Оценка надежности УЭЦН и их отдельных узлов по результатам промысловой эксплуатации тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.13, кандидат технических наук Слепченко, Сергей Дмитриевич

• Слепченко, Сергей Дмитриевич
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Слепченко, Сергей Дмитриевич

Введение.

1. Проблема оценки надежности УЭЦН по результатам промысловой эксплуатации.

1.1 Эксплуатационные характеристики УЭЦН.

1.2 Оценка надежности УЭЦН методами математической статистики.

1.3 Методы, принятые в нефтедобывающей отрасли, для оценки надежности УЭЦН по эксплуатационным данным.

1.4 Постановка задачи исследования.

2. Методика оценки надежности УЭЦН по эксплуатационным данным.

2.1 Типы данных о результатах эксплуатации УЭЦН.

2.2 Статистическая обработка цензурированных выборок данных.

2.3 Оценка необходимого объема выборки.

2.4 Оценка необходимой продолжительности испытаний.

2.5 Определение и критерии отказа УЭЦН.

2.6 Методики и процедуры анализа надежности УЭЦН.

2.6.1 Требования к методикам анализа надежности УЭЦН.

2.6.2 Расчет надежности УЭЦН по выбранному критерию отказа.

2.6.3 Процедура структурного анализа надежности УЭЦН.

2.6.4 Процедура поузлового анализа надежности УЭЦН.

2.7 Реализация методик и процедур анализа надежности УЭЦН по эксплуатационным данным.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оценка надежности УЭЦН и их отдельных узлов по результатам промысловой эксплуатации»

В современных условиях добычи нефти, при увеличении доли трудноизвлекаемых запасов, при использовании технологий интенсификации добычи актуальной задачей является улучшение эксплуатационных характеристик погружного нефтедобывающего оборудования, основным видом которого являются установки погружных электроцентробежных насосов (далее УЭЦН).

Эксплуатационные свойства УЭЦН характеризуются двумя группами параметров. К первой относятся гидродинамические и энергетические характеристики, такие как напорно-расходная характеристика, КПД, мощность. Вторая группа, надежность, определяет способность оборудования сохранять значения этих параметров в установленных пределах в процессе эксплуатации. Обе группы в равной мере характеризуют эксплуатационные свойства УЭЦН. Поэтому для разработки оборудования с улучшенными эксплуатационными характеристиками необходимо иметь объективные, научно обоснованные методики измерения этих параметров.

В настоящее время параметры первой группы принято измерять на специализированных стендах. Стендовые испытания данных параметров обладают достаточной точностью, получаемые при испытаниях значения являются общепринятыми характеристиками оборудования. Определение надежности на стендах также возможно, но стендовые испытания, могут лишь приближенно имитировать реальные условия эксплуатации, и поэтому не являются достаточными для описания надежности УЭЦН. Полное и достоверное представление о надежности погружного оборудования может быть получено только на основании результатов его эксплуатации в реальных промысловых условиях.

Поскольку отказы УЭЦН носят случайный характер, то научно обоснованные характеристики надежности погружных установок можно получить средствами математической статистики, точнее ее раздела -статистической теории надежности. Однако до настоящего времени в нефтедобывающей отрасли современные средства статистической теории надежности для обработки эксплуатационных данных не применялись.

Получившие в нефтедобывающей отрасли повсеместное распространение такие оценки, как «межремонтный период» и «наработка на отказ» при расчете надежности УЭЦН и их узлов имеют ряд существенных недостатков:

- получаемые для расчетов по этим методикам выборки данных не являются представительными;

- вычисляемые критерии зависят от графика ввода оборудования в эксплуатацию;

- не определяется точность, рассчитываемых оценок надежности.

Наличие указанных недостатков делает невозможной достоверную оценку результатов эксплуатации погружного оборудования с помощью «межремонтного периода» и «наработки на отказ» и ставит под сомнение результаты любого сравнительного анализа основанного на их расчете. Поэтому, актуальной задачей является разработка методики расчета надежности УЭЦН и их узлов по эксплуатационным данным, основанной на современных методах статистической теории надежности.

