Розглядаються діагностичні моделі, методи та засоби діагностування технічного стану штангових глибинно-насосних установок. Наводиться аналіз ШГНУ як об'єкта діагностування, логічні та математичні діагностичні моделі наземного обладнання (верстат-качалка) та підземного обладнання (глибинний насос, штангова колона). Розглянуто традиційний динамометричний метод діагностування ШГНУ та запропоновані його вдосконалення, а також перспективні ватметрографічний та вібраційний методи. Описано основні принципи побудови динамометричних та ватметрографічних давачів і систем контролю стану ШГНУ з їх використанням, показано їх особливості на прикладі розроблених систем динамометрування та ватметрування, а також перспективи застосування для визначення рівня рідини в затрубному просторі нафтовидобувних свердловин. Для наукових співробітників, що працюють в галузі технічної діагностики нафтового обладнання і займаються розробкою сучасних цифрових систем діагностування. Також може бути корисною інженерам, аспірантам і студентам відповідних спеціальностей. ЗМІСТ ВСТУП 6 1. ШТАНГОВА ГЛИБИННО-НАСОСНА УСТАНОВКА ЯК ОБ'ЄКТ ДІАГНОСТУВАННЯ 1.1 Будова ШГНУ 8 1.2 Дефекти вузлів ШГНУ і причини, що їх зумовлюють 12 1.3 Аналіз конструктивних особливостей ШГНУ з точки зору контролепридатності 16 1.4 Класифікація методів діагностування ШГНУ 20 2. ДІАГНОСТИЧНІ МОДЕЛІ ШГНУ 2.1 Діагностичні моделі верстата-качалки ШГНУ 23 2.1.1 Аналіз відомих математичних діагностичних моделей верстатів-качалок 23 2.1.2 Вдосконалена статична модель верстата-качалки 26 2.1.3 Динамічна математична модель верстата-качалки 30 2.2 Діагностичні моделі підземного обладнання ШГНУ 43 2.2.1 Логічна діагностична модель вставного насоса ШГНУ 43 2.2.2 Математична діагностична модель підземної частини ШГНУ. 50 2.2.3 Вивчення напружено-деформованого стану ШГНУ 59 2.2.4 Моделювання вібраційних процесів в штанговій колоні 68 3. ДИНАМОМЕТРИЧНИЙ МЕТОД ДІАГНОСТУВАННЯ 3.1 Загальна характеристика динамометричного методу 76 3.2 Принципи аналізу динамограм 78 3.3 Аналіз методів розпізнавання динамограм 88 3.4 Формування еталонів 91 3.5 Метод модифікованої різницевої кривої 95 3.6 Забезпечення інваріантності динамометричного методу діагностування ШГНУ до форми сигналу переміщення полірованого штока 96 3.7 Визначення коефіцієнту тертя .101 3.8 Використання ортогональних перетворень при розпізнаванні динамограм 106 4. ВАТМЕТРОГРАФІЧНИЙ МЕТОД ДІАГНОСТУВАННЯ 4.1 Загальні принципи діагностування ШГНУ за ватметрограмами 116 4.2 Особливості визначення механічного моменту редуктора верстата-качалки за вимірюванням потужності його привідного електродвигуна 121 4.3 Метод швидкісних характеристик для діагностування ШГНУ 124 4.4 Методика визначення маси зрівноважуючих вантажів 129 4.5 Перспективи розвитку ватметрографічних методів 132 5. ВІБРАЦІЙНИЙ МЕТОД ДІАГНОСТУВАННЯ ШГНУ 5.1 Дослідження статистичних характеристик коливного процесу в ШК 134 5.2 Експериментальні дослідження вібраційного стану ШГНУ 141 5.3 Виділення інформативних ділянок для аналізу коливного процесу в ШК 147 5.4 Вибір діагностичної ознаки і розробка алгоритму вібраційного контролю технічного стану ШГНУ 153 5.5 Визначення умов роботоздатності ШГНУ і оцінювання степені її роботоздатності з врахуванням похибки вимірювання 163 6. ДИНАМОМЕТРИЧНІ ДАВАНІ ТА СИСТЕМИ 6.1 Загальні принципи побудови технічних засобів динамометрування 169 6.2 Конструювання силовимірювальних перетворювачів 191 6.3 Проектування електричних перетворювачів давачів навантаження 203 6.3.ІТензорезистивні перетворювачі 203 6.3.2 Індукційні перетворювачі 208 6.4 Приклад реалізації системи динамометрування 210 6.4.1 Розробка функціональної схеми системи діагностування ШГНУ 210 6.4.2 Розробка конструкції вставного давача навантаження 213 6.4.3 Розробка електронної частини первинного перетворювача динамометричної системи 218 6.4.4 Розробка електронної частини контролеру збору і обробки інформації 221 6.4.5 Розробка програмного забезпечення системи діагностування ШГНУ 224 6.5 Повірочний стенд для тарування динамографів 227 4 7. ВАТМЕТРОГРАФІЧНІДАВАЧІ ТА СИСТЕМИ 7.1 Методи вимірювання споживаної електричної потужності 232 7.2 Аналіз технічних засобів контролю за споживаною потужністю електроприводів ВК 234 7.3 Методи побудови та джерела похибок ватметрографічних давачів 238 7.4 Приклад реалізації системи ватметрування 245 7.4.1 Обгрунтування конфігурації мікропроцесорної системи діагностування ШГНУ 245 7.4.2 Створення структурної схеми вимірювального перетворювача 247 7.4.3 Обгрунтування та вибір елементної бази ВП 249 7.4.4 Розробка електричної принципової схеми ВП 251 7.4.5 Програмна реалізація вимірювача споживаної потужності привідного двигуна ВК. 264 7.4.6 Реалізація програми високого рівня ІВС 266 7.4.7 Оцінка точності вимірювань 268 8. МЕТОДИ ВИЗНАЧЕННЯ РІВНЯ РІДИНИ В ЗАТРУБНОМУ ПРОСТОРІ СВЕРДЛОВИНИ 8.1 Акустичні методи 271 8.2 Визначення рівня на основі динамометричної та ватметричної інформації 276 8.3 Методи контролю відкачки 280 8.4 Дослідження можливості оцінки рівня рідини за характеристиками коливних процесів колони НКТ 283 ЛІТЕРАТУРА 293