Научная статья на тему 'Моделирование показателей надежности скважинного оборудования с помощью алгоритма «Гибели и размножения»'

Моделирование показателей надежности скважинного оборудования с помощью алгоритма «Гибели и размножения» Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
114
29
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
НАДЕЖНОСТЬ / МОДЕЛИРОВАНИЕ / СКВАЖИННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ / ВЕРОЯТНОСТЬ / НАРАБОТКА / RELIABILITY / SIMULATION / DOWNHOLE EQUIPMENT / PROBABILITY / WORKING HOURS

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Пяльченков Дмитрий Владимирович

Рассматривается метод моделирования показателей надежности скважинного насосного оборудования, основанный на использовании резервирования скважин.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Modeling the reliability of downhole equipment using the algorithm "life and death"

A method of modeling the reliability of downhole pumping equipment based on the use of backup oil wells.

Текст научной работы на тему «Моделирование показателей надежности скважинного оборудования с помощью алгоритма «Гибели и размножения»»

Институт Государственного управления, Главный редактор - д.э.н., профессор К.А. Кирсанов

права и инновационных технологий (ИГУПИТ) тел. для справок: +7 (925) 853-04-57 (с 1100 - до 1800)

Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» №5 2013 Опубликовать статью в журнале - http://publ.naukovedenie.ru

Пяльченков Дмитрий Владимирович

Тюменский государственный нефтегазовый университет Главный специалист Управления научно-исследовательских работ

Кандидат технических наук / Доцент Pyalchenkov Dmitry Vladimirovich Tyumen State Oil and Gas University Chief specialist of the research department E-Mail: d_v_pial@tsogu.ru

05.13.01 «Системный анализ, обработка и управление информацией»

Моделирование показателей надежности скважинного оборудования с помощью алгоритма «гибели и размножения»

Modeling the reliability of downhole equipment using the algorithm "life and death"

Аннотация: Рассматривается метод моделирования показателей надежности

скважинного насосного оборудования, основанный на использовании резервирования скважин.

Abstract: A method of modeling the reliability of downhole pumping equipment based on the use of backup oil wells.

Ключевые слова: Надежность, моделирование, скважинное оборудование,

вероятность, наработка.

Key words: Reliability, simulation, downhole equipment, the probability, working hours.

***

Одной из основных задач, решаемых в процессе эксплуатации систем, является задача обеспечения их надежной работы. Острота этой проблемы обусловлена сложностью технических устройств и высокими значениями эксплуатационных нагрузок. Поэтому под надежностью следует понимать свойство технических устройств выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки в определенных условиях эксплуатации [1].

На практике в числе других показателей надежности принято оперировать средней величиной межремонтного периода (МРП) независимо от вида подземного ремонта. Такой подход к оценке деятельности промыслов совершенно не верен. Понятие МРП в нормативнотехнической документации Минэнерго отсутствует. Его аналогом для скважин является средняя наработка на текущий ремонт, которая характеризует наработку скважины, приходящуюся в среднем на один текущий ремонт в рассматриваемом интервале суммарной наработки.

Для нормального функционирования нефтепромысловых систем необходимо рациональное распределение требований между основными показателями их надежности: вероятностью безотказной работы (ВБР), средней наработкой системы до отказа, средней наработкой системы между отказами и т.д. Характерной особенностью эксплуатации скважин и скважинного оборудования является то, что отказ на любом этапе функционирования приводит к одним и тем же последствиям, а именно: невосполнимым потерям добычи нефти [2].

Институт Государственного управления, Главный редактор - д.э.н., профессор К.А. Кирсанов

права и инновационных технологий (ИГУПИТ) тел. для справок: +7 (925) 853-04-57 (с 1100 - до 1800)

Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» №5 2013 Опубликовать статью в журнале - http://publ.naukovedenie.ru

Для качественного решения этой задачи целесообразно экономические показатели системы определять непосредственно через основные показатели ее надежности с последующим поиском рациональных решений по каждому показателю надежности [2,3].

Рассмотрим фонд скважин, состоящий из к рабочих и N резервных. Системой является фонд скважин, оборудованных установками одного типа. Резервные скважины могут находиться в нагруженном, ненагруженном и облегченном резервах. Система считается работоспособной, если не менее чем к ее скважин из общего количества N+k работоспособно. Задача решается в предположении, что момент отказа любой скважины фиксируется и отказавшая скважина тут же заменяется на исправную из числа резерва. Исправность резервных скважин непрерывно контролируется.

Пусть в рассматриваемой системе одновременно может восстанавливаться Ь скважин. Рассмотрим случай, в котором Ь=1 (случай полного ограничения).

Алгоритм решения задачи заключается в следующем:

ВБР системы, начавшей работу полностью исправной, определяется по формуле:

п п+1 ехл(—X^п+1)^0 )

Р&) =П Л---------п^Н-------— (1)

у=0 •= Х-+1 П (х;+1 — Хп+1)

я=1

ВБР системы, начавшей работу, только что выйдя из состояния отказа, рассчитывается по формуле:

• —1,1 п ,,

П (х"+1— X') П Й—хп+1) п+1 Л . • • ’

_П+' Лп а=1Ь=г

^^ •—Г+, +, ^ +, +, ЕХр—хП+',0) (2)

г=1Х/ П(хП+>— х”+1) П (Х'+1 —ХП+1)

г у 7 4 а г

у=1 а=г+1

Средняя наработка системы до отказа и между отказами рассчитывается по следующим формулам:

л j п

пРЕвг 1вг

Т = V г=0 тп = г=0 (3)

_ у=0 Л j в j ’ Л п в п ^ '

При решении задачи использованы статистические данные по наработке на отказ скважин Тарасовского месторождения (эксплуатируется компанией Роснефть-Пурнефтегаз), оборудованных установками ШСН и ЭЦН. Расчеты выполнены при двух вариантах резервирования - при одном и двух незагруженных резервных элементах.

Результаты моделирования показателей надежности по схеме «гибели и размножения» приведены ниже.

Институт Государственного управления, Главный редактор - д.э.н., профессор К.А. Кирсанов

права и инновационных технологий (ИГУПИТ) тел. для справок: +7 (925) 853-04-57 (с 1100 - до 1800)

Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» №5 2013 Опубликовать статью в журнале - http://publ.naukovedenie.ru

Результаты расчетов основных показателей надежности установок ШСН и ЭЦН

п=1

10, сут. 200 250 300 350

Установки ШСН

Средняя наработка системы до отказа 319 457 629 781

Средняя наработка системы между отказами 228 284 347 426

ВБР системы, начавшей работу полностью исправной 0,581 0,41 0,2 0,13

ВБР системы, только вышедшей из состояния отказа 0,42 0,281 0,23 0,1

Установки ЭЦН

Средняя наработка системы до отказа 259 276 339 422

Средняя наработка системы между отказами 219 274 311 376

ВБР системы, начавшей работу полностью исправной 0,429 0,283 0,119 0,09

ВБР системы, только вышедшей из состояния отказа 0,37 0,216 0,104 0,05

п=2

Установки ШСН

Средняя наработка системы до отказа 419 519 659 822

Средняя наработка системы между отказами 329 412 472 561

ВБР системы, начавшей работу полностью исправной 0,71 0,692 0,539 0,41

ВБР системы, только вышедшей из состояния отказа 0,63 0,452 0,401 0,338

Установки ЭЦН

Средняя наработка системы до отказа 319 372 471 528

Средняя наработка системы между отказами 285 318 379 451

ВБР системы, начавшей работу полностью исправной 0,607 0,556 0,417 0,391

ВБР системы, только вышедшей из состояния отказа 0,519 0,498 0,31 0,291

По полученным результатам можно сделать вывод о том, что с увеличением заданной наработки на отказ расчетная наработка также увеличится. Например, для установок ШСН при заданной наработке 200 и 350 и одном ненагруженном элементе величина средней наработки до отказа составит 319 и 781 сут., а величина средней наработки между отказами -228 и 426 сут. Для двух ненагруженных элементов - 419 и 822 сут. и 329 и 561 сут. соответственно. Для установок ЭЦН эти показатели составят 259 и 422 сут. и 219 и 376 сут. для одного и 319 и 528 сут. и 285 и 451 сут. для двух ненагруженных элементов. Из приведенных данных следует, что наработка на отказ у систем, вышедших из состояния отказа, будет меньше чем у новых систем.

Сравнивая два различных типа насосных установок - ШСН и ЭЦН, - необходимо отметить большую расчетную наработку на отказ ШСН. Это связано с тем, что осложненные условия эксплуатации оказывают большее влияние на установки типа ЭЦН, чем на установки типа ШСН.

Анализируя расчетные показатели ВБР, можно отметить, что с увеличением заданной наработки на отказ показатели ВБР системы, вышедшей из состояния отказа и системы, начавшей свою работу исправной, уменьшаются. Например, при значениях заданной наработки 200 и 300 сут. величина расчетной ВБР системы, вышедшей из состояния отказа, составит 0,42 и 0,23 при одном ненагруженном резервном элементе и 0,63 и 0,401 при двух для ШСН и 0,37, 0,104 и 0,519, 0,31 для ЭЦН. Это можно объяснить тем, что при увеличении времени работы системы рабочие элементы установки изнашиваются и соответственно повышается вероятность их отказа. Тот факт, что с увеличением числа ненагруженных резервных элементов величина расчетных показателей надежности возрастает, можно объяснить тем, что большее количество резервных скважин дает больше возможностей для замены отказавшей добывающей скважины при мгновенной индикации отказа и замены

Институт Государственного управления, Главный редактор - д.э.н., профессор К.А. Кирсанов

права и инновационных технологий (ИГУПИТ) тел. для справок: +7 (925) 853-04-57 (с 1100 - до 1800)

Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» №5 2013 Опубликовать статью в журнале - http://publ.naukovedenie.ru

отказавшей скважины на исправную из резерва.

Также при анализе расчетных значений ВБР подтверждается сделанный выше вывод о том, что установки ШСН обладают большей надежностью при эксплуатации в осложненных условиях, чем установки ЭЦН.

ЛИТЕРАТУРА

1. РЯ. Кучумов, РР Кучумов «Моделирование надежности функционирования нефтепромысловых систем»//Тюмень: «Вектор-Бук», 2004г. 208 с.

2. Р.Р. Кучумов «Обеспечение эффективности эксплуатации глубинно-насосного оборудования скважин на поздней стадии разработки нефтяных месторождений» // М.: ВНИИОЭНГ, 2004 г. 260 с.

3. Р.Я. Кучумов, В. А. Пяльченков, РР Кучумов «Организация ремонтных работ на скважинах в осложненных условиях разработки нефтяных месторождений» // Тюмень, «Нефтегазовый университет», 2004 г. 154 с.

Рецензент: Медведев Андрей Витальевич, доцент, кандидат технических наук, кафедры «Техносферная безопасность», Тюменский государственный нефтегазовый университет.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.