Целью диссертационного исследования является разработка методики расчета надежности УЭЦН и их узлов по данным промысловой эксплуатации. Для достижения цели исследования были поставлены и решены следующие задачи:

- разработана методика расчета надежности УЭЦН, отдельных деталей и комплектующих в составе УЭЦН по выбранному критерию отказа;

- на основе данных о причинах отказов и состоянии УЭЦН после эксплуатации разработаны процедуры оценки результатов эксплуатации УЭЦН, позволяющие определить основные факторы, ограничивающие продолжительность работы УЭЦН и предложить наиболее эффективные мероприятия по увеличению наработки погружного оборудования;

- разработана методика оценки надежности малых партий УЭЦН;

- на основе разработанных методик и процедур проведен анализ надежности УЭЦН и их узлов по нефтедобывающим предприятиям Западной Сибири.

Теоретической и методологической основой диссертационного исследования послужили работы отечественных и зарубежных ученых: Kaplan T.L., Meier P. [15], [31]; Скрипника В.М., Назина А.Е. [5]; Вальда А. [32], [33]; Филиппова В.Н. [4]; Бабаева С.Г. [38].

К основным элементам научной новизны работы, составляющим предмет защиты относится следующее:

• впервые доказана недостаточность принятых в нефтедобывающей отрасли оценок «межремонтный период» и «наработка на отказ» для расчета надежности УЭЦН;

• впервые предложена вероятностная4 модель отказов УЭЦН на основе обработки результатов эксплуатации на месторождениях Западной Сибири;

• впервые разработана методика расчета надежности погружного нефтедобывающего оборудования: полнокомплектных электропогружных установок, отдельных их узлов, отдельных элементов узлов по выбранному, в зависимости от целей исследования, критерию отказа;

• впервые разработана методика оценки надежности малых партий УЭЦН в ходе проведения подконтрольных испытаний.

Практическая значимость работы заключается в возможности проведения расчетов надежности УЭЦН и их узлов по результатам промысловой эксплуатации, сравнения различных конструкционных типов УЭЦН, выбора наиболее эффективных для конкретных условий эксплуатации конструкций, определения направлений улучшения конструкции УЭЦН. Разработанная методика позволяет получать прогноз результатов эксплуатации погружного нефтедобывающего оборудования, определять наиболее эффективные мероприятия по увеличению наработки УЭЦН.

Результаты диссертационной работы используются:

- производителем погружного нефтедобывающего оборудования ЗАО «Новомет-Пермь» для оценки надежности выпускаемого оборудования, определения направлений совершенствования продукции;

- сервисными предприятиями (ООО «Новомет-Сервис», ЗАО «ЛУКОЙЛ ЭПУ Сервис» и др.) и нефтяными компаниями (ОАО «Роснефть», ТНК-ВР и др.) для выбора требуемого погружного оборудования и определения мероприятий по увеличению наработки.

Основные положения диссертации опубликованы в 8 печатных работах: [23], [24], [25], [26], [27], [28], [86], [88].

Структура, содержание и объем диссертации определены, поставленной целью, задачами и логикой исследования. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, библиографического списка из 88 наименований.

Заключение диссертации по теме «Машины, агрегаты и процессы (по отраслям)», Слепченко, Сергей Дмитриевич

Выводы

1. Установлено, что принятые в нефтедобывающей отрасли показатели надежности «наработка на отказ» и «межремонтный период», не достаточны для оценки надежности УЭЦН и их узлов по эксплуатационным данным.

2. Показано, что для расчета надежности УЭЦН и их узлов по эксплуатационным данным должны применяться методы обработки цензурированных выборок данных статистической теории надежности. На основе данных методов разработана методика расчета надежности УЭЦН и их отдельных узлов по эксплуатационным данным.

3. Разработаны процедуры структурного и поузлового анализа надежности УЭЦН, позволяющие выявлять факторы, приводящие к отказам УЭЦН, определять направления по усовершенствованию конструкции УЭЦН, вырабатывать мероприятия по увеличению наработок погружного нефтедобывающего оборудования.

4. На основе метода последовательного анализа разработана методика оценки надежности малых партий УЭЦН.

5. Разработанные методики стали основой для расчета надежности УЭЦН по результатам эксплуатации этого вида оборудования на месторождениях Западной Сибири. На основе проведенного анализа эксплуатационных данных предложена вероятностная модель отказов УЭЦН.

4.7 Заключение

Предложена методика оценки надежности малых партий УЭЦН. Методика обеспечивает проверку соответствия оборудования заданному уровню надежности при минимальном числе и времени испытаний. Результат достигается за счет использования теоретико-вероятностного метода последовательного анализа и полученной вероятностной модели отказов. Даны примеры практического применения методики.

Предложена методика оценки минимально необходимого числа единиц оборудования для подконтрольных испытаний, при котором их продолжительность будет не больше заданной величины, например 1 года. Так для износостойких насосов «Новомет» это число оказалось порядка 10-15 шт. Также приведены расчёты минимальной суммарной наработки, необходимой для признания испытаний успешными для различных величин рисков.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Слепченко, Сергей Дмитриевич, 2011 год

1. Международный транслятор. Установки погружных центробежных насосов для добычи нефти. Под научной редакцией В.Ю. Алекперова, В.Я. Кершенбаума.

2. ГОСТ 27.002-89 Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения.

3. Фишбейн Ф.И. «Методы оценки надежности по результатам испытаний»

4. Филиппов В.Н. Надежность установок погружных центробежных насосов для добычи нефти// Обзорная информация. Насосостроение. Серия ХМ-4. М: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ. 1983. 50 с.

5. Скрипник В.М., Назин А.Е. Оценка надежности технических систем по цензурированным выборкам. Мн.: Наука и техника, 1981. - 144 с.

6. Феллер В. Введение в теорию вероятностей и ее приложения. Т. 1. М. Мир. 1984. 528 с.

7. Помазкова З.С., Лимончиков В.Д. Распределение отказов при работе установок погружных центробежных насосов. РНТС: серия Машины и нефтяное оборудование. М: ВНИИОЭНГ. 1969. № 9.

8. Определение количественных показателей надежности погружных электронасосов (методические материалы). Кишинев, 1966.

9. Методика расчета наработки на отказ и МРП в ОАО «Сургутнефтегаз».

10. Методика расчета наработки на отказ в ОАО «Юганскнефтегаз».

11. Brookbank, Earl В.: «How do you measure run life?», Presented at the North Side Branch of the Gulf Coast Chapter, SPE ESP Workshop, (May 1-3, 1996)

12. E.C. Венцель, JI.A. Овчаров. Теория вероятностей и ее инженерные приложения. -М.: Наука. Гл.ред. Физ.-мат. Лит.-1988.

13. Аронов И.З., Бурдасов E.H. Оценка надежности по результатам сокращенных испытаний. Москва. Издательство стандартов. 1987. 182 с.

14. Надежность и эффективность в технике. Т. 6. Экспериментальная обработка испытаний. Под. ред. Судакова P.C. и Тескина О.И. М.:Машиностроение, 1989. 375 с.

15. Kaplan T.L., Meier P. Nonparametric estimation from incomplete observations// Journal of the American Statistical Assosiation. V. 53. 1958. pp. 457-481.

16. Ван дер Варден B.JI. Математическая статистика. М: ИЛ. 1960. 436 с.

17. Худсон Д. Статистика для физиков. М: Мир. 1970. 296 с.

18. Бендат Дж., Пирсол А. Прикладной анализ случайных данных. М: Мир. 1989. 540 с.

19. Моисеев H.H., Иванилов Ю.П., Столярова Е.М. Методы оптимизации. М: Наука. 1978. 351 с.

20. Гнеденко Б.В., Беляев Ю.К., Соловьев А.Д. Математические методы в теории надежности. М: Наука. 1965. 524 с.

21. Way A.R., Hewill М.А. Engineers evaluate submersible pumps in North Sea field. //Petroleum Engineering International. 1982. July. P. 92-112.

22. Перельман O.M., Рабинович А.И., Пещеренко C.H. Нефтедобывающие насосы: динамика роторов и эксплуатационная надежность. Труды международной конференции «СИНТ'03».

23. Перельман О.М., Рабинович А.И., Пещеренко С.Н., Слепченко С.Д. Статистический анализ надежности погружных установок в реальных условиях эксплуатации // Надежность и сертификация оборудования для нефти и газа. 2003, №3, с.28-34

24. Инюшин Н.И., Валеев А.Р., Перельман О.М., Рабинович А.И., Пещеренко С.Н., Слепченко С.Д. Надежность погружного оборудования в условиях эксплуатации ООО «ЛУКОЙЛ Западная Сибирь» // Технологии ТЭК. 2004, №6, с. 51-55.

25. Нуряев А., Мухамадеев Г., Перельман О., Слепченко С. Опыт создания высоконадежного отечественного погружного оборудования // Технологии ТЭК. 2004, №3

26. Слепченко С.Д. Математика прогноза // Нефтегазовая вертикаль. 2006, №12, с.48-51

27. Перельман О.М., Рабинович А.И., Пещеренко С.Н., Слепченко С.Д. Методика определения надежности погружного оборудования и опыт ее применения // Технологии ТЭК. 2005, №3, с. 66-73.

28. Hogan J.R. Performance benchmarking of ESP Installations // SPE ESP Workshop, Houston, Texas (25-27 April 2001)

29. Перельман О.M., Рабинович А.И., Пещеренко С.Н., Слепченко С.Д., Кудряшов C.B., Левин Ю.В., Маркелов Д.В. Надежность погружного оборудования в осложненных условиях месторождений ОАО «Юганскнефтегаз» // Технологии ТЭК. 2004, №5, с. 54-59.

30. РД 50-690-89. Методические указания. Надежность в технике. Методы оценки показателей надежности по экспериментальным данным.

31. Герцбах И. Теория надежности с приложениями к профилактическому обслуживанию: Монография. / Под ред. В.В.Рыкова: пер. с англ. М.Г. Сухарева. М.: ГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2003 - 263 с.

32. Вальд А. Последовательный анализ. М. Изд-во физ.-мат. литературы. 1960. 328 с.

33. Базовский И.П. Надежность. Теория и практика. М: Мир.1965.373 с.

34. Установки насосные погружные производства «Новомет» ТУ 3556-01812058737-2007. ЗАО «Новомет-Пермь», 2007 г.

35. Установки погружные центробежные износостойкие модульные УЭЦНП. Руководство по эксплуатации УЭЦНП РЭ. ЗАО «Новомет-Пермь», 2003 г.

36. Животкевич И.Н., Смиронов А.П. Надежность технических изделий. М.Юлита, 2003.-472 с.

37. Надежность и эффективность в технике. Т. 1. Методология. Организация. Терминология. Под. ред. А.И. Рембезы. М. Машиностроение, 1989. - 224 с.

38. С.Г. Бабаев. Надежность нефтепромыслового оборудования. М.: Недра. - 1987. - 264 стр.

39. Hald A. Maximum likelihood estimation of the parameters of a normal distribution wich is truncated at a known point. «Skandinavisk Aktuarietidskrift», 1949, pp.119-134.

40. Herd G.R. Estimation of reliability from incomplete data. Proceedings 6-th National Symposium of Reliability and Quality Control, 1960, pp. 202-217.

41. Методические указания «Надежность в технике. Система сбора и обработки информации. Методы оценки показателей надежности в случае многократно усеченных выборок», М.: ВНИИМАШ, 1980 г.

42. Вопросы обработки статистической информации по цензурированным выборкам. Назин А.Е., Приходько Ю.Г., Скрипник В.М., Явид Ю.Ю., Обзор, Минск, изд. МВИЗРУ, 1979 г.

43. Бабаев С.Г., Аманов Я.А. Исследование абразивного изнашивания стали 40Х в нефтяной среде. Химическое и нефтяное машиностроение, 1978, №9, с.39-41.

44. Шор Я.Б. Статистические методы анализа и контроля качества и надежности. М.: Советское радио. 1982.

45. Кендалл М.Ж., Стюарт А. Статистические выводы и связи. Пер. с англ. -М.: Наука, 1973.

46. Агапов А.С. Непараметрическая оценка функции надежности по прогрессивно цензурированным выборочным данным. В кн.: Методы статистического анализа и обработки малого числа наблюдений при контроле качества и надежности приборов и машин. Л., 1974.

47. Cohen А.С. Progressively censored samples in life testing. Technometrics, 1963, v.5,N3.

48. Агзамов C.K., Кухтин И.Е. Точность различных методов оценки ресурса по многократно усеченным выборкам. Вестник машиностроения, 1974, №1.

49. Ванеев Б.Н., Камышев В.В. Обработка статистических данных о надежности изделий при усеченных выборках. Надежность и контроль качества, 1973, №4.

50. Кроль И.А. Оценка характеристик надежности по усеченным выборкам с различающимися наработками неотказавших изделий.- Надежность и контроль качества, 1977, №11.

51. Методика определения показателей долговечности и оценки их достоверности по результатам незавершенных испытаний или эксплуатационных наблюдений. -М.: ОНТИ-НАТИ, 1974.

52. Збарский Л.А. Метод оценки показателей надежности при неполных выборках. Надежность и контроль качества, 1975, №6.

53. Давлетьянов Б.А. Метод оценки параметров закона распределения времени жизни элементов технических систем по неполным выборкам. Изв. АН УзССР. Сер. техн. Наук, 1977, №1.

54. Баталова З.Г., Благовещенский Ю.Н. О точности методов оценки долговечности изделий по усеченным выборкам. Вестник машиностроения,1978, №12.

55. Баталова З.Г., Благовещенский Ю.Н. О точности оценок ресурсов элементов изделий методом максимального правдоподобия при случайном усечении длительности наблюдений. Надежность и контроль качества,1979, №9.

56. Агеев В.В., Благовещенский Ю.Н. Анализ оценок функции распределения по случайно цензурированной выборке. В кн.: Статистические методы обработки результатов наблюдений при контроле качества и надежности машин и приборов. Л., 1979.

57. Баталова З.Г. Анализ точности метода максимального правдоподобия для случайно цензурированных выборок. В кн.: Статистические методы обработки результатов наблюдений при контроле качества и надежности машин и приборов. Л., 1979.

58. Анилович В .Я., Гринченко А.С. Оценка характеристик надежности при случайной продолжительности испытаний. — Надежность и контроль качества, 1076, №9.

59. Агапов А.С., Самосейко В.Ф. Вероятностная модель цензурированных наблюдений при анализе надежности. В кн.: Статистические методы обработки результатов наблюдений при контроле качества и надежности машин и приборов. Л., 1979.

60. Скрипник В.М., Назин А.Е. Анализ надежности технических систем по цензурированным выборкам. М.: Радио и связь, 1988. 184 с.

61. Gupta А.К. Estimation of the mean and standard deviation of a normal population from a censored sample. Biometrika, 1952, v.39.

62. Halperin M. Maximum likelihood estimation in truncated samples. Ann. Math. Statist., 1952, v. 23.

63. Sampford M.R. The estimation of response time-distributions II. Multistimulus distributions. Biometrics, 1952, v. 8, N 4.

64. Cohen A.C. Maximum likelihood estimation of the Weibull distribution based on complete and censored samples. Technometrics, 1965, v. 7, N 4.

65. Cohen A.C. Multi-censored sampling in the three parameter, Weibull distribution. Technometrics, 1975, v. 17, N 3.

66. Cohen A.C. Progressively censored sampling in the three parameter log-normal distributions. Technometrics, 1976, v. 18, N 1.

67. Cohen A.C., Norgaard N.I. Progressively censored sampling in the three parameter gamma distributions. Technometrics, 1977, v. 19, N 3.

68. Nelson W. Theory and application of hasared plotting for censored failure data. Technometrics, 1972, v. 14, N 4

69. Johnson L.G. Theory and technique of variation research. Elsevier Publ. Corp. Amsterdam, 1964.

70. Johnson L.G. The statistical treatment of fatigue experiments. Elsevier Publ. Corp. Amsterdam, 1964.

71. Сархан А.Е., Гринберг Б.Г. Введение в теорию порядковых статистик: Пер. с англ. -М.: Статистика, 1970.

72. Sarhan А.Е., Greenberg B.G. The effect of the two extremes in estimates (BLUE) of the parameters of the exponential distribution. Technometrics, 1971, v. 13, N 1

73. Harter H.L., Moore A.H. Maximum likelihood estimation of the parameters of gamma and Weibull populations of complete and from censoring samples. -Technometrics, 1965, v. 7, N 4.

74. Turnbull B.W. Nonparametric estimation of a survivor-ship function with doubly censored data. Amer. Statist. Assoc., 1974, v.69, N 345.

75. Barton D.E. The solution of stochastic integral relations for strongly consistent estimators of an sample subject to variable censoring and truncation. Trabajos estadist., 1968, v. 19, N 3.

76. Lagakos S.W. General right censoring and its impast on the analysis of survival data. Biometrics, 1979, v.35, N 1.

77. Козлов Б.А., Ушаков И.А. Справочник по расчету надежности аппаратуры радиоэлектроники и автоматики. М.: Советское радио, 1975.

78. Благовещенский Ю.Н., Кугель Р.В. О точности определения гамма-процентного ресурса изделий машиностроения. Вестник машиностроения, 1969, №3.

79. Кугель Р.В., Каминский М.Н. О точности оценки среднего ресурса по результатам испытаний усеченных выборок. Надежность и контроль качества, 1972, №3.

80. Индикт Е.А., Кривенко Е.И. Инженерные методы оценки надежности двигателей и агрегатов трансмиссий автомобилей. В кн.: Надежность и диагностика агрегатов и систем автомобилей, 1969, ч. II.

81. Индикт Е.А., Кривенко Е.И., Черняйкин В.А. Методика экспериментального определения ресурса деталей, лимитирующих надежность автомобилей. В кн.: Труды НАМИ. М., 1972, вып. 137.fie) (Ы^7

82. Благовещенский Ю.Н. Об асимптотической нормальности одного класса статистик для случайно цензурированных справа выборок. Теория вероятностей и ее применения, 1979, №3.

83. Беляев Ю.К. Непараметрические методы в задачах обработки результатов испытаний и эксплуатации. М.: Знание, 1984. 65 с.

84. Brookbank, Earl В., Bebak Ken. Making Sense of Mean Time Before Failure (MTBF) and Other Run Life Statistics, (August, 2003)

85. Перельман O.M., Пещеренко C.H., Рабинович А.И., Слепченко С.Д. Надежность малых партий нового погружного оборудования // Бурение и нефть. 2/2010, с. 32-34.

86. Венцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1969. 576 с.

87. Опешко В.В., Перельман О.М., Рабинович А.И., Пещеренко С.Н., Слепченко С.Д. Надёжность малых партий погружного оборудования в условиях, когда возможны постепенные отказы // Бурение и нефть. 11/2010, с. 26-29.