виде упрощённой схемы рисунок 5) [17].
Рисунок 5–Факторы повышения надёжности и эффективностинефтедобычи с использованиеминформационноизмерительных систем ИИСПредставляется, что схема, изображённая на рисунке 5, может рассматриватьсятолько как начальное приближение при создании системы классификации методов повышения эффективности нефтедобычи.Рассмотрение факторов надёжности оборудования в аспекте эффективности нефтедобычи приводит к следующей классификации факторов:общесистемные–подходы, которые касаются сразу нескольких этапов жизненного цикла нефтедобычи (при оптимизации коэффициента извлечения нефти, принципы и технологии энергосбереженияи др.);среднемасштабные–локализованные по природе происхождения и проявления (солеотложение и другие факторы затруднения добычи);частные и редко встречающиеся случаи.Следует подчеркнуть, что многие из перечисленных факторов представляют собой нечёткие множества, области существования которых пересекаются.Таким образом, можно сделать следующие выводы:1. Сформулирована задача о создании в структуре нефтедобывающего предприятия интеллектуальных информационных и управляющих систем как базовом компоненте высокоэффективного производства.2. На основе выполнения эмпирических исследований могут быть получены статистически достоверные данные по характеристикам надёжности насосного оборудования.3. На надёжность УЭЦН и УШСН существенное влияние оказывают геологопромысловые особенности с признаками дефектности скважины и осложнённые условия.4. Разработаны принципы классификации факторов надёжности оборудования в аспекте эффективности нефтедобычи.
Ссылки на источники
1. Лоскутов А.Ю., Михайлов А.С. Основы теории сложных систем. –М.–Ижевск: Изд. РХД, 2007.–612 с.2. Острейковский В.А. Теория надёжности. Учебник для вузов. –М.: Высшая школа, 2003. –463 с.3. Байков П.Р., Смородов Е.А., Ахмадуллин К.Р. Методы анализа надёжности и эффективности систем добычи и транспорта углеводородного сырья. –М.: ООО «НедраБизнесцентр», 2003. –275 с.4. Смородов Е.А., Исмаков Р.А., Деев В.Г. Оптимизация сроков проведения ремонтных мероприятий подземного оборудования // Нефтяное хозяйство, 2001. –№2.–С. 6063.5. Поспелова Д.А. Нечёткие множества в моделях управления и искусственного интеллекта. –М.: Наука, 1986.–205 с.6. Поспелов Д.А. Ситуационное управление: теория и практика. –М.: Наука, 1986. –288 с.7. Круглов В.В., Дли М.И., Голунов Р.Ю. Нечёткая логика и искусственные нейронные сети. –М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001. –224 с.8. Смагин А.А., Липатова С. В., Мельниченко А.С. Интеллектуальные информационные системы: учебное пособие. –Ульяновск: УлГУ, 2010. –136 с.9. Гаврилова Т.А., Хорошевский В.Ф. Базы знаний интеллектуальных систем. –СПб.: Питер, 2001. –384 с.10. Любарский Ю.Я. Интеллектуальные информационные системы. –М.: Наука, 1990. –227 с.11. Когаловский М.Р. Перспективные технологии информационных систем. –М.: ДМК Пресс; Компания АйТи, 2003. –288 с.12. Чернова К.В., Аптыкаев Г.А., Шайдаков В.В. Эксплуатация глубинных электроцентробежных насосных установок в условиях интенсивного солеотложения // Научный журнал «Современные наукоёмкие технологии». –2007. –№ 10. –С. 2833.URL: http://www.rae.ru/snt/pdf/2007/10/4.pdf
13. Перельман О.М., Пещеренко С.Н., Рабинович А.И., Слепченко С.Д. Методика определения надёжности погружного оборудования и опыт её применения // Технологии ТЭК. –2005.–№ 3.–С. 6672.14. Слепченко С.Д. Статистическая теория надёжности. 4я Международная практическая конференция «Механизированная добыча 2007». 24 апреля г. Москва, 2007.15. Ухалов К.А. Исследование и моделирование показателей надёжности глубиннонасосного оборудования в наклоннонаправленных скважинах на примере Кальчинского месторождения. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. –Тюмень, 2005.16. Эпштейн А.Р. Совершенствование технологии скважинной добычи нефти в осложнённых условиях поздней стадии разработки месторождений. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. –Уфа, 2005.17. Смородов Е.А. Методы повышения надёжности и эффективности технологического и энергетического оборудования в процессах добычи и транспорта нефти и газа. Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук. –Уфа, 2004.
Антониади Дмитрий Георгиевичдоктор технических наук, профессор, академик РАЕНзав. кафедрой Нефтегазового дела имени профессора Г.Т. Вартумяна,директор института Нефти, газа и энергетикиФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет», г. Краснодарantoniadi@kubstu.ru
Antoniadi Dmitriy Georgievichdoctor of the technical sciences, professor, academician,head of the pulpit oil and gas deal of the name of the professor G.T. Vartumyan,director of the institute to oils, gas and energyKuban State Technological University, Krasnodarcity
Савенок Ольга Вадимовнакандидат технических наук, доцент,доцент кафедры Нефтегазового дела имени профессора Г.Т. ВартумянаФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет», г. Краснодарolgasavenok@mail.ru
Savenok Olga Vadimovnacandidate of the technical sciences, assistant professor,assistant professor of the pulpit oil and gas deal of the name of the professor G.T. VartumyanKuban State Technological University, Krasnodarcity
МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЁЖНОСТИОБОРУДОВАНИЯ НЕФТЕДОБЫЧИ.ИНФОРМАЦИОННАЯ КОМПОНЕНТА МЕТОДОЛОГИИ ИПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ПО ПОСТРОЕНИЮ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ
THE METHODOLOGICAL ASPECTS TO SERVICEABILITYOF THE EQUIPMENT OF OIL PRODUCTION.INFORMATION COMPONENT TO METHODOLOGIES ANDSTATEMENT OF THE PROBLEM ON BUILDING OF THE INFORMATION SYSTEM
Аннотация: В статье рассмотрены методы определения факторов надёжности оборудования нефтедобычи, проведено исследование характеристик надёжности системы «скважина –установка электроприводных центробежных насосов», приведены факторы надёжности в условиях осложнений добычи. Представлены предварительные обобщения по классификации факторов надёжности нефтедобывающего оборудования, приводящие к таким практически значимым положениям как долговечность, прогнозирование аварийности и оптимизации ремонтных работ. Разработаны принципы классификации факторов надёжности оборудования в аспекте эффективности нефтедобычи.
The Abstract: In article are considered methods of the determination factor to reliability of the equipment of oil production, is organized study of the features system reliability «bore hole –installation of electric drive centrifugal pump», broughted factors to reliability in condition of the complications of the production. Thepreliminary generalizations will Presented on classifications factor to reliability of oil producing equipment, bring about such practically significant positions as longevity, forecasting to accident rates and optimization of the repair work. The Designed principles to classifications factor to reliability of the equipment in aspect of efficiency of oil production.
Ключевые слова: Эксплуатационная надёжность, информационная система, классификация факторов надёжности оборудования, условия осложнений добычи, информационноизмерительная система.
Keywords:Serviceability, information system, classification factor to reliability of the equipment, condition of the complications of the production, informationmeasuring system.
