close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Совершенствование методики управления качеством установок скважинного штангового насоса на этапе эксплуатации с использованием CALS-среды

код для вставкиСкачать
ФИО соискателя: Митина Мария Владимировна Шифр научной специальности: 05.02.23 - стандартизация и управление качеством продукции Шифр диссертационного совета: Д 212.200.01 Название организации: Российский государственный университет нефти и газа им.
На правах рукописи
Митина Мария Владимировна
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ УПРАВЛЕНИЯ
КАЧЕСТВОМ УСТАНОВОК СКВАЖИННОГО ШТАНГОВОГО
НАСОСА НА ЭТАПЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
CALS-СРЕДЫ
05.02.23 – Стандартизация и управление качеством продукции
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Москва – 2012
Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет
нефти и газа имени И.М. Губкина».
Научный руководитель
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор,
Кершенбаум Всеволод Яковлевич,
заведующий кафедрой
«Стандартизация, сертификация и управление
качеством производства нефтегазового оборудования»
ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет
нефти и газа имени И.М. Губкина»
доктор технических наук, профессор
Панкина Галина Владимировна,
Ректор ФГУП "Государственное образовательное
учреждение дополнительного профессионального
образования "Академия стандартизации, метрологии
и сертификации (учебная)"
доктор технических наук, профессор
Протасов Виктор Николаевич,
профессор кафедры
«Машины и оборудование нефтяной и газовой
промышленности» ФГБОУ ВПО «Российский
государственный университет нефти и газа
имени И.М. Губкина»
Ведущая организация
ОАО «Российская инновационная топливноэнергетическая компания (РИТЭК)»
Защита состоится «25» сентября 2012 г. в 15 часов на заседании
диссертационного совета Д 212.200.01, созданного на базе ФГБОУ ВПО
«Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина»
по адресу: 119991, г. Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, д. 65, корп. 1, ауд.
202.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО
«Российский государственный университет нефти и газа имени И.М.
Губкина».
Автореферат разослан «17 » августа 2012 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
Т.А. Чернова
кандидат технических наук
2
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Задачами стратегического развития топливноэнергетического комплекса (ТЭК) на ближайшие годы определены три
направления: переход на инновационное развитие, создание конкурентной
рыночной среды и интеграция в мировую энергетическую систему. Все это
взаимосвязано с задачами повышения конкурентоспособности оборудования
отечественного производства, возобновления утраченного технического
потенциала, развития отечественного машиностроения, включая собственные
возможности ремонта и обслуживания скважин, насосных установок и т.п.
Создание и укрепление собственного производства, собственных брендов,
подобных Schlumberger, Halliburton, Weatherford, гармонизация отечественных
стандартов с международными, обмен технологиями, внедрение успешного
зарубежного опыта – все это основа модернизационного развития нашей страны
и как следствие, повышение эффективности нефтегазового производства.
Для лучшего взаимодействия и, следовательно, для более эффективного
результата на предприятиях, занимающихся проектированием, производством,
монтажом и эксплуатацией объектов нефтегазового комплекса, разрабатываются
различные методы к управлению качеством оборудования на различных этапах
жизненного цикла. Качество оборудования (включая новизну, технический
уровень, отсутствие дефектов при исполнении, надежность в эксплуатации)
является одним из важнейших средств конкурентной борьбы, завоевания и
удержания позиций на рынке. Поэтому управление качеством оборудования
стало основной частью производственного процесса и направлено, в том числе,
на проверку качества оборудования в процессе его эксплуатации.
В настоящее время много говорится о необходимости использования
современных методологий управления основными фондами и поддерживающих
их информационных систем известные как CALS-системы (Continuous
Acquisition and Life cycle Support). Это нужно для повышения фондоотдачи,
поддержания основных фондов в максимальной готовности, сокращения
времени простоев и снижения издержек на ремонты оборудования. Однако к
разработке и внедрению новых стандартов управления качеством оборудования,
равно как и к применению CALS-систем для обеспечения этого качества,
следует подходить ответственно: чтобы минимизировать риски в ходе
внедрения, предприятие должно быть подготовлено к решению такой задачи.
Цель работы. Совершенствование процесса управления качеством
нефтегазового оборудования (на примере скважинных штанговых насосных
установок (СШНУ)) на этапе эксплуатации с применением CALS-систем,
нацеленного на повышение эффективности эксплуатации с учетом
характеристики скважины и показателей надежности насосов различных
производителей.
Для достижения поставленной цели в представленной диссертационной
работе решаются следующие основные задачи:
1. Выполнить анализ и обобщение существующих методик в области
управления качеством продукции. Выявить их недостатки.
2. Выявить основные требования к методике управления качеством
нефтегазового оборудования (на примере СШНУ) на основе стандарта ГОСТ Р
1.5-2004 «Стандартизация в РФ. Стандарты национальные РФ. Правила
построения, изложения, оформления и обозначения».
3. Выполнить анализ нормативной документации на скважинные
штанговые насосы – ГОСТ Р и API, сделать выводы об уровне гармонизации
стандартов.
4. Заложить основные требования по построению CALS-среды с
учетом требований действующей нормативной документации и специфики
исследуемого объекта – штангового насоса.
5. Провести обзор существующей российской и зарубежной
нормативной документации в области CALS-систем, сделать выводы об уровне
гармонизации документов.
6. Обзор существующих программных продуктов на рынке. Выбрать
информационно-аналитическую CALS-систему, интегрирующую средства
менеджмента качества и системного анализа данных в механизмы управления
качеством оборудования в процессе эксплуатации, учитывая показатель
конкурентоспособности и требования нормативной документации.
7. Заполнить справочники CALS-среды по показателям надежности
штангового насоса за 2005-2011 гг, используя принцип каталогизации. Найти
слабые узлы СШНУ, приводящие к отказам. Установить закономерности
действия совокупности характеристик скважины на долговечность и
безотказность штанговых насосов по производителям. Определить минимально
достаточные требования к персоналу для ведения CALS-среды.
8. Построить математическую модель процесса подбора штангового
насоса с учетом характеристики скважины и показателей надежности насосов
различных производителей.
9. Разработать практические рекомендации управления качеством
эксплуатации СШНУ в виде алгоритмов по принятию решений об
использовании/замене оборудования в CALS-среде, алгоритма присвоения
категории
группы
производителям
штанговых
насосов,
алгоритма
распределения оборудования в зависимости от коэффициента сложности
скважины, выполнение которых в процессе эксплуатации позволит сделать
качественный рывок в деле повышения наработки штанговых насосов на отказ,
оптимально подбирая производителя штангового насоса под конкретные
условия скважины.
Объект исследований. Объектом исследования являются СШНУ,
предметом – методологические и организационные основы повышения качества
их эксплуатации СШНУ путем увеличения межремонтного периода на основе
4
оптимального подбора типоразмера, производителя под заданные условия
скважины, автоматизация сбора данных по отказам штанговых насосов
посредством CALS-среды.
Методы исследований. При решении поставленных в работе задач
использовались методы системного анализа и научных обобщений,
статистическая обработка и анализ фактических промысловых данных, при
построении математической модели использованы научно-методические
принципы современной науки в областях квалиметрии, метрологии, экспертных
методов, методов математической статистики, методов управления качеством, а
также принцип каталогизации по сбору информации в CALS-среде.
Научная новизна. Разработана методика управления качеством
эксплуатации нефтегазового оборудования (на примере СШНУ) путем
построения математической модели плотности распределения наработок
штанговых насосов в зависимости от коэффициента сложности скважины и
показателей надежности различных производителей, результаты которой были
положены в основу практических рекомендаций.
Практическая значимость диссертационной работы состоит в виде
алгоритмов по принятию решений об использовании/замене оборудования в
CALS-среде, алгоритма присвоения категории группы производителям
штангового насоса, алгоритма распределения оборудования в зависимости от
коэффициента сложности скважины,
выполнение которых в процессе
эксплуатации позволит сделать качественный рывок в деле повышения
наработки штанговых насосов на отказ, оптимально подбирая производителя
штангового насоса под конкретные условия скважины.
Рекомендации к стандарту ГОСТ Р 51896-2002 «Насосы скважинные
штанговые. Общие технические требования» в части гармонизации
требований с API
Рекомендации по созданию стандарта на построение CALS-среды
Рекомендации к ведению модуля «Справочник оборудования»
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 статьи в
рецензируемых научных журналах, входящих в Перечень, 2 доклада на
конференциях.
Апробация работы. Основные результаты и положения настоящей
диссертационной работы были доложены на следующих конференциях:
IX Всероссийская конференция молодых ученых, специалистов и
студентов по проблемам газовой промышленности России, Москва, 4-7 октября
2011 г.;
5
IX Всероссийская научно-техническая конференция «Актуальные
проблемы развития нефтегазового комплекса России», Москва, 30 января –
1 февраля 2012 года.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех
глав, заключения, выводов, списка цитируемой литературы. Работа изложена на
110 страницах машинописного текста, в том числе 17 рисунков в виде схем и
графиков, 12 таблиц, список использованных источников, включающий 77
наименований.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении показана актуальность темы, объекты и методы
исследований, задачи диссертации, а также практическая ценность, область
применения и достижения результатов (Рисунок 1).
Рисунок 1. Цели и задачи работы
6
Первая глава «Состояние вопроса по проблеме управления качеством
объектов нефтегазового комплекса» содержит обзор существующих методик в
области управления качеством продукции. В нашей стране деятельность по
развитию систем и методов управления качеством имеет глубокие корни.
Становление отечественного системного подхода к управлению качеством
продукции базируется на всесторонних научных разработках. Фундаментальные
экономические основы эффективного управления качеством эксплуатации
нефтегазового оборудования заложили выдающиеся отечественные ученые: Г.
Г. Азгальдов, Б. Л. Бенцман, Б. В. Бойцов, В. Г. Версан, В. А. Винокуров, А.В.
Гличев, Б. И. Дубовиков, В.Я. Кершенбаум, С. В. Кривенков, М. И. Круглов. В.
М. Ларин, Д. С. Львов, В. В. Окрепилов, В. Н. Протасов, В. И. Синько, Б. З.
Султанов, Л. Я. Шухгальтер и др. В контексте эволюции зарубежного опыта
управления качеством выделяются имена таких видных исследователей, как Э.
Деминг, Дж. Джуран, К. Исикава, Ф. Кросби, Дж. Стинг, А. Фейгенбаум, Дж.
Харрингтон, В. Шухарт и др.
В главе рассматриваются основные подходы комплексной системы
управления качеством продукции «цикл Деминга», принципы современной
системы управления качеством (TQM), а также системы менеджмента качества
ISO серии 9000. Проведенный в рамках главы исследования позволяют сделать
вывод о том, что наиболее совершенными с точки зрения обеспечения
устойчивого стратегического развития организаций являются системы
менеджмента качества на основе стандартов ИСО 9000, однако все
рассматриваемые методики управления качеством не имеют достаточного опыта
эффективного использования систем управления качеством с учетом специфики
нефтегазового оборудования. Особое отставание при этом проявляется в
области методологии управления качеством с применением современных
методов обработки данных в виде CALS-систем на всех этапах жизненного
цикла объекта. В силу указанных сложившихся обстоятельств возникает
необходимость целенаправленной постановки работы по созданию методики
управления качеством на объект исследования - установки скважинного
штангового насоса на этапе эксплуатации с применением современных методов
– CALS-систем, где важнейшим средством управления качеством отводится
стандартизации.
Вторая глава «Стандартизация - основа построения методики
управлениям качеством» посвящена исследованию вопроса гармонизации
стандартов на изучаемых объект – скважинные штанговые насосы. При
рассмотрении стандартов ГОСТ Р и API на скважинные штанговые насосы,
установлено, что состав нормативной документации на скважинное штанговое
оборудование представлен в полном объеме и они не противоречат друг другу.
Cтандарты гармонизированы в части исполнения, однако классификация типов
исполнения насосов в API отлично от ГОСТ, поэтому следует использовать
идентификатор аналогов между российскими и американскими насосами для
достижения их взаимозаменяемости. Определены различая к требованиям в
7
исполнении цилиндров, если в ГОСТ выделяют 6 подвидов покрытий
цилиндров в зависимости от условий эксплуатации, в API -11; документ АРI
более подробно описывает составные детали насоса, даже на самую
незначительную и простую деталь представлен чертеж и таблица с размерами, а
также дано полное описание резьбы. ГОСТ же по этим вопросам ссылается на
другие нормативные документы. В качестве рекомендаций, целесообразно
включить все требования в одном документе. В остальном, требования
гармонизированы и соответствуют друг другу.
В
качестве
доработок
национального стандарта, полезно включить в новый стандарт требования по
построению CALS-среды, поскольку в обоих стандартах не уделено
достаточного внимания по определению показателей надежности насоса, не
утверждены
параметры,
влияющие
на
показатели
безотказности,
ремонтопригодности, необходимые для занесения в интегрированную среду.
На наш взгляд, первым шагом для решения данной проблемы, будет
анализ технической нормативной документации на построение CALS-среды.
Следует отметить, что в России не существует единого стандарта,
регламентирующего требования по построению CALS-среды. Поэтому при
решении проблемы гармонизации требований учитывались стандарты общего
назначения, требования по построению каталогов, а также требования к единой
системе программной документации серии 19. Все требования прописываются
в техническом задании на доработку системы под рассматриваемый объект.
Была проведена адаптация описываемых процессов представленными
стандартами под нужды конкретного объекта - штангового насоса.
Например, к процессу «Определение требований на построение CALSсреды» относятся следующие результаты:
- Должны быть поставлены технические задачи, которые предстоит
решить (сбор и анализ информации по эксплуатации скважинных насосов
различных производителей).
- Необходимо определение функций, которые необходимо поддерживать
(ведение справочников оборудования).
- Целесообразно определение критериев оценки качества при
использовании системы (время наработки на отказ, критерий сложности
скважины, производитель, материал покрытия цилиндра)
- Требуется выделение критических для данной системы аспектов
качества и требований к ним (средний межремонтный период, критическое
значения
коэффициента
сложности
эксплуатации
по
каждому
производителю).
Отметим, что эти принципы могут быть использованы для любого объекта
нефтяного оборудования по построению современных автоматических CALSсистем. Все это позволит практически неограниченно пополнять базы данных
по эксплуатационным параметрам, типам и движению в процессе эксплуатации
всей номенклатуры оборудования, затратам энергетических ресурсов на
8
производство продукции и по множеству других производственных данных и
показателей.
В третьей главе «Выбор и построение CALS-системы для реализации
разработанной методики» рассмотрены существующие в настоящее время
российские и зарубежные CALS-системы, проведен конкурентный анализ и
выбор
оптимального
программного
продукта,
соответствующего
закладываемым требованиям.
В своей работе мы не ставили целью создание программного средства по
управлению качеством, для нас необходимо заложить требование к CALSсистеме, удовлетворяющей требования российских и зарубежных стандартов. В
настоящее время на российском рынке представлено множество программных
решений, позволяющих вести учет оборудования как по стандартным
настройкам, так и дорабатываемым настройкам «под заказчика», это когда ПО
«адаптируется» под требования клиента, дополняя интерфейс нужными
кнопками. Для нас было задачей найти CALS-среду среди множества,
отвечающим тем требованиям, которые мы заложили в стандарт в главе 2.
Мы не будем останавливаться на преимуществах того или иного
программного продукта (ПП), который каждый заказчик выбирает
самостоятельно с учетом требуемых решений. Для кого-то это может быть
комплексное решение, включающее в себя как помимо модуля «учета
оборудования» другие модули, например, по документообороту и бухгалтерии, в
целях поддержания единого информационного пространства.
Мы остановили свой выбор на отечественной разработке «Лотсия ПДМ+».
Данная разработка отвечает заложенным требованиям в стандарте, и не
является «коробочным продуктом», то есть не исключено дополнение и
усовершенствование модулей по требования заказчика. В качестве базовых
функциональных возможностей системы для управления оборудования можно
выделить «Справочник оборудования» (Рисунок 2).
Здесь можно проанализировать эффективность эксплуатации, выявить
свободное или не используемое оборудование и, при необходимости,
перераспределить его для использования в нужном месте. Ответственный
сотрудник следит за актуальностью справочника и вовремя переводит
оборудование, которое уже не используется в статус «Отмененное».
Оборудование удаляется из справочника и перемещается в папку «Отменённое
оборудование».
Рисунок 2. Справочник оборудования в CALS- среде
9
После наполнения статистической информации об отказах оборудования с
бумажных носителей в электронные справочники штанговых насосов в CALSсреде, мы получаем возможность перейти к реализации поставленной цели
работы, управлении качеством СШНУ в процессе эксплуатации, в зависимости
от условий скважины и производителя оборудования.
В четвертой главе «Апробация методики с применением CALSинструмента» мы остановились более подробно на методах анализа
статистической информации из CALS-среды, обобщили мировой опыт работы
по надежности в области нефтегазового оборудования и построили собственные
алгоритмы по принятию решений для оператора, ведущего CALS-среду с
момента введения оборудования в эксплуатацию. После внесения данных в
CALS-среду, можно провести анализ отказов СШНУ, делая выборку, например,
по причинам отказов основных узлов.
Анализ 442 штанговых насосов по нескольким производителям,
отработавших на Павловском месторождениях в среднем по 340 суток, выявил,
что одним из наиболее проблемных узлов являются пары «плунжер-цилиндр», а
также наличие твердых фракций в насосе. Полученные результаты приведены в
таблице 1 и на рисунке 3. Для исследований и прогнозирования параметров
надежности весьма важна классификация основных причин выхода
оборудования из строя. При этом наиболее разумным подходом является
объединение отказов, схожих по механизму возникновения. Подобная
кластеризация позволяет существенно увеличить объем выборки аварийных
событий по определенным типам дефектов и тем самым увеличить
достоверность статистических расчетов.
Таблица 1. Причины выхода из строя СШНУ на Павловском месторождении
Причина
выхода из
строя
Твердые
фракции в
насосе
Износ пары
плунжерцилиндр
Коррозия
клапанных
пар
Отворот
штанг
Производители
Производитель Производитель Производитель Производитель
1
2
3
4
28
2
1
0
21
3
2
1
4
1
1
0
33
2
4
0
10
Рисунок 3. Причины отказов скважинных насосов
1). Влияние внутренних факторов - типоразмер, производитель, материалы
изготовления пары «плунжер-цилиндр» на долговечность штанговых насосов.
Средний межремонтный период (МРП) для оборудования различных
типоразмеров и фирм-производителей, используемого на рассматриваемом
месторождении, рассчитанный по описанной методике, представлен в табл. 3
(Примечание. В автореферате мы полагаем целесообразным не
расшифровывать производителей в целях сохранения анонимности – во
избежание возможных обвинения в рекламе или, напротив, в диффамации,
расшифровка конкретных производителей приведена в диссертации).
Анализ полученных результатов свидетельствует о том, что наработка на
отказ по отдельным типам насосов отличается между собой более, чем в 5 раз.
Наиболее надежным в данных условиях эксплуатации является импортный
насос марки ПРОИЗВОДИТЕЛЬ 3, наименее надежен – ПРОИЗВОДИТЕЛЬ 3.
Таблица
2. Средний межремонтный
производителю и типоразмеру
№
Тип насоса
Типоразмер
период
штанговых
Число аварий в
CALS-среде
1 ПРОИЗВОДИТЕЛЬ 1 32
44
5
48
2 ПРОИЗВОДИТЕЛЬ 2 32
3 ПРОИЗВОДИТЕЛЬ 3 32
4 ПРОИЗВОДИТЕЛЬ 4 32
44
44
44
17
61
21
28
18
34
насосов
по
Средний
межремонтны
й период, сут
680
880
520
780
2100
560
854
2190
Такая градация факторов воздействия на долговечность оборудования
позволяет количественно описать очевидный постулат - качественно
изготовленное оборудование прослужит в одних и тех же условиях дольше
аналогичного, но с дефектами изготовления и конструкции.
Оптимальное
решение задачи о выборе поставщика штангового насоса возможно при наличии
11
определенной
совокупности
CALS-данных
с
учетом
показателей
конкурентоспособности. При выборе поставщика в качестве основных
показателей рассматриваются технические, технологические, экономические,
эксплуатационные, экологические и социальные. Предварительный выбор
может быть произведен на основе обобщенных параметров с использованием
рангового подхода. Для более глубокого анализа производителей, необходимо
рассмотреть конструктивные особенности поставщиков насосов - результаты
анализа в обобщенном виде представлены в таблице 3.
Таблица 3. Средние значения наработок на отказ по производителям с
покрытием цилиндров
Производитель
ПРОИЗВОДИТЕЛЬ 1
Среднее значение
наработки ресурса
штангового насоса
780 суток
ПРОИЗВОДИТЕЛЬ 2
ПРОИЗВОДИТЕЛЬ 3
540 суток
872сут
Покрытие
азотированное
исполнение плунжерной
пары
хромированному
исполнению цилиндров
ПРОИЗВОДИТЕЛЬ 4
2155 суток
Ноу-хау,
нанотехнологичные
материалы
Для оценки технико-экономической эффективности работы насоса
рассмотрена самая дорогостоящая часть – цилиндр и соотношение его
наработки к стоимости насоса. Полученные результаты отражены в таблице 5.
Таблица 4. Соотношение наработки к стоимости насоса
Наименование завода
ПРОИЗВОДИТЕЛЬ 1
(азот)
ПРОИЗВОДИТЕЛЬ 2
(азот)
ПРОИЗВОДИТЕЛЬ 3
(хром)
ПРОИЗВОДИТЕЛЬ 4
(хром + латунь)
Цена насоса Прогнозируемая Отношение
наработка
стоимости насоса к
времени работы
насоса, руб/сут
40000
780
51,3
40000
540
74,07
40000
872
45,87
98500
2200
44,77
12
По результатам расчётов отношения цены к наработке максимально
эффективное
использование
достигнуто
насосами
производства
«ПРОИЗВОДИТЕЛЬ 4», несмотря на самую высокую стоимость насоса.
2). Влияние внешних факторов (совокупность параметров и характеристик
конкретного месторождения, условия эксплуатации) на долговечность
штангового насоса.
Одним из важных факторов, оказывающих влияние на долговечность и
надежность оборудования нефтегазодобычи, является совокупность параметров
и характеристик месторождения. Очевидно, что рабочий ресурс совершенно
идентичного оборудования, работающего в разных условиях, будет различен.
Поскольку эти факторы определяются независимо от особенностей конструкций
оборудования, его типа, марки и конструкционных материалов, назовем их
условно «внешними» факторами. Степень влияния того или иного внешнего
фактора не остается постоянной, но изменяется в процессе разработки
месторождения.
Многие из «внешних» факторов изменяются с течением времени, и поэтому
важно располагать не только текущим значением фактора, но и иметь сведения о
его динамике. Длительность межремонтного периода однотипного
технологического оборудования определяют не только его конструкция и
качество заводского исполнения (или ремонта), но и внешние факторы,
обусловленные влиянием внешней среды и условиями эксплуатации
оборудования. Для справедливости выводов о безотказности штанговых насосов
рассматривались производители, проработавшие свой ресурс в идентичных
условиях (в одном месторождении) не менее года.
Влияние внешних факторов было отражено с помощью бальной системы
оценки сложности скважины («Комплекс работ по исследованию и снижению
частоты самопроизвольных рс-отказов скважинных насосных установок»
Дарищев В. И., Ивановский В. Н., Сабиров А. А.). В основу методики бальной
оценки сложности скважины положена экспертная оценка и обработка
статистических данных по отказам оборудования. Учитываются как показатели
собственно скважины. так показатели наработок. Количество оцениваемых
параметров может в каждому случае различно. однако максимальное суммарное
количество баллов не должно превышать 1000 баллов. Распределение
весомостей баллов по каждому критерию осуществляется с помощью
экспертного метода оценки. В таблице 5 приведены 7 ключевых параметров,
влияющих на производительность скважины: 4 показателя по наработкам
(общее количество отказов. все причины отказов на 1 скважину – твердые
фракции, износ пары «плунжер-цилиндр», коррозия клапанных пар). 3
показателя по характеристике скважины (Наличие H2S. Содержание CO2. КВЧ).
Путем метода экспертной оценки присваивалась весомость каждого критерия.
13
Таблица 5. Таблица весомостей условий эксплуатации
Параметры
Величина
Общее количество отказов 1
на скважину в год;
2
3
4
5
Количество отказов по
1–5
причине твердых фракций 5-15
в насосе на скважину в год; 15-30
Более 30
Количество отказов по
1–5
причине износа пары
5-15
«плунжер-цилиндр» на
15-30
скважину в год;
Более 30
Весомость, баллы
50
100
200
300
400
0
20
80
100
0
20
80
100
Количество отказов по
причине коррозии
клапанных пар на скважину
в год;
1–5
5--15
15-30
Более 30
0
20
80
100
Наличие H2S
0
0-0,025%
0,025-0,50%
0,50- 1, 00%
1,00-1,25%
0
0-0,025%
0,025-0,50%
0,50- 1, 00%
1,00-1,25%
До 100
100-300
300-500
Более 500
0
10
20
80
100
0
10
20
80
100
0
20
80
100
Содержание CO2
КВЧ. мг.м
На основе данного метода оценки сложности скважины, нами был
проведен анализ нескольких скважин с различных месторождений. Результаты
анализа приведены в таблице 6.
14
Количество отказов по
причине твердых фракций в
насосе на скважину в год;
Количество отказов по
причине износа пары
«плунжер-цилиндр» на
скважину в год;
Кол-во отказов по причине
коррозии клапанных пар
на скважину в год;
Наличие H2S
Содержание CO2
КВЧ. мг.м
Количество баллов весомости
Коэффициент сложности
скважины
Баклановское
Бугровское
Быркинское
Гондыревское
Змеевское
Кокуйское
Красноярское
Куединское
Москудьинское
Осинское
Павловское
Рассветное
Таныпское
ШагиртскоГожанское
Общее количество отказов на
скважину в год;
Месторождение
Таблица 6. Присвоение баллов весомостей анализируемым скважинам
50
400
100
0
100
200
100
200
200
300
100
300
100
200
20
100
80
20
20
20
20
0
100
100
80
0
100
80
80
100
20
20
80
20
80
80
20
100
20
20
100
20
0
100
100
20
100
20
100
20
80
100
80
80
100
100
100
100
0
20
100
20
100
0
0
100
20
20
100
100
0
0
100
20
0
0
100
0
100
0
0
80
100
100
50
100
100
0
100
20
0
100
100
100
0
0
100
100
300
900
500
100
500
500
500
400
600
800
300
500
700
700
0.3
0.9
0.5
0.1
0.5
0.5
0.5
0.4
0.6
0.8
0.3
0.5
0.7
0.7
Изучив влияние внешних и внутренних факторов на безотказность
оборудования, мы получаем возможность проанализировать собранную и
структурированную информации c помощью математической модели.
Математическая модель плотности распределения наработок штанговых
насосов в зависимости от коэффициента сложности скважины и показателей
надежности различных производителей, учитывая данные из CALS-системы.
Понятие надежности нефтегазового оборудования, рассматриваемое в
отрыве от условий его эксплуатации, является понятием абстрактным, а
постановка экспериментов с целью определения основных параметров
надежности не представляется возможной.
Поэтому единственной
возможностью оценки рабочего ресурса, среднего времени наработки и других
показателей надежности оборудования, знание которых необходимо для
планирования производства, оценки качества сервисного обслуживания или
работы ремонтно-восстановительных бригад, является расчет на основании
15
эмпирических данных, полученных непосредственно в процессе добычи сырья
через CALS-системы управления качеством.
Задачами математической обработки статистических данных об отказе
оборудования является получение функций распределения случайных величин.
Зная функцию распределения случайных величин и пользуясь методами
математической статистики, можно количественно оценить показатели
надежности. Рассмотрим возможность определения этой временной
зависимости на основании анализа баз данных информационно-измерительных
CALS-систем, относящихся к зарегистрированным отказам технологического
оборудования.
Поскольку безотказность штангового насоса является случайной
величиной, для его описания следует использовать вероятностные модели.
Вероятность того, что за время объект не достигнет предельного состояния
определяют
как
функцию
распределения
параметров
надежности,
представленную в виде интегрального закона распределения вероятности
отказов во времени F(t), плотности распределения f(t) = dF/dt, функции
вероятности безотказной работы R(t) = 1–F(t) и т.д. Функция F(t) показывает,
сколько в среднем штанговых насосов доживет до времени t. На практике ее
часто называют «кривой выживаемости». Следует различать теоретическое
распределение вероятностей и эмпирическое (построенное по выборочным
данным, в нашем случае по данные из CALS-среды).
В общем виде, функции распределения параметров надежности могут быть
представлены в различных эквивалентных формах:
- в виде интегрального закона распределения вероятности
отказов во времени F(t),
- плотности распределения
f(t) = dF/dt*К, (1)
- функции вероятности безотказной работы
R(t) = 1–F(t), (2)
Для эмпирического определения параметров надежности в данной работе
использовалась функция вероятности безотказной работы R(t), определявшаяся
на основании информации эксплуатационных баз данных по отказам согласно
соотношению
R(t) = Ns(t)/N0, (3)
где Ns(t) – число единиц оборудования, сохранивших работоспособность в
течение промежутка времени t;
16
N0 – первоначальное число единиц оборудования на каком-либо
месторождении.
F(t)= 1-Ns(t)/N0 (4)
f(t) = (1-d(Ns(t)/N0 ) /dt)К, (5)
где K – коэффициент сложности эксплуатации скважины (из таблицы 5)
К= ∑К1+К2+К3+…Кn
На рисунках 4-6 представлены плотности распределения случайной
величины по всем производителям в зависимости от условий эксплуатации - при
построении функции плотности распределения с одной стороны, учитывались
данные о наработках об отказах по штанговым насосам, с другой стороны,
совокупность внешних параметров, выраженных в коэффициенте сложности
эксплуатации.
Используя информацию из CALS-среды по наработкам штанговых
насосов 3х производителей, статистические методы обработки данных, мы
получили плотности распределения для каждого производителя в зависимости
от коэффициента сложности скважины. Был произведен анализ по 14 скважинам
из различных месторождений, выборка данных более чем 2000 наименований.В
результате, мы получили плотности распределения наработок на отказ трех
производителей в зависимости от условий эксплуатации, представленные на
рисунках 4-6.
На представленных рисунках мы видим зависимость наработок от
совокупности факторов, выраженных в коэффициенте сложности скважины 3х
производителей. Плотность распределения отлично между собой из-за
различного количества данных о наработках по каждому производителю,
выборка из CALS-СРЕДЫ БЫЛА проведена по данным о наработках за 20062011 года по нескольким месторождениям. Анализ большого объема
статистической информации выявил закономерности изменения наработок в
зависимости от коэффициента сложности скважины и производителя и
послужил основой для создания практических рекомендаций, оригинальных
методик и алгоритмов, которые можно представить в виде схемы, приведенной
ниже.
Полученные результаты приведены на рисунках 4-6.
17
Рисунок 4. Плотность распределения НВ-32 ПРОИЗВОДИТЕЛЬ 1
Рисунок 5. Плотность распределения насоса НВ-32 ПРОИЗВОДИТЕЛЬ 2
Рисунок 6. Плотность распределения НВ-32 ПРОИЗВОДИТЕЛЬ 3
18
Из рисунков 4-6 следует, что интенсивность отказов существенно зависит
от коэффициента сложности эксплуатации скважины (К - отличен от нуля).
Количественное описание показателей надежности производится с
помощью функции распределения вероятностей отказов штанговых насосов.
Изучение влияния внешних факторов на эксплуатационную надежность
нефтегазового оборудования является важнейшим условием повышения уровня
надежности объектов нефтегазодобычи и достоверности методов технической
диагностики оборудования промыслов.
Как следует из полученных результатов, модель отказов нефтегазового
оборудования, учитывающая временную зависимость интенсивности отказов от
совокупности факторов, представляющих собой сложность эксплуатации
скважины, позволяет с большей степенью точности описывать реальные
износовые и приработочные процессы.
Таким образом, в результате проделанной работы, была разработана
математическая модель плотности распределения наработок штанговых насосов
в зависимости от коэффициента сложности скважины и показателей
надежностей производителя, результаты которой были положены в основу
практических рекомендаций в виде алгоритмов по принятию решений об
использовании/замене оборудования в CALS-среде (Рисунок 7), алгоритма
присвоения категории группы производителям штанговых насосов (Рисунок 8),
алгоритма распределения оборудования в зависимости от коэффициента
сложности скважины (Рисунок 9),
выполнение которых в процессе
эксплуатации позволит сделать качественный рывок в деле повышения
наработки штанговых насосов на отказ, оптимально подбирая производителя
штангового насоса под конкретные условия скважины.
Оценка сложности эксплуатации скважин позволяет комплексно
учитывать влияние количественных значений разных факторов на
долговечность оборудования. Необходимо отметить, что переход к системе
критериев позволяет использовать ее любому квалифицированному специалисту
практически без дополнительной подготовки и без проведения сложных
математических расчетов, имея под рукой алгоритмы (Рисунок 7, 8 и 9) по
оценки сложности эксплуатации скважины,
определить коэффициент
сложности эксплуатации, обеспечив тем самым оптимальный подбор
производителя штангового насоса в зависимости от условий эксплуатации в
целях обеспечения безотказности, наибольшей эффективности и экономической
выгоды в производстве.
19
Алгоритм по принятию решений представлен на Рисунке 7.
Рисунок 7. Алгоритм по принятию решений об использовании/замене
оборудования в CALS-среде
Экстремальная реализация на Рисунке 7 может быть выявлена как
результат наиболее неблагоприятного сочетания факторов, влияющих на
скорость изменения параметров (критическое значение наработки насоса). При
наступлении данного значения, оператор принимает решение о плановом ТО/
либо о замене, вносит сначала данные в CALS-среду.
20
Алгоритм по присвоению категории качества в зависимости от показателей
надежности производителей штанговых насосов.
Рисунок 8. Алгоритм присвоения категории качества в зависимости от
показателей надежности производителей штанговых насосов
21
Алгоритм по распределению оборудования в зависимости от сложности
скважины.
Рисунок 9. Распределение оборудования в зависимости от коэффициента
сложности эксплуатации скважины
22
Основные выводы по работе: Разработана методика управления
качеством нефтегазового оборудования (на примере СШНУ) в CALS-среде,
нацеленная на повышение эффективности эксплуатации с учетом
характеристики скважины, производителя и показателей надежности
насосов.
1. Выполнен анализ и обобщение существующих методик в области
управления качеством продукции.
2. Выявлены основные требования к методике управления качеством
нефтегазового оборудования (на примере СШНУ) на основе стандарта ГОСТ Р
1.5-2004 «Стандартизация в РФ. Стандарты национальные РФ. Правила
построения, изложения, оформления и обозначения».
3. Выполнен анализ нормативной документации на скважинные
штанговые насосы ГОСТ Р и API, сделан выводы об уровне гармонизации
стандартов.
4. Заложены основные требования по построению CALS-среды с
учетом требований действующей нормативной документации и специфики
исследуемого объекта – штангового насоса.
5. Проведен обзор существующей российской и зарубежной
нормативной документации в области CALS-систем, сделаны выводы об уровне
гармонизации документов.
6. Проведен обзор существующих программных продуктов на рынке.
Выбрана информационно-аналитическую CALS-система, интегрирующую
средства менеджмента качества и системного анализа данных в механизмы
управления качеством оборудования в процессе эксплуатации, учитывая
показатель конкурентоспособности и требования нормативной документации.
7. Были заполнены справочники CALS-среды по показателям
надежности штангового насоса за 2005-2011 гг, используя принцип
каталогизации. Найдены слабые узлы СШНУ, приводящих к отказам.
Установлены закономерности действия совокупности характеристик скважины
на долговечность и безотказность штанговых насосов по производителям.
8. Построена математическая модель процесса подбора штангового
насоса с учетом характеристики скважины и показателей надежности насосов
различных производителей.
9. Разработаны практические рекомендации на основе математической
модели управления качеством эксплуатации СШНУ в виде алгоритмов по
принятию решений об использовании/замене оборудования в CALS-среде,
алгоритма присвоения категории качества в зависимости от показателей
надежности производителей штанговых насосов, алгоритма распределения
оборудования в зависимости от коэффициента сложности скважины,
выполнение которых в процессе эксплуатации позволит сделать качественный
рывок в деле повышения наработки штанговых насосов на отказ, оптимально
подбирая производителя штангового насоса под конкретные условия скважины.
23
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
Статьи, опубликованные в изданиях, рекомендованных ВАК
1)
2)
3)
4)
Митина М. В. Наше инновационное решение реализации CALSтехнологий у Вас на предприятии – единое информационное пространство
на базе системы Lotsia PDM Plus//САПР И ГРАФИКА, октябрь 2010, с. 5052
Митина М. В. Результат внедрения системы менеджмента качества по ISO
9000 ЗАО «БЮРО САПР» - автоматизация бизнес-процессов группы
компаний «Русский САПР»//САПР И ГРАФИКА, февраль 2010, с. 50-51
Митина М. В., Кершенбаум В. Я. Постановка задачи об управлении
качеством штанговых грубинных насосов// Управление качеством в
нефтегазовом комплексе. – М.:2011, №4. – с. 16-18.
Митина М. В., Кершенбаум В. Я. Совершенствование нормативной
документации скважинных насосных установок с помощью построения
CALS-среды// Управление качеством в нефтегазовом комплексе. –
М.:2012, №3. – с. 26-29.
Статьи в сборниках научных трудов и сборниках материалов конференций
5)
6)
Митина М. В., Кершенбаум В. Я. Методика управления качеством
эксплуатации штангового насоса с использованием принципа
каталогизации. // Сборник тезисов докладов IX Всероссийской научнотехнической конференции “Актуальные проблемы развития нефтегазового
комплекса России», 30 января -1 февраля.2012, . – М.: Издательский центр
РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2011. –с.33.
Митина М. В., Кершенбаум В. Я. Совершенствование методики
управления качеством нефтегазового оборудования на всех этапах
жизненного цикла с использованием принципа каталогизации // Сборник
тезисов докладов девятой всероссийской конференции молодых ученых,
специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности,
Москва, 4-7 октября 2011г. – М.: Издательский центр РГУ нефти и газа
имени И.М. Губкина, 2011. –с.20.
Подписано в печать
. Формат 60х90 1/16.
Уч.-изд. л. 1,25 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № .
Отпечатано в типографии ФГУП Издательство «Нефть и газ»
РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина
119991, Москва, Ленинский просп., 65
24
Документ
Категория
Технические науки
Просмотров
91
Размер файла
820 Кб
Теги
кандидатская
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа