EA040522B1 - METHOD FOR DETERMINING THE INITIAL PERIOD OF CHANGE IN THE TECHNICAL CONDITION OF ELECTRIC SUBMERSIBLE UNIT FOR OIL PRODUCTION - Google Patents
METHOD FOR DETERMINING THE INITIAL PERIOD OF CHANGE IN THE TECHNICAL CONDITION OF ELECTRIC SUBMERSIBLE UNIT FOR OIL PRODUCTION Download PDFInfo
- Publication number
- EA040522B1 EA040522B1 EA202100086 EA040522B1 EA 040522 B1 EA040522 B1 EA 040522B1 EA 202100086 EA202100086 EA 202100086 EA 040522 B1 EA040522 B1 EA 040522B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- signal
- noise
- values
- currents
- technical condition
- Prior art date
Links
Description
Изобретение относится к нефтедобыче и информационным технологиям в нефтедобыче и касается методов диагностики технического состояния электропогружных установок, использующих в качестве привода асинхронные электродвигатели.The invention relates to oil production and information technologies in oil production and concerns methods for diagnosing the technical condition of electric submersible installations using asynchronous electric motors as a drive.
Вопросы качественной и точной диагностики технического состояния электропогружных установок добычи нефти являются важным звеном в деле обеспечения рентабельности длительно эксплуатируемых нефтяных месторождений. Своевременное обнаружение неисправностей погружных электродвигателей (ПЭД) и принятие необходимых мер по их устранению обеспечивают необходимый уровень стабилизации добычи нефти. Для решения задач диагностики технического состояния электропогружных установок добычи нефти разработаны различные способы и устройства, реализующие их.The issues of high-quality and accurate diagnostics of the technical condition of electric submersible oil production units are an important link in ensuring the profitability of long-term exploited oil fields. Timely detection of malfunctions of submersible electric motors (SEM) and taking the necessary measures to eliminate them provide the necessary level of stabilization of oil production. To solve the problems of diagnosing the technical condition of electric submersible oil production installations, various methods and devices have been developed that implement them.
Известен [1] способ диагностики (контроля) погружных электродвигателей и насосов по параметрам вибрации, который используется на стендах по обкатке и испытанию (Положение о системе технического обслуживания и ремонта нефтепромыслового энергомеханического оборудования ОАО Самотлорнефтегаз по фактическому состоянию, - РД 153-39, 1-046-00, Тюмень, 2000 г.).Known [1] is a method for diagnosing (controlling) submersible motors and pumps according to vibration parameters, which is used at running-in and test benches (Regulations on the system for maintenance and repair of oilfield power-mechanical equipment of JSC Samotlorneftegaz according to the actual state, - RD 153-39, 1- 046-00, Tyumen, 2000).
В известном способе выбираются точки для измерения вибрации, которые располагаются на корпусе электродвигателя и насоса в зоне установки верхнего и нижнего подшипников и посередине между ними. Оценку технического состояния электродвигателей и насосов производят по результатам измерения вибраций. При обнаружении повышенного уровня вибрации в одной или нескольких точках или при превышении установленных заводом-изготовителем предельных значений электротехнических, технологических параметров или температуры электродвигатель (насос) возвращается в ремонт.In the known method, points for measuring vibration are selected, which are located on the motor and pump housing in the installation area of the upper and lower bearings and in the middle between them. The assessment of the technical condition of electric motors and pumps is carried out according to the results of vibration measurements. If an increased level of vibration is detected at one or more points or if the limit values of electrical, technological parameters or temperature set by the manufacturer are exceeded, the electric motor (pump) is returned for repair.
Для определения возможных причин повышенного уровня вибрации используют спектральный анализ получаемого вибросигнала, по результатам которого проводят идентификацию дефектов.To determine the possible causes of an increased level of vibration, a spectral analysis of the received vibration signal is used, the results of which are used to identify defects.
Известный способ не применим для оценки технического состояния электропогружной установки в процессе ее эксплуатации, так как применяемый в нем метод получения диагностической информации исключает возможность его использования в этой ситуации ввиду отсутствия доступа к элементам конструкции установки.The known method is not applicable for assessing the technical condition of the electric submersible installation during its operation, since the method used in it for obtaining diagnostic information excludes the possibility of its use in this situation due to the lack of access to the installation design elements.
Известен [2] способ диагностирования погружного электрического центробежного насоса (RU 2206794 C1 20.06.2003), в котором состояние агрегата оценивается с помощью измерения потребляемого электродвигателем электрического тока. Измерение величины тока потребляемого электродвигателем, который приводит в действие агрегаты, механизмы и системы, позволяет оценить состояние этих систем. Увеличение потребляемого тока свидетельствует о повышении нагрузки на двигатель, что косвенно свидетельствует о состоянии агрегата или механизма. Способ диагностики по потребляемому току электродвигателя не позволяет судить о состоянии отдельных агрегатов или частей механизма или системы, работающих под действием электрического двигателя.Known [2] is a method for diagnosing a submersible electric centrifugal pump (RU 2206794 C1 06/20/2003), in which the state of the unit is estimated by measuring the electric current consumed by the electric motor. Measuring the magnitude of the current consumed by the electric motor, which drives the units, mechanisms and systems, allows you to assess the state of these systems. An increase in the current consumed indicates an increase in the load on the engine, which indirectly indicates the state of the unit or mechanism. The diagnostic method based on the consumed current of the electric motor does not allow to judge the state of individual units or parts of a mechanism or system operating under the action of an electric motor.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является [3] способ определения технического состояния электропогружных установок для добычи нефти, (патент РФ № 2213270, МПК F04D 15/00, опубл. 27.09.2003), в котором регистрируют и анализируют сигнал, порождаемый вибрацией элементов конструкции установки. В качестве сигнала регистрируют сигнал от переменной составляющей суммы фазных токов питания двигателя путем установки датчика тока (токовых клещей) одновременно на три фазы питающего кабеля. Затем анализируют форму и амплитуду полученного сигнала и, сравнивая со значениями предыдущих измерений, оценивают возможность ее дальнейшей эксплуатации. В описании утверждается, что причиной изменений могут являться дефекты обмоток электродвигателя или увеличение тормозного момента. Недостатком этого способа является то, что более точную и раннюю диагностику дефектного узла данным способом выполнить невозможно.Closest to the claimed invention is [3] a method for determining the technical condition of electric submersible installations for oil production, (RF patent No. 2213270, IPC F04D 15/00, publ. 27.09.2003), in which the signal generated by the vibration of the structural elements of the installation is recorded and analyzed . As a signal, a signal from the variable component of the sum of the motor supply phase currents is recorded by installing a current sensor (current clamp) simultaneously on three phases of the supply cable. Then, the shape and amplitude of the received signal are analyzed and, comparing with the values of previous measurements, the possibility of its further operation is assessed. The description states that the cause of the changes may be defects in the motor windings or an increase in braking torque. The disadvantage of this method is that it is impossible to perform a more accurate and early diagnosis of a defective node using this method.
Задача настоящего изобретения заключается в создании способа, позволяющего производить раннюю диагностику технического состояния работающей электропогружной установки в процессе ее эксплуатации.The objective of the present invention is to create a method that allows for early diagnostics of the technical condition of a working electric submersible installation during its operation.
Сущность изобретения состоит в способе определения начала изменения технического состояния электропогружной установки для добычи нефти, которая состоит в циклическом измерении и регистрации за промежуток времени, кратный периоду оборота ротора электродвигателя, мгновенных значений токов (iA, iB, iC) и напряжений (uA, uB, uC) всех фаз относительно искусственной нулевой точки. Нулевую точку получают с помощью фильтра напряжения нулевой последовательности, подключенного к зажимам питающего кабеля электродвигателя. Причем в целях обнаружения в составе сигнала высокочастотных помех, порождаемых в результате повышения вибрации вследствие истощения механических ресурсов, измерение и оцифровку значений тока и напряжения осуществляют избыточно-частотной технологией. Каждый измеренный сигнал после дискретизации с периодом Δί представляется в виде:The essence of the invention consists in a method for determining the beginning of a change in the technical condition of an electric submersible installation for oil production, which consists in cyclic measurement and registration for a period of time, a multiple of the rotation period of the rotor of the electric motor, instantaneous values of currents (iA, i B , i C ) and voltages (u A , u B , u C ) of all phases relative to the artificial zero point. The zero point is obtained using a zero-sequence voltage filter connected to the terminals of the motor supply cable. Moreover, in order to detect high-frequency interference in the composition of the signal, generated as a result of increased vibration due to the depletion of mechanical resources, the measurement and digitization of current and voltage values is carried out by redundant-frequency technology. Each measured signal after sampling with a period Δί is represented as:
g(zA/) = χ(ϊΛί) + ε(ϊΔί).g(zA/) = χ(ϊΛί) + ε(ϊΔί).
где - зашумленный сигнал, χ0'Δ0 - полезный сигнал без шума и £(ζΔζ) - шум (помеха).where is a noisy signal, χ 0'Δ0 is a useful signal without noise, and £(ζΔζ) is noise (noise).
Если имеем ^^в количестве 2N, т.е. ζ е П7У], тогда характеристики (дисперсия и корреляция) сигнала и шума вычисляются по следующим выражениям:If we have ^^ in the amount of 2N, i.e. ζ e P7U], then the characteristics (dispersion and correlation) of the signal and noise are calculated by the following expressions:
- 1 040522 дисперсия сигнала:- 1 040522 signal dispersion:
Ч = R g& = °) = ~ (ζΔί);H \u003d R g & \u003d °) \u003d ~ (ζΔί);
дисперсия шума в составе сигнала:noise variance in the signal:
А=- 2g(^)g(z+2 W+g(i^)g(i+1M ^=0)4^=9-^=^ значения взаимной корреляции между сигналом и шумом:A=- 2g(^)g(z+ 2 W+g(i^)g(i+1M ^=0)4^=9-^=^ cross-correlation values between signal and noise:
значения помехокорреляции между сигналом и шумом:noise correlation values between signal and noise:
Полученные значения дисперсии и корреляции для каждого измеряемого параметра составляют базу диагностических индикаторов в количестве (6x4=24), т.е. по четыре индикатора для каждого измеряемого параметра в каждом цикле.The obtained values of variance and correlation for each measured parameter form the base of diagnostic indicators in the amount of (6x4=24), i.e. four indicators for each measured parameter in each cycle.
Изменение значений соответствующих индикаторов в последующих циклах свидетельствует о начале изменения технического состояния установки, которое в последующем приведет к аварии на установке, а сумму мгновенных значений токов сравнивают с нулем и в случае ее отличия (в пределах погрешности измерительных приборов) принимается как нарушения изоляции обмоток двигателя, глубина нарушения которой определяется значением отклонения суммы мгновенных значений токов от нуля.A change in the values of the corresponding indicators in subsequent cycles indicates the beginning of a change in the technical condition of the installation, which subsequently will lead to an accident at the installation, and the sum of the instantaneous values of the currents is compared with zero and, if it differs (within the error of the measuring instruments), is taken as a violation of the insulation of the motor windings , the depth of violation of which is determined by the value of the deviation of the sum of instantaneous values of currents from zero.
Сопоставительный анализ заявляемого изобретения и прототипа показал, что заявляемое решение отличается от прототипа новым существенным признаком: формированием критерия ранней диагностики технического состояния ПЭД - величиной близости текущей и эталонной индикаторов дисперсии и корреляции как полезного сигнала, так и помехи для всех токов и напряжений, потребляемых электродвигателем соответственно. Следовательно, решение отвечает критерию изобретения новизна.A comparative analysis of the claimed invention and the prototype showed that the claimed solution differs from the prototype in a new significant feature: the formation of a criterion for early diagnosis of the technical condition of the SEM - the proximity of the current and reference indicators of dispersion and correlation of both the useful signal and the interference for all currents and voltages consumed by the electric motor respectively. Therefore, the solution meets the invention criterion of novelty.
Сопоставительный анализ заявляемого изобретения с другими известными в этой области решениями показал, что существуют разные подходы к решению подобной задачи, но не найдено решение, аналогичное заявляемому.A comparative analysis of the claimed invention with other solutions known in this field showed that there are different approaches to solving a similar problem, but a solution similar to the claimed one has not been found.
Для повышения адекватности каждый измеряемый в течение времени, кратном числу оборотов ротора, параметр подвергается помехоанализу, определяются индикаторы дисперсии и корреляции как полезного сигнала, так и помехи и сравниваются со своим предыдущим значением. Если индикатор по одному или по нескольким параметрам отличается больше допустимого и это повторяется несколько циклов, дается разрешение на диагностику технического состояния. Диагностирование также осуществляется по результатам совпадения в нескольких циклах.To improve the adequacy, each parameter measured over a time multiple of the number of rotor revolutions is subjected to noise analysis, dispersion and correlation indicators of both the useful signal and the noise are determined and compared with their previous value. If the indicator in one or several parameters differs more than the permissible value and this is repeated for several cycles, permission is given to diagnose the technical condition. Diagnosis is also carried out according to the results of a match in several cycles.
Совокупность известных существенных признаков и новых создает новый технический эффект, который позволяет решить поставленную задачу, и, следовательно, решение соответствует критерию изобретения технический уровень, и оно может быть признано изобретением.The combination of known essential features and new ones creates a new technical effect that allows solving the problem, and, therefore, the solution meets the criterion of the invention, the technical level, and it can be recognized as an invention.
Для осуществления способа используется несколько модифицированная под погружную установку классическая схема диагностики электрооборудования, в которую введен контроллер измерения мгновенных значений параметров потребляемой мощности ПЭД избыточно-частотной технологией и контроллер вычисления noise индикаторов и диагностики.To implement the method, a classical circuit for diagnosing electrical equipment, slightly modified for a submersible installation, is used, into which a controller for measuring instantaneous values of the parameters of the consumed power of the SEM using redundant frequency technology and a controller for calculating noise indicators and diagnostics are introduced.
На фигуре проиллюстрирована принципиальная схема измерения параметров потребляемой мощности и ранней диагностики ПЭД; 1 - блок трансформаторов напряжения; 2 - блок измерительных трансформаторов тока с их выходными сопротивлениями для преобразования токов в пропорциональные напряжения; 3 - источник опорного напряжения; 4 - диагностируемый электродвигатель с заземленным корпусом; 5 - контроллер измерения мгновенных параметров потребляемой мощности ПЭД; 6 - контроллер вычисления noise индикаторов и диагностики.The figure illustrates a schematic diagram of measuring the parameters of power consumption and early diagnosis of SEM; 1 - block of voltage transformers; 2 - a block of measuring current transformers with their output resistances for converting currents into proportional voltages; 3 - reference voltage source; 4 - diagnosable electric motor with a grounded case; 5 - controller for measuring the instantaneous parameters of the power consumption of the SEM; 6 - controller for calculating noise indicators and diagnostics.
Способ осуществляется следующим образом.The method is carried out as follows.
Предварительно в контроллере 6 создается база данных noise индикаторов для характерных технических состояний, принятых в качестве образцовых. Для этого сигналы токов и напряжений, измеренные контроллером 5 за время Т и соответствующие определенному характеру работы ПЭД (бездефектному и с явными дефектами) в результате аналого-цифрового преобразования, разлагаются на сигналы + £·(ζ*Δζ) с шагом дискретностью ΔΖ. Из этих сигналов определяются noise индикаторы, которые вносятся в базу данных. Причем в целях обнаружения в составе сигнала высокочастотных помех, порождаемых в результате повышения вибрации вследствие истощения механических ресурсов, измерение и оцифровка значений тока и напряжения осуществляются с избыточно-частотной технологией. Со временем, по мере эксплуатации ПЭД, база образцовых данных расширяется с появлением новых технических состояний, отличных от имеющихся в базе данных. Программа, заложенная в контроллер 5, непрерывно осуществляет избыточно-частотное измерение мгновенных значений сигналов токов и напряжений. Программа, заложенная в контроллер 6 периодичностью Т, получает массив измеренных данPreviously, in the controller 6, a database of noise indicators is created for characteristic technical conditions taken as exemplary. To do this, the signals of currents and voltages measured by the controller 5 during the time T and corresponding to a certain nature of the operation of the SEM (defect-free and with obvious defects) as a result of analog-to-digital conversion, are decomposed into signals + £·(ζ*Δζ) with a discreteness step ΔΖ. From these signals, noise indicators are determined and entered into the database. Moreover, in order to detect high-frequency interference in the composition of the signal, generated as a result of increased vibration due to the depletion of mechanical resources, the measurement and digitization of current and voltage values are carried out using redundant-frequency technology. Over time, as the SEM is used, the exemplary database expands with the advent of new technical conditions that are different from those available in the database. The program embedded in the controller 5 continuously carries out redundant-frequency measurement of the instantaneous values of current and voltage signals. The program embedded in the controller 6 with a frequency of T receives an array of measured data
--
Claims (5)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA040522B1 true EA040522B1 (en) | 2022-06-16 |
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DK2565658T3 (en) | Fault detection based on current signature analysis of a generator | |
| KR101432786B1 (en) | Fault diagnosis method of motor and system thereof | |
| Zamudio-Ramirez et al. | Detection of winding asymmetries in wound-rotor induction motors via transient analysis of the external magnetic field | |
| Su et al. | Induction machine condition monitoring using neural network modeling | |
| CA2847720C (en) | Broken rotor bar detection based on current signature analysis of an electric machine | |
| CN111758036B (en) | System and method for monitoring an operating state of an operating electrical device | |
| CN109297716B (en) | Vibration fault diagnosis method for double-fed wind driven generator | |
| RU2626231C1 (en) | Method of diagnostics of technical condition and electromechanical device remaining lifetime estimation with asynchronous motor | |
| JP6017649B2 (en) | Abnormal diagnosis method for rotating machinery | |
| CN110456270B (en) | Motor insulation online monitoring method and device | |
| WO2014067742A1 (en) | A method for detecting a fault condition in an electrical machine | |
| WO2019017222A1 (en) | Diagnosis device for rotary machine system, power conversion device, rotary machine system, and diagnosis method for rotary machine system | |
| Corne et al. | Comparing MCSA with vibration analysis in order to detect bearing faults—A case study | |
| CN114616476A (en) | Fault detection in synchronous machines | |
| RU2431152C2 (en) | Method of diagnostics of electrically driven mechanisms and systems | |
| KR20140004987A (en) | Vibration signal analysis method in motors | |
| EP3339638B1 (en) | Systems for crack detection in doubly-fed induction generators | |
| CN105203915B (en) | A kind of Winding in Power Transformer loosens defect diagonsis system and diagnostic method | |
| WO2019186909A1 (en) | Diagnosis device and diagnosis method | |
| EA040522B1 (en) | METHOD FOR DETERMINING THE INITIAL PERIOD OF CHANGE IN THE TECHNICAL CONDITION OF ELECTRIC SUBMERSIBLE UNIT FOR OIL PRODUCTION | |
| US20230243876A1 (en) | Method and system for monitoring a machine state | |
| RU2730109C1 (en) | Vibration monitoring method of brush-collector units of direct-current motors | |
| RU2655948C1 (en) | Device for registration, identification of overloads and estimation of residual resource of insulation of submersible electric motors | |
| RU2532762C1 (en) | Method to diagnose and assess residual resource of ac electric drives | |
| Ibragimov et al. | Exploration of the combined vibration parameters and external magnetic field in diagnosing asynchronous electric motors |