ChSTU repository

3 
 
ЗМІСТ 
 
ВСТУП 5 
РОЗДІЛ 1. Огляд стану проблеми розробки систем  
управління штанговими насосами 7 
1.1 Опис об'єкта управління   7 
1.2 Огляд методів діагностики несправність установки  
штангового насоса глибокої присоски    11 
Висновки до  розділу 1   19 
РОЗДІЛ 2. Імітаційна модель об'єкта управління 20 
2.1   Імітаційна модель об'єкта управління   20 
Висновки до розділу 2   23 
РОЗДІЛ 3. Способи регулювання на основі аналізу  
споживаної потужності 25 
3.1 Метод регулювання потоку на основі аналізу споживаної  
потужності 25 
3.2 Моделювання несправність насоса-присоски та аналіз їх  
впливу на форму сигналу потужності, споживаної електроприводом    37 
3.3 Алгоритм діагностики несправність штангового насоса   
шляхом обробки сигналу потужності, споживаної електроприводом   47 
Висновки до розділу 3   50 
РОЗДІЛ 4. Експериментальні дослідження системи  
управління установкою штангового глибинного насоса 51 
4.1 Експериментальне дослідження регулювання подачі газу за  
допомогою імітаційної моделі 51 
4.2 Експериментальні дослідження методу діагностики  
несправність насоса глибокої свердловини зі штангою з використанням  
імітаційної моделі   59 
  
4 
 
4.3 Експериментальні дослідження регулювання подачі газу на  
основі аналізу споживаної потужності 60 
Висновок до  розділу 4   77 
ВИСНОВКИ 79 
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ 81 
ДОДАТОК А Акт впровадження  
ДОДАТОК Б Таблиці з данними  
ДОДАТОК В Публікація 
ДОДАТОК Г Презентація кваліфікованої роботи  
  
5 
 
ВСТУП 
 
 
В даний час значну частку «легких» нафтових запасів складають 
малодебітні свердловини і свердловини з різними виробничими ускладненнями, 
такими як: залягання піску, висока в'язкість або температура свердловинної рідини, 
утворення солі і парафіну. Значну частку глибокого насосного фонду на родовищах 
можна віднести до розряду свердловин малої дебітності. Навіть на 
високопродуктивних родовищах близько 20-30% запасу видобувних свердловин 
припадає на свердловини з низькою дебітністю. Для таких свердловин характерна 
експлуатація за допомогою штангових насосів-присосок, до складу яких входять 
такі основні вузли: штанговий насос, насосний вузол і електродвигун. Цей спосіб 
експлуатації насоса є найбільш поширеним, в даний час такими установками 
оснащується більше 40% всього фонду свердловин. Стрімке скорочення «легких» 
запасів нафти, значний знос обладнання, зростання собівартості електроенергії, 
віддаленість родовищ від населених пунктів і багато інших факторів обумовлюють 
посилення вимог до систем управління штанговими насосами. Сучасні системи 
управління насосом з рулонного чавуну мають на увазі виконання двох основних 
функцій:   
• регулювання подачі (обсягу рідини за одиницю часу) насосної 
установки глибокої свердловини з присоскою для забезпечення максимального 
потоку рідини, мінімального зносу обладнання та енергозбереження;   
• діагностика несправність обладнання насоса-присоски і установки 
свердловини (для подальшого прийняття рішення про зупинку або перехід на інший 
режим роботи з одночасним сигналізуванням оператору про виникнення 
несправності).    
Необхідність підвищення надійності, технологічності і зниження вартості 
розроблюваних систем управління вимагає радикальної зміни існуючих підходів до 
обробки інформації і скорочення числа встановлених датчиків. Незважаючи на 
значний обсяг досліджень, що проводяться в області побудови точних і надійних 
6 
 
датчиків фізичних величин, останні, тим не менш, залишаються найслабшим 
елементом систем управління УШГН. У зв'язку з цим в даний час набирають 
популярність системи управління, що дозволяють регулювати подачу штангового 
насосного агрегату, а також визначати стан занурювального і наземного обладнання 
шляхом математичної обробки сигналів активної потужності, витраченої 
електроприводом насосної установки штанги для підйому рідини зі свердловини. 
Такі системи управління вимагають установки тільки електричних датчиків для 
реалізації алгоритмів контролю і діагностики, що дозволяє істотно знизити їх 
вартість, а також витрати на обслуговування. Однак існуючі в даний час методи 
регулювання і діагностики мають низьку точність, складні в реалізації і вимагають 
подальшого вивчення і вдосконалення.    
Об'єктом дослідження є система керування установкою штангового 
глибинного насоса з урахуванням зворотного зв’язку щодо споживаної 
електроприводом потужності. 
Предметом дослідження є методи регулювання подачі установки 
штангового глибинного насоса, засновані на підтримці оптимального динамічного 
рівня рідини в міжтрубному просторі свердловини, а також методи діагностики 
несправностей насоса шляхом аналізу сигналу про споживану електроприводом 
потужність. 
Метою роботи є розроблення та дослідження системи керування 
установкою штангового глибинного насоса, спрямованої на підвищення 
ефективності її функціонування шляхом удосконалення методів регулювання 
подачі та діагностики несправностей на основі аналізу споживаної 
електроприводом потужності. 
  
7 
 
РОЗДІЛ 1 
ОГЛЯД СТАНУ ПРОБЛЕМИ РОЗРОБКИ СИСТЕМ УПРАВЛІННЯ 
ШТАНГОВИМИ НАСОСАМИ 
 
Насосні агрегати зі штанговими присосками є одним з найбільш поширених 
видів обладнання для видобутку нафти. Вони використовуються при експлуатації 
малодебітних свердловин і свердловин з різними ускладненнями у видобутку, 
такими як високий водоріз, залягання піску, висока в'язкість або температура 
свердловинної рідини, сольове і парафіноутворення, тобто в тих випадках, коли 
застосування відцентрових насосів стає неефективним. Крім того, такий спосіб 
видобутку дозволяє вигідно експлуатувати невеликі поля з малими витратами. В 
даний час більше 40% свердловин обладнані такими буровими установками.    
Ефективність роботи рулонної ванни залежить не тільки від стану 
обладнання, але і від якості управління. У зв'язку з цим велика увага приділяється 
науковим дослідженням, спрямованим на розробку нових систем управління для 
УШГН. Незважаючи на досить широке коло завдань, основним з них є розробка 
алгоритмів і методів, що реалізують основні функції системи управління, а саме:   
− регулювання подачі (обсягу рідини за одиницю часу) насосної установки 
штанги для забезпечення максимальної витрати рідини, мінімального зносу 
обладнання та енергозбереження; − діагностика несправність обладнання 
штангового насоса і установки свердловини (для подальшого прийняття рішення 
про відключення або перехід на інший режим роботи з одночасним 
сигналізуванням оператору про виникнення несправності).   
 
 
 1.1   Опис об'єкта управління   
 
Свердловина є сполучною ланкою між поверхнею і продуктивним  
резервуаром – місцевим природним скупченням нафти. За допомогою згорнутих в 
спіраль насосно-компресорних труб свердловинна рідина піднімається на 
8 
 
поверхню. Існує два усталених значення рівня рідини в свердловині: статичне і 
динамічне. Динамічний рівень - це рівень стовпа рідини в діючій свердловині. 
Рівень рідини, що встановлюється при вирівнюванні пластового і привибійного 
тисків в закритій свердловині, є статичним рівнем. Приплив рідини з водойми в 
свердловину відбувається тільки в разі колекторської депресії. Приплив рідини з 
пласта в свердловину відбувається в результаті встановлення на дні свердловини 
(дна свердловини) тиску нижче, ніж в продуктивному пласті. При цьому пластова 
енергія витрачається на подолання різного роду сил опору, гравітційних, капілярних 
сил під час руху нафти і проявляється в процесі зниження тиску - створення різниці 
між пластовим і забійним тисками, званої депресією. Водойма і свердловина 
складають двокомпонентну гідравлічну систему, з'єднану послідовно. У той же час 
свердловина є єдиним каналом, по якому можна визначити поточні характеристики 
такої системи у вигляді основних параметрів, що змінюються в часі, таких як 
динамічний рівень, привибійний тиск, дебіт свердловини, кількість рідини, що 
надходить в свердловину за одиницю часу, і впливати на водойму різними заходами, 
в тому числі і зміною режиму роботи свердловинного обладнання.   
Для свердловин, що працюють в різних режимах і при різних ускладненнях, 
з метою забезпечення надійної роботи при тривалому міжремонтному періоді, 
індивідуально підбираються змієвикові насосні агрегати. Оскільки розроблена 
система управління повинна враховувати характеристики і особливості  
експлуатації обладнання, то необхідно відрізняти від класифікацій тип 
обладнання, на який вона буде розрахована. Необхідно визначити найбільш 
поширені варіанти конструкції рулонної ванни для подальших досліджень.   
Установка штангового насоса для роботи одношарових полів (Рисунок 1.1) 
складається з:   
− від наземного механічного приводу (насосного агрегату);   
− головний рушій;   
− обладнання гирла свердловини;   
− трубчасті струни;   
− стрижневі колони;   
9 
 
− штанговий насос.  
Існує два типи штангових насосів - штепсельні і не штепсельні, які 
відрізняються за конструкцією, маючи при цьому однаковий принцип роботи. 
Механічні штангові приводи представлені широким асортиментом. Вони  
розрізняються за типом первинного двигуна (електрична, теплова), видом 
енергії, що використовується в передачі (механічна, гідравлічна, пневматична), а 
також кількістю свердловин, що обслуговуються одним приводом (індивідуальна, 
групова). На рисунку 1.2 представлена класифікація механічних балансирних 
приводів. Найбільш поширеними є механічні балансувальні окремі приводи 
(насосні машини), оснащені електродвигунами. Перетворювальний пристрій являє 
собою плоский чотириланковий кривошипно-кулісний механізм, що працює 
спільно з гнучкою ланкою (канатною підвіскою), що охоплює дугову головку 
коромисла (балансира). Для приводів зі звивиною найчастіше застосовують 
трифазні асинхронні двигуни з короткозамкненим ротором потужністю 7,5-55 кВт  
і номінальною частотою обертання валу 500-1500 об / хв.   
 
Рисунок 1.1 – Установка штангового насоса-присоски    
10 
 
 
Рисунок 1.2 – Класифікація механічних балансувальних приводів 
штангових насосів 
   
Принцип роботи насоса з спіральною головкою при описаній вище 
конфігурації полягає в тому, що ґрунтовий привід за допомогою нитки штанг 
приводить в рух штанговий насос, який забезпечує переміщення пластової рідини 
з дна свердловини по тюбінгової колоні на поверхню. Основними вузлами СК є 
балансир, що працює на стійці, з'єднаний рухомо з шатуном і кривошипом. 
Кривошип, обертаючись з постійною швидкістю, перетворює обертальний рух в 
зворотно-поступальний рух балансира зі змінною швидкістю. За один оберт 
кривошипа балансирна головка виконує повний цикл - вгору і вниз. Швидкість руху 
балансира змінюється протягом одного повного циклу за величиною і напрямком. 
У бухтову ванну також входить редуктор, призначений для зниження 
частоти обертання валу двигуна до частоти коливань штока. Зв'язок між двигуном 
і понижуючим редуктором здійснюється клинопасовою передачею.   
Таким чином, об'єктом управління є система «продуктивний резервуар – 
свердловина – бухтовий насос» або, більш детально, «продуктивний резервуар – 
свердловина – штанговий насос – СК – електродвигун». Привід бухтової ванни 
11 
 
являє собою індивідуальний механічний балансувальний привід з 
кривошипношатунним механізмом, дугової головкою і механічним балансуванням, 
що приводиться в рух трифазним асинхронним двигуном з короткозамкненим 
ротором.   
Об'єктом управління є складна динамічна система, при вивченні якої 
необхідно враховувати електромеханічні, динамічні, кінематичні та гідравлічні 
процеси в її елементах, а також вплив на них зовнішніх впливів. Тому доцільно  
розробити  імітаційну модель об'єкта управління, описавши резервуар, 
свердловину, змієвиковий насос і систему управління як замкнуту систему. Огляд 
інформаційних джерел по темі дисертаційного дослідження показав, що в даний 
час існує безліч робіт, спрямованих на створення математичного опису підсистеми 
«продуктивний пласт – свердловина» або окремих вузлів СВГН. Однак існуючі 
моделі вузлів не можуть бути застосовані в цьому дослідженні, оскільки вони або 
неадекватні, що негативно позначиться на адекватності моделі в цілому, або вони 
занадто точні, що збільшить обчислювальні та часові витрати. У зв'язку з цим для 
реалізації поставлених завдань необхідно розробити імітаційну модель об'єкта 
управління.   
 
 
1.2 Огляд методів діагностики несправність установки штангового 
насоса глибокої присоски    
 
Завдання діагностики несправність обладнання рулонної ванни можна 
умовно розділити на дві підзадачі:    
− діагностика несправність наземного обладнання;   
− Діагностика несправність насоса-присоски.   
Методи діагностики несправність наземного обладнання   
Для діагностики несправність наземного обладнання насоса котушки 
використовуються датчики контролю стану підшипника балансира, показники 
зриву шатунів, датчики установки роликів, а також методи металевої магнітної 
12 
 
пам'яті, вібродіагностики, ватметрії, ультразвукового та магнітоіндукційного 
методів. Метод металевої магнітної пам'яті заснований на визначенні зон 
концентрації напружень, що дозволяє виявити напружено-деформований стан 
елементів конструкції і пошкодження в вузлах і деталях. Магнітоіндукційний і 
ультразвуковий методи контролю структурного стану є загальновідомими методами 
дефектоскопії, вони засновані на реєстрації змін параметрів використовуваних 
фізичних полів, які в свою чергу викликані різними конструктивними дефектами. 
Метод вібродіагностики визначає стан досліджуваного обладнання в залежності від 
рівня вібрації і шуму.  описує реалізацію цього методу. Точки вимірювання рівнів 
шуму, вібрації та температури вибирають відповідно до вимог ГОСТ 31193-2004 
(EN 1032:2003). У цих точках вимірюють швидкість вібрації в різних частотних 
діапазонах (10-1000 Гц), оцінюють її середньоквадратичне значення і порівнюють 
з допустимими значеннями. Для правильної оцінки наявності дефекту додатково 
визначається температурна поведінка всіх компонентів обладнання за допомогою 
тепловізора. Всі перераховані вище способи мають один загальний недолік: для 
діагностики з їх допомогою необхідно розміщувати велику кількість датчиків в 
різних точках наземної частини колтюбінговой системи, а також прокладати лінії 
зв'язку між датчиками і системами управління, що значно збільшує вартість 
обладнання і знижує його надійність.   
Альтернативним методом є ваттметрія. Ватметрограма являє собою 
залежність миттєвих значень активної потужності, споживаної електроприводом 
насоса з спіральною ванною, від часу. Як засіб діагностики ватметрія стала 
використовуватися раніше, ніж динамометрія. У 1975 р. В.О. Кричке розробив 
аналогові електронні пристрої, що дозволяють обробляти ватметрограми. Однак 
широкому використанню цього методу перешкоджала низька обчислювальна 
потужність контролерів.    
Також він дозволяє стежити за механічними несправностями приводу, а саме 
биттями в коробці передач, обривом і пробуксовкою ременя, дисбалансом 
противаги.    
13 
 
В даний час відомі методи визначення несправність згорнутої ванни по 
ватметрограмі. Окрему групу складають методи, спрямовані на визначення 
дисбалансу насосного вузла механічного приводу ушн насоса. З них найбільш 
простим і поширеним є спосіб, заснований на порівнянні енергій, витрачених 
насосним агрегатом при висхідному і низхідному ході. Його недоліком є низька 
точність. 
Інший метод розрахунку коефіцієнтів небалансу реалізований шляхом  
вимірювання струму і активної потужності при підйомі і опусканні штанг, але він 
недостатньо точний, так як реактивна складова потужності має великий вплив на 
значення  струму.   розглядається  альтернативний  метод розрахунку коефіцієнтів 
нерівноваги на основі миттєвих значень струму та напруги, отриманих за 
допомогою відповідних датчиків, а також активної потужності, розрахованої з 
використанням коефіцієнта потужності установки та зміщення фаз, виміряного 
фазометром. Недоліком цього методу є необхідність використання додаткового 
обладнання.    
Для визначення вібраційних і ударних навантажень згорнутої ванни 
використовується метод спектрального аналізу ватметрограмми. Метод передбачає 
побудову спектра сигналу ватметрограмми і виявлення амплітуди посилення 
сигналу на частоті, кратної частоті обертання вузлів і частин приводу намотаної 
ванни. Перевагою цього методу є його висока точність.    
Методи діагностики несправність насоса-присоски   
Найбільш поширеним і добре вивченим методом визначення несправність 
стрижня є динамометрія. В основі методу лежить аналіз графіка залежності сили 
від шліфованого стержня від його руху - динамограма (Рисунок 1.3).   
Аналіз динамограми дозволяє визначити як кількісні, так і якісні показники 
роботи штангового насоса. Всього з його допомогою можна виявити близько 30 
різних параметрів, що відображають стан штанги штанги без зупинки роботи 
обладнання і підйому його на поверхню. З них можна виділити як мінімум 3 групи 
несправність в роботі штангового насоса: витік рідини з трубок і клапанів - 
всмоктуючий і нагнітальний; механічні несправності, такі як висока і низька 
14 
 
посадка плунжера, зламані штоки, залипання плунжера і т.д.; проблеми, що 
виникають при відкачуванні рідини з газом, піском, парафіном. Динамограма 
штангового насоса, що працює в середовищі, що містить вільний газ, 
використовується також для визначення тиску на вході в насос, витрати рідини і 
витрати газу. На рисунку 1.4 показані динамограми, що відображають типові 
несправності штанги глибинного свердловинного насоса 
 
Рисунок 1.3 – Динамограма нормальної роботи штангового насоса 
(пунктирна лінія – теоретична, суцільна лінія – практична 
динамограма) 
 .    
 
 
Рисунок 1.4 – Динамограми роботи штангового насоса при різних 
несправностях 
15 
 
Крім несправність, на форму динамограми можуть впливати і інші фактори, 
зокрема, глибина спуску і діаметр насоса, число коливань балансира в хвилину, 
довжина ходу шліфованого штанги і т. Д. Однак особливий вплив має глибина 
спуску і кількість махів. На рисунку 1.5 показані динамограми нормальної роботи 
насоса при постійній довжині ходу штока, але при різних глибинах спуску і числі 
коливань балансира. вторинні інерційні коливання, що може призвести до 
неправильного тлумачення його форми. Збільшення числа коливань в хвилину ще 
більше спотворює її форму, такі динамограми називаються динамічними. Для 
режимів накачування, що використовуються на великих глибинах роботи насоса, 
нижня межа області динамічної динамограми визначається як H·n ≈ 10000, де H - 
глибина роботи насоса; n - число коливань в хвилину.   
 
Рисунок 1.5 – Зміна в контурі динамограм нормальної роботи насоса в 
залежності від глибини спуску і числа коливань 
(динамограми, зняті на лавці, колодязь) 
16 
 
Розрізняють гирлові і плунжерні динамограми. Динамограма гирла 
свердловини повинна бути отримана за допомогою силових перетворювачів, 
розташованих безпосередньо на штоку, між траверсами або між верхньою 
траверсою і замком. Плунжерні динамограми відображають зусилля безпосередньо 
на плунжері. Аналіз плунжерної динамограми дозволяє більш точно контролювати 
несправності, але отримати таку динамограму важко. Тому для оцінки стану штанги 
штанги може бути використана плунжерна динамограма, отримана з гирла 
свердловини розрахунковим шляхом. Однак на форму останньої, крім 
навантаження на шток, впливають сили тертя сухого і рідкого газу, а також інерційні 
сили, що діють як на плунжер, так і на струну штанги. В результаті перетворення 
вимагає розробки спеціального програмного забезпечення, а також витрати значних 
обчислювальних потужностей використовуваного контролера системи управління. 
З цих причин динамограма гирла свердловини частіше використовується для 
аналізу стану штангового насоса.    
Для отримання динамограми  гирла  свердловини  використовують  
динамографи, що складаються з набору датчиків сили і переміщення. Оскільки 
канали зв'язку і живлення є найбільш вразливим місцем будь-якого датчика, то в 
даний час найбільш поширеними є автономні бездротові датчики сили на 
полірованому стрижні. Для визначення параметрів руху штанги оптимальним 
способом є використання лінійного акселерометра. Істотним недоліком 
динамометричного методу є низька точність датчиків. Вимірювання навантаження, 
засноване на вимірюванні деформації елемента конструкції, є досить складним 
завданням, і прилад повинен зберігати свою працездатність і  точність  вимірювання  
в  умовах  сильних  вібрацій, електромагнітних перешкод і широкого діапазону 
температур. Всі інтегральні акселерометри мають високу температурну похибку, 
тому вітчизняні динамографи на базі таких акселерометрів мають похибку не 
менше 5%, що не дозволяє знімати динамограму з більшою точністю. Крім того, 
динамографи є досить дорогими приладами, і оснащувати ними кожну свердловину 
часто невигідно, в зв'язку з чим використовуються переносні автономні 
17 
 
динамографи, за допомогою яких проводиться одноразове вимірювання 
динамограми для виявлення стану обладнання.    
Оскільки навантаження на вал асинхронного електродвигуна є сумою 
зусиль, прикладених в різних точках насоса котушки, однією з яких є навантаження 
на полірований стрижень (навантаження в точці підвісу штока (ССП)), то 
ватметрограма відображає зміни, що відбуваються з свердловинним обладнанням і 
дає можливість визначити зміни динамічного рівня рідини і відмови штокового 
насоса.   
Метод визначення несправність штангового насоса на основі аналізу 
ватметрограмми сигналу наведено в. Принцип дії методу заснований на 
вимірюванні миттєвих значень струмових сигналів i(t) і напруги u(t) однієї фази 
двигуна з подальшим розрахунком активної потужності і побудовою графіка 
залежності активної потужності, споживаної електроприводом котушкового насоса, 
від часу – ватметрограмми (Рисунок 1.6).    
   
   Рисунок 1.6 − Ватметрограма             Рисунок 1.7 – Фазова крива   
   
Фільтрують сигнал ватметрограми, вимірюють швидкість зміни потужності 
і Р (Р)(Рисунок 1.7), яка має замкнутий вигляд. Далі будують фазову криву 
обчислюється середнє значення синуса  C  і косинуса S кута нахилу вектора, що 
з'єднує точку на фазовій кривій з початком координат.   
Величина   є діагностичним коефіцієнтом, що характеризує 
стан ШН.    
18 
 
Для того щоб визначити залежність величини діагностичного коефіцієнта 
від наявності того чи іншого несправності, попередньо знаходять координати 
ватметрограм у фазовій площині для основних типів теоретичних ватметрограм з 
несправностями і розраховують еталонні значення діагностичних коефіцієнтів для 
кожного розглянутого типу несправність. Порівняння  значення R Діагностована 
ватметрограма з еталонними значеннями дозволяє зробити висновок про роботу 
насоса і діагностувати тип несправності. На рисунку 1.8 показані фазові криві для 
основних типів несправність насосного вузла присоски, що підлягають діагностиці.    
 
 
Рисунок 1.8 – Фазові криві основних типів несправність: а – нормальна 
робота;  б – вихід з ладу впускного клапана; в – вихід з ладу напірного клапана;   
д – обрив стрижнів посередині; д – злам стрижнів у шліфованого стрижня; f – 
заклинювання плунжера в нижній частині; г – заклинювання плунжера у 
верхній частині; Н – заклинювання плунжера в середній частині   
 
Основним недоліком існуючого методу є його низька точність і необхідність 
виведення діагностичних коефіцієнтів індивідуально для кожного КНП, що 
ускладнює розробку системи управління. Таким чином, необхідно розробити 
методику визначення несправність штангового насоса на основі аналізу 
потужності, споживаної електроприводом. Огляд інформаційних джерел показав, 
що найбільш вивченим методом  діагностики несправність є динамометрія. До 
сигналу про потужність, споживану електроприводом, підключається динамограма 
19 
 
за допомогою складних нелінійних залежностей. Тому для розробки методу 
діагностики несправність стрижневих штоків необхідно вивчити взаємозв'язок між 
змінами форм сигналів споживаної електроприводом потужності, характерними 
для тих чи інших несправність, і відповідними змінами форм динамограм.    
 
 
Висновки до  розділу 1   
• Система управління установкою штангового насоса реалізує дві 
основні задачі: контроль потоку і діагностику обладнання. Для розробки методів 
контролю та діагностики необхідна імітаційна модель об'єкта контролю з 
урахуванням параметрів свердловини і водойми.   
• Об'єктом управління є складна динамічна система «продуктивна 
водойма – свердловина – присоска штангова насосна установка», вивчення якої 
вимагає врахування електромеханічних, динамічних, кінематичних і гідравлічних  
процесів в її елементах, а також впливу зовнішніх впливів на них.   
• Метод ваттметрії є одним з найпростіших і надійних способів 
виявлення збоїв в установці штангового насоса-присоски. Аналіз ватметрограми 
дає можливість визначити як характер, так і локалізацію розлому.    
• Найбільш вивченим методом діагностики несправність є метод 
динамометрії. До сигналу про потужність, споживану електроприводом, 
підключається динамограма за допомогою складних нелінійних залежностей. Для 
розробки методики діагностики несправність штангового насоса необхідно 
вивчити взаємозв'язок між змінами форм сигнальних форм споживаної 
електроприводом потужності, характерними для тих чи інших несправність, і 
відповідними змінами форм динамограми.   
  
20 
 
РОЗДІЛ 2  
ІМІТАЦІЙНА МОДЕЛЬ ОБ'ЄКТА УПРАВЛІННЯ 
 
 
У розділі представлені результати розробки математичного опису об'єкта 
управління з метою створення і в подальшому апробації методів регулювання 
подачі намотуваної головки і діагностики штангового насоса. У розділі 1 даної 
роботи обґрунтовано  вибір  регламентованого технологічного параметра 
(динамічного рівня). Сигнал зворотного зв'язку - це сигнал про активну потужність,  
споживану електроприводом. Керуючим дією для згорнутого сигналу є зміна 
частоти керуючого сигналу.    
Об'єктом управління є складна система «продуктивний резервуар – 
свердловина – штанговий насос – СК – електродвигун», параметри і стан агрегатів 
якої пов'язані між собою. Для спрощення математичного опису об'єкта управління 
кожен вузол системи розглядається як окрема підсистема. З'єднання з іншими 
вузлами спірального насоса є вхідними сигналами для такої підсистеми (керуючі і 
збурюючі дії). Реакцією підсистеми на вхідні впливи є, в свою чергу, вхідний сигнал 
для інших вузлів системи. Структурно-функціональна схема об'єкта управління 
представлена на рисунку 2.1.   
   
2.1   Імітаційна модель об'єкта управління   
Використовуючи математичні залежності[6], модель об'єкта керування 
реалізована в графічному моделюючому середовищі MATLAB/Simulink (Рисунок 
2.2). Представлена модель застосовна для розробки як методів управління подачею 
згорнутих ванн на основі обробки сигналу ватметрограми, так і методів діагностики 
несправність штангового насоса.    
 
 
 
 
21 
 
 
 
 
  Рисунок 2.1 – Структурно-функціональна схема об'єкта управління: Q 
– подача штанги; sA(t) — закон руху полірованого стрижня; ωd — кутова 
швидкість валу двигуна;  fУ - частота керуючого сигналу, що задається 
системою управління; МС-момент опір на валу електродвигуна; Gшт - сила на 
полірованому стрижні; Hdin - динамічний рівень рідини в кільцевому просторі 
нафтової свердловини; Р - величина середньої потужності, споживаної 
електроприводом в період коливань балансира; μ - динамічна в'язкість 
рідини; k - коефіцієнт проникності пласта   
 
 
 
Рисунок 2.2 – Імітаційна модель об'єкта управління, що включає 
підсистему "продуктивний резервуар – свердловина" (Oil Well) та наступні 
вузли системи нафтових свердловин:   штанговый глубинный насос (Stango-
rod pump); станок-качалку (Венційна насосна установка);  Асинхронний 
двигун 
22 
 
Для оцінки адекватності розробленої імітаційної моделі отриманий за її 
допомогою сигнал порівняли з реальною ваттметрограмою, виміряної на 
свердловині фахівцями ВАТ «Енергонафтомаш» (Рисунок 2.3). Параметри об'єкта, 
за допомогою якого був отриманий експериментальний сигнал, представлені в 
таблиці 2.1. Стандартне відхилення модельованої ватметрограми від  
відфільтрованого експериментального сигналу становить 13,6%, що знаходиться в 
межах максимальної інженерної похибки.    
 
 
Таблиця 2.1 – Параметри обладнання, що використовуються при побудові 
імітаційної моделі   
Розмір   Значення   Розмір   Значення   
Модель 20-225 TNM   Модель двигуна   AIR200M4   
вудилища   
Модель SK   СКД12-3-5600   Ш, м   22   
Е, Па   2,1   В, м   1400   
Ρzh, кг/м3   890   Нш, м   1700   
ρst, кг/м3   890   Рз, МПа   0,3   
мкДж, Па/с   30·10–1   Ru, МПа   0,6   
н, мин-1   3,18   Лшт, м   3   
   
 
 
23 
 
 
Рисунок 2.3 – Ваттметрограма, отримана за допомогою імітаційної 
моделі  (пунктирна лінія) та експериментальна фільтрована ватметрограма 
(суцільна лінія)   
 
 
Висновки до розділу 2   
• Об'єктом управління є складна система «продуктивна водойма – 
свердловина – штанга – СК – електродвигун», параметри і стан якої 
взаємопов'язані. Для спрощення математичного опису об'єкта кожен вузол системи 
розглядається як окрема підсистема (окремий об'єкт). Розроблена імітаційна модель 
дозволяє вивчати систему при різних параметрах використовуваного обладнання і 
свердловини.    
• Для розробки вузлів імітаційної моделі об'єкта управління виведено 
закон зміни динамічного рівня рідини з урахуванням зміни витрати води зі 
свердловини, обґрунтовано вибір рівнянь для імітаційної моделі штангового 
насоса-присоски, наведено схеми прикладання сили в різних точках СК з 
одноплечим та двоплечим балансиром, отримано рівняння балансу на їх основі.   
• У моделі передбачена логіка замкнутого циклу, яка необхідна для 
розробки методів управління на основі вивчення отриманих залежностей, а також 
дозволяє моделювати різні відмови насоса глибокої свердловини-присоски з метою 
вивчення впливу цих несправність на форму ватметрограми, для розробки 
24 
 
діагностичних методів. Всі перераховані можливості моделі необхідні для 
проведення досліджень УГН з метою підвищення її ефективності.   
• Реалізація моделі в середовищі моделювання MatLab/Simulink дає 
можливість порівнювати отримані сигнали ватметрограми зі значеннями, 
отриманими з реального USGN. Адекватність моделі становить 86%, що не 
виходить за рамки інженерної похибки і є достатньою для розробки і апробації 
методу підтримки оптимального динамічного рівня рідини в кільцевому просторі 
нафтової свердловини і методу діагностики штангового насоса.   
  
25 
 
РОЗДІЛ 3 
СПОСОБИ РЕГУЛЮВАННЯ НА ОСНОВІ АНАЛІЗУ СПОЖИВАНОЇ 
ПОТУЖНОСТІ 
 
 
У розділі описаний метод регулювання подачі згорнутих ванн, заснований 
на підтримці оптимального динамічного рівня рідини в затрубному просторі 
нафтової свердловини шляхом аналізу сигналу про споживану електроприводом 
потужності, а також опис і обгрунтування алгоритмів, що дозволяють реалізувати 
цей метод. Наведено результати імітаційного моделювання при різних 
несправностях глибинного насоса присоски, описи змін форм динамограм і сигналу 
споживання потужності електроприводом, отриманих при різних параметрах ходу 
шліфованого штанги і несправність присоски насоса глибокої свердловини. 
Проведено аналіз отриманих результатів, на підставі якого запропоновано метод 
діагностики несправність шляхом аналізу сигналу потужності, споживаної 
електроприводом.   
 
 
3.1 Метод регулювання потоку на основі аналізу споживаної потужності 
 
У розділі 1 роботи аналізуються існуючі методи регулювання подачі штанги 
насосного агрегату. В результаті аналізу встановлено, що недоліком методів, 
заснованих на підтримці оптимального динамічного рівня рідини в міжтрубному 
просторі нафтової свердловини, є відсутність можливості вимірювання цього рівня 
шляхом аналізу сигналу споживаної електроприводом потужності без реалізації 
складних математичних моделей об'єкта управління в системі управління, що не 
дозволяє здійснювати регулювання на заданому динамічному рівні. З другого 
розділу видно, що існує зв'язок між сигналом споживаної електроприводом 
потужності (ватметрограма) і зміною навантаження в насосі котушки.   
26 
 
Підвищення рівня динамічної рідини призводить до зниження тиску на вході 
насоса і відповідного збільшення навантаження в системі, що викликає збільшення 
споживаної потужності електроприводу. Тому можна створити метод управління 
потоком, заснований на вивченні реакції об'єкта управління (зміна витрати 
електроенергії, викликаної зміною динамічного рівня рідини) на зміну керуючого 
впливу (швидкості перекачування свердловинної рідини).    
Для того щоб сформувати закони і алгоритми регулювання з метою 
знаходження і підтримки оптимального динамічного рівня рідини, необхідно 
сформулювати ряд завдань, які повинна виконувати система управління в процесі 
своєї роботи. У початковий момент часу свердловина зупинена, приплив рідини 
дорівнює нулю за рахунок вирівнювання пластового і привибійного тисків, рівень 
рідини дорівнює статичному рівню, т. Е. Має найближче положення до гирла 
свердловини. Першочерговим завданням є виведення свердловини на насосний 
режим, т. Е. Знаходження оптимального положення динамічного рівня, а також 
узгодження витрати пластової рідини з швидкістю перекачування. Після того як 
свердловина вийде на оптимальний режим, необхідно стабілізувати обране 
положення динамічного рівня протягом усього терміну експлуатації агрегату. 
Використовуючи принцип розкладання автоматичних систем управління (АСУ) , 
можна розділити метод управління потоком, заснований на підтримці 
оптимального динамічного рівня рідини в свердловині на етапи.    
• Визначення оптимального динамічного рівня рідини, при якому  
забезпечується максимальна витрата при максимальному коефіцієнті 
заповнення циліндра штокового насоса.   
• Підбір швидкості перекачування, що відповідає швидкості припливу 
рідини зі свердловини.   
• Стабілізація обраного положення динамічного рівня під час роботи 
котушкового насоса.   
Визначення оптимального динамічного рівня рідини в кільцевому  
просторі нафтової свердловини   
27 
 
Параметри обладнання, що встановлюються оператором, - це діапазон 
можливих змін частоти коливань балансира зі спіральною ванною в залежності від 
обраного обладнання, а також передавальне число клинопасової передачі і коробки 
передач ip. Виходячи з цих параметрів, відповідний діапазон частот обертання валу 
двигуна.    
Розглянемо алгоритм виконання етапу визначення оптимального 
динамічного рівня рідини. При підвищенні динамічного рівня відбувається 
зниження привибійного тиску, що призводить до збільшення депресії пласта, а 
отже, і швидкості припливу свердловинної рідини. Однак при наближенні 
динамічного рівня до прийому штангового насоса вміст газу в рідині зростає, що 
негативно позначається на коефіцієнті заповнення насоса через попадання в нього 
великої кількості газу. Тому оптимальним положенням в даному випадку є таке 
положення динамічного рівня рідини, при якому забезпечується максимальна 
швидкість припливу при мінімальному попаданні газу в циліндр насоса.   
У початковий момент часу, коли депресія на пласті дорівнює нулю, дебіт 
також дорівнює нулю. З рівняння витрати рідини в системі резервуар - свердловина 
(2.10) випливає, що в початковий момент часу відкачування рідини з обраною 
швидкістю супроводжується поступовим наростанням динамічного рівня і 
відповідним зниженням тиску в забої.  то в певний момент часу (за умови, що рівень 
рідини не знизиться до забору насоса) відбудеться природне вирівнювання 
припливу і швидкості перекачування (крива 1 на рисунку 3.1). Однак цей довільно 
відстояний рівень рідини може бути не оптимальним. Якщо швидкість 
перекачування велика, то динамічний рівень знижується, при цьому значення 
середньої споживаної потужності за період зростає, а в міру наближення до 
прийому штангового насоса зменшується за рахунок збільшення вмісту газу в 
одержуваної рідини (крива 2 на рисунку 3.1). При цьому оптимальне положення 
динамічного рівня в момент часу відповідає точці А на рисунку 3.1. Зниження 
коефіцієнта заповнення насоса внаслідок впливу газу можна визначити і по 
ватметрограмі (Рисунок 3.2). Таким чином, алгоритм виконання першого етапу 
28 
 
заснований  на методі знаходження екстремуму функції з ступінчастим 
наближенням.   
   
 
Рисунок 3.1 – Залежність середньої споживаної потужності 
електроприводу за період Р  від часу т 
 
 
Рисунок 3.2 – Зміна форми ватметрограми (пунктирна лінія – 
заповнений циліндр насосного штока насоса; суцільна лінія – заповнення 
циліндра насоса на 70%) 
 
Алгоритм роботи системи управління на першому етапі представлений на 
рисунку 3.3.    
29 
 
 
   
Рисунок 3.3 – Алгоритм роботи системи управління на етапі пошуку 
оптимального динамічного рівня рідини   
   
Визначення оптимального динамічного рівня рідини, що забезпечує 
максимальну витрату, полягає в установці поточної частоти керуючого сигналу на 
виході системи управління, що відповідає максимальній частоті коливань 
балансира насосного агрегату fт=fmax, а отже, і максимальної швидкості 
перекачування свердловинної рідини, з подальшим вимірюванням системою 
управління середньої за період коливань балансира Т Підвищення динамічного 
рівня супроводжується збільшенням споживаної потужності. Зменшення 
наповнення циліндра насоса внаслідок впливу газу визначається зменшенням 
потужності і появою точки перегину А на кривій Р(t), а також характерною 
кривизною форми ватметрограми.  незначно, для реалізації алгоритмів управління 
вимірюються значення середнього споживання потужності P(t)  за період протягом 
30 
 
N періодів (циклів) накачування. В кінці кожного N циклів обчислюється швидкість 
зміни потужності υsr. Точка А визначається появою негативних значень  υcp.   
Після виявлення оптимальної точки відповідно до запропонованого методу 
система управління переходить до другого етапу вирішення поставленого завдання 
– визначення швидкості перекачування, що дорівнює швидкості надходження 
рідини в свердловину при знайденому значенні динамічного рівня. Швидкість 
перекачування регулюється зміною частоти обертання валу двигуна.    
Поблизу оптимальної точки А форма ватметрограми є кривизною, а це 
означає, що існує ризик неправильного тлумачення зміни її сигналу, тому необхідно 
знизити динамічний рівень до певного значення, що дозволяє регулювати 
швидкість перекачування при повному циліндрі. Давайте знову  
подивимося на рівняння, отримане з рівняння витрати рідини в кільцевому 
просторі нафтової свердловини, наведеного в розділі 2:   
 (3.1) 
З нього випливає, що максимальна швидкість наростання динамічного рівня 
спостерігається при максимальній швидкості відкачування рідини, максимальна 
швидкість відновлення динамічного рівня спостерігається при швидкості 
екстракції при мінімальній швидкості відповідно. Далі необхідно визначити число 
циклів перекачування Np для накопичення мінімального рівня рідини ΔH від 
оптимальної точки, при якій при реалізації алгоритму вибору швидкості 
динамічний рівень не буде опускатися нижче точки Оптимального.   
Максимальне підвищення динамічного рівня за N циклів перекачування 
рідини ΔHmax спостерігається при накачуванні з ft = fmax. Швидкість вибирається 
методом дихотомії, її збіжність в гіршому випадку лінійна з коефіцієнтом α=0,5. 
Зміна динамічного рівня під час N циклів накачування з частотою ft становить ΔHi, 
де i є , — член геометричного ряду прогресії з основою 0,5, і максимальним 
падінням динамічного рівня під час виконання алгоритму вибору швидкості 
31 
 
                                                       (3.2)   
 
Так як початкова швидкість вибирається в середині інтервалу, то необхідно 
накопичити динамічний рівень на величину ΔHmax. На кількість потужності, 
споживаної електроприводом бухтового насоса, істотно впливає швидкість, з якою 
здійснюється накачування. На рисунку 3.4 показані залежності, отримані за 
допомогою імітаційної моделі, розробленої в розділі 2. Це сімейство кривих зміни 
середнього значення за період енергоспоживання в залежності від динамічного 
рівня. 
 
Рисунок 3.4 – Залежність середньої споживаної потужності приводу за 
період від динамічного рівня при різних швидкостях перекачування 
   
Можна помітити, що залежності нелінійні, але споживана потужність при 
незначній зміні динамічного рівня практично пропорційна швидкості. Виходячи з 
цього, можна розрахувати кількість циклів перекачування при мінімальній 
швидкості, необхідній для накопичення необхідного рівня рідини ΔHmax:    
    
32 
 
                                                  (3.3)   
 
де Pfmax - величина середньої споживаної потужності за період при швидкості 
перекачування, що дорівнює fmax; Pfmin - величина середньої споживаної потужності 
за період при швидкості обертання, що дорівнює fmin. Алгоритм етапу накопичення 
рідини показаний на рисунку 3.5.   
 
   
Рисунок 3.5 – Алгоритм роботи системи управління на етапі 
накопичення рідини 
 
Підбір швидкості перекачування, що відповідає швидкості припливу 
рідини зі свердловини   
Відповідно до запропонованого методу швидкість перекачування 
свердловинної рідини додатково вибирається методом дихотомії. Алгоритм підбору 
швидкості представлений на рисунку 3.6. Встановлюються початкові значення меж 
інтервалу пошуку частоти обертання валу двигуна  і поточне значення швидкості, 
що дорівнює половині заданого інтервалу ft = (fr – fl) / 2+ fl.  Потім рідина 
відкачується з обраною швидкістю за N періодів з паралельним записом значень 
33 
 
середньої споживаної потужності за період Р. Після закінчення  N періодів 
обчислюється швидкість зміни середньої потужності υcp  з подальшою зміною 
значень меж пошукового інтервалу і величини поточної частоти обертання валу.   
 
   
Рисунок 3.6 – Алгоритм вибору швидкості відкачування рідини зі 
свердловини: [fl, fr] – межі інтервалу пошуку частоти обертання валу 
двигуна;  [fmin, fmax] – мінімум  і максимальне значення частоти обертання 
валу двигуна; ε - похибка у визначенні частоти обертання валу двигуна; ft -
поточне значення частоти обертання валу двигуна; P – значення середньої  
споживаної потужності  за період Т 
   
34 
 
Якщо швидкість зміни потужності менше нуля – υcp < 0, це означає, що 
потужність, споживана агрегатом, зменшується, що свідчить про зниження 
динамічного рівня рідини. Поточна швидкість відкачування рідини менше 
швидкості її припливу, а це означає, що межі діапазону пошуку частоти обертання 
валу двигуна і його поточного значення змінюються за формулами    
                                        (3.4)   
 Якщо швидкість зміни потужності більше нуля – υcp > 0, це означає, що 
потужність, споживана агрегатом, зростає, що свідчить про підвищення 
динамічного рівня рідини. Поточна швидкість відкачування рідини більше 
швидкості її припливу, а це означає, що межі діапазону пошуку швидкості 
обертання валу і його поточного значення змінюються за формулами    
                                   (3.5)   
 Якщо швидкість зміни  середньої споживаної потужності за період Т 
дорівнює нулю – υcp = 0, або діапазон інтервалу пошуку частоти менше значення 
похибки (fl – fr) < ε, то шукана норма вважається знайденою і алгоритм знаходження 
швидкості рідини в свердловині виконаний.    
У процесі підбору швидкості перекачування рідини відбувається зміна 
динамічного рівня, а отже, і незначна зміна швидкості припливу рідини зі 
свердловини. Після етапу підбору величини швидкості прокачування 
свердловинної рідини положення динамічного рівня трохи менше оптимального 
значення. Тому необхідно привести систему назад до оптимальної точки шляхом 
реалізації алгоритму, заснованого на єдиному методі пошуку з обраним кроком 
(див. Рисунок 3.6).   
Для цього поточну частоту керуючого сигналу збільшують на величину 
похибки: ft = f t + ε. Записується середнє  споживання електроенергії  за період Т 
протягом періодів М прокачування  з подальшим обчисленням швидкості зміни 
середнього періоду споживання потужності υc. до нуля свідчить про вирівнювання 
пластового і привибійного тисків. В цьому випадку система управління знову 
збільшить частоту до ft = ft + ε. Падіння швидкості наростання потужності υcp 
нижче нуля або спотворення у формі ватметрограми, характерне для порожнього 
35 
 
циліндра насоса, свідчить про те, що динамічний рівень вийшов за межі 
оптимальної точки. Поточна частота обертання валу двигуна зменшується до ft=ft- 
ε оптимальним вважається значення швидкості перекачування рідини в 
свердловині, що відповідає даній швидкості обертання. Система управління 
переходить до третього етапу вирішення завдання - стабілізації обраного 
положення динамічного рівня на тривалий період часу.    
Підтримання оптимального динамічного рівня рідини   
Після того як швидкість перекачування стабілізується, вважається, що 
обладнання виведено на оптимальний режим роботи. Далі записуються 
ватметрограми за кілька циклів і фільтруються, а також обчислюється середнє 
значення Pr за період споживання електроенергії. 
Алгоритм роботи системи управління на етапі стабілізації динамічного 
рівня протягом тривалого періоду часу представлений на рисунку 3.7. При обраній 
швидкості перекачування свердловинної рідини зміна динамічного рівня може 
відбуватися за рахунок зміни тиску в свердловині, витрати або її технічного стану. 
У режимі стабілізації динамічного рівня рідини в кільцевому просторі нафтової 
свердловини значення середнього за період споживання споживана потужність 
протягом періодів М з  подальшим розрахунком середньої споживаної потужності 
за період і її порівнянням з обраним еталонним значенням. Якщо величина 
споживаної потужності з часом зменшується, то швидкість перекачування 
збільшується до ft =  fт +ε.    
При появі ознак незаповнення насоса через попадання газу в його циліндр 
швидкість перекачування рідини зі свердловини знижується до ft = ft – ε. Після 
корекції частоти обертання валу двигуна знову переписуються еталонні значення, 
необхідні для виконання алгоритму діагностики штангового насоса. Загальний 
алгоритм, який реалізує метод регулювання потоку насоса, заснований на 
стабілізації оптимального динамічного рівня рідини за допомогою Аналіз сигналу 
споживаної потужності електроприводу показаний на рисунку 3.8.  
36 
 
 
   
Рисунок 3.7 – Загальний алгоритм, що реалізує метод регулювання 
подачі згорнутих ванн на основі стабілізації оптимального динамічного рівня 
рідини в кільцевому просторі нафтової свердловини за допомогою аналізу 
сигналів споживана потужність електроприводом 
37 
 
 
Рисунок 3.8 – Алгоритм роботи системи управління   
   
 
3.2   Моделювання несправність насоса-присоски та аналіз їх впливу на 
форму сигналу потужності, споживаної електроприводом    
 
В процесі експлуатації свердловини, за допомогою установки штангового 
насоса-присоски, можуть виникати різні несправності занурювального обладнання  
наводиться статистика їх виникнення, зокрема, до найбільш поширених дефектів 
підземного обладнання відносяться дефекти клапанів присоски штангового насоса, 
поломка штока, а також пошкодження робочих поверхонь обