Анализ причин отказов установок электроцентробежных насосов

Виды отказов

Как было показано выше, установки УЭЦН являются достаточно сложным и высокотехнологичным оборудованием, состоящим из множества узлов и элементов. Это отдельные узлы и элементы могут выходить из строя под воздействием тех или иных факторов, что приведет к отказу всей установки. На рисунке 27 наглядно представлено «дерево» возможных отказов УЭЦН.

Из представленного множества отказов следует выделить наиболее распространённые и опасные отказы УЭЦН. Сразу следует сказать, что после анализа значительного перечня литературы и производственных отчетов можно сделать вывод, что распределение отказов по различным предприятиям не имеет определенной направленности, каждое предприятие имеет свою доминирующую причину выхода из строя погружного оборудования.

По месторождениям Западной Сибири, распределение отказов тоже специфично. По различным предприятиям доминирующие причины отказов различны. Специфичность отказов по различным месторождениям объясняется разнообразием условий эксплуатации установок ЭЦН: различные объекты разработки, углы отклонения и пространственное положение ствола скважин, глубины спуска насосов, термодинамические режимы откачки, состав и свойства продукции, число частиц механических примесей и другое.

Рисунок 27 — «Дерево» — гистограмма распределения отказов эксплуатационного оборудования.

Однако все же можно выделить группы наиболее распространённых отказов. К таким отказам безусловно относятся:

• · снижение изоляции кабеля;
• · снижение (отсутствие подачи);
• · клин насоса.

Чтобы понять, почему происходят те или иные поломки, необходимо установить причину (фактор) которая привела к отказу. Для установления связи того или иного фактора с отказом установки, и определения как конкретно взятый фактор влияет на тот или иной элемент УЭЦН выдвигают гипотезы механизмов и степени этого влияния. Некоторые подобные гипотезы будут рассмотрены ниже, в разделе 3.2, при рассмотрении осложнений, которые, по сути, и являются факторами отказа. Например, считается верной, гипотеза о том, что КВЧ ускоряют отказ ЭЦН, и это судя по всему так. Однако выдвигаемые гипотезы нуждаются в проверке и доказательстве. Существует два основных способа осуществить их проверку [нов подход]:

1. Экспериментальная проверка гипотез о факторах преждевременного отказа.

Осуществляется путем проведения стендовых испытаний или программных экспериментов. Имеет высокую стоимость и сложность реализации [3]. Проблема реализации способа и обработки данных заключается в невозможности создания реальных рабочих условий оборудования, учитывая их сложность и многообразие.

2. Многофакторный анализ причин отказов УЭЦН.

Является наиболее распространённым и действенным способом.

Факторный анализ — это методика комплексного и системного изучения и измерения воздействия факторов на величину результативного показателя. Факторы в результате анализа получают количественную и качественную оценку. Каждый показатель может в свою очередь выступать и в роли факторного, и результативного. С математической точки зрения МФА представляет собой построение модели множественной регрессии. Если это линейная регрессия, то она описывается формулой:

Модель множественной регрессии описывает, как изменяется в среднем значение зависимой переменной Y (результативного признака) при изменении значений объясняющих переменных X (факториальных признаков). По характеру взаимосвязей модели могут быть линейными и нелинейными как по переменным, так и по параметрам [вкладка формулы мфа].

Коэффициент регрессии ?? ?? показывает, на сколько единиц изменится величина зависимой переменной Y при изменении значения i-й объясняющей переменной на одну единицу при прочих равных условиях (все остальные объясняющие переменные равны своим средним значениям).

Оценка значимости коэффициентов регрессии осуществляется путем проведения дальнейших математических расчетов, подробно с которыми можно ознакомиться в источнике [вкладка формулы мфа].

В качестве примера проведения МФА представим проведение данного анализа применительно к влиянию различных факторов на такой отказ как расчленения подземного оборудования. Данный МФА проведен Р. Н. Пономаревым в диссертации «Аварийные отказы оборудования УЭЦН и разработка мероприятий по их устранению». В данной работе произведен анализ влияния геологических факторов (КВЧ, обводненности, содержания газа на приеме), технологических факторов (глубины спуска, погружения под динамический уровень, динамического уровня), факторов обусловленных конструкциями скважины и конструкцией УЭЦН (анализ отказов по заводам — изготовителям, отказы импортного оборудования, влияние осевых опор и подшипников, зависимость от группы исполнения и технической характеристики, зависимость от угла наклона интервала спуска). По каждой из групп факторов получено уравнение множественной регрессии, например, для технологических факторов получилось следующие уравнение:

.

где — фактор глубины спуска насоса, — погружение под динамический уровень, — динамический уровень. Из данной зависимости можно сделать вывод, что из технологических факторов наиболее сильно влияет на отказы УЭЦН по причине расчленения глубина спуска насоса. Данный факт действительно имеет место быть, что подтверждается промысловым опытом.

Очевидно, что МФА дает хорошие результаты, согласованные с опытными данными. Однако проведение МФА крайне сложное предприятие, в чем можно убедиться, изучив рассмотренную диссертацию. Сложность, помимо самих математических расчетов и моделирования, связанна также с тем, что полноценный ФА затруднен из-за высокой сложности сбора комплексной информации в очень разных системах ПССО, при громадных размерах эксплуатационных фондов скважин. При этом, при проведении МФА строят зависимости конкретного отказа от совокупности нескольких факторов, оценивая при этом влияние каждого из них.

Вследствие сложности проведения МФА, в литературе, как правило, при указаниях тех или иных причин отказов не проводят столь детального исследования.

В большинстве случаев анализ отказов производится не на основе МФА, а на основе обычного поиска причинно-следственных связей и выдвижения гипотез без их проверки, то есть методами индукции и дедукции. Например, в источнике одним из основных фактором отказа ПЭД принимается факторы несоблюдения скорости спуска УЭЦН при ремонтах скважин и частые отключения УЭЦН. Как можно видеть, при таком подходе выдвигается лишь логично выведенная гипотеза, но не осуществляется ее проверки экспериментальным методом или методом МФА. Такие заключения, безусловно полезны, они помогают найти проблему и во многих случаях выработать рекомендации по ее решению. Подобный анализ применяется часто и повсеместно. Однако такой подход имеет не высокую достоверность и не показывает численно связи тех или иных факторов с теми или иными поломками и степени влияния этих факторов на вероятность отказа.

Проанализировав информацию из описанных выше источников, можно заключить, что основными осложняющими факторами, негативно влияющими на отказы установок, являются:

• · высокое содержание свободного газа на приеме насоса;
• · высокое содержание КВЧ в откачиваемой жидкости;
• · солеотложения на рабочих органах УЭЦН;
• · кривизна ствола скважины;
• · глубина спуска УЭЦН;
• · температура пластовой жидкости.

Ниже будет рассмотрен подробно каждый из этих факторов, а также некоторые мероприятия по устранению его вредного воздействия и увеличения межремонтного периода УЭЦН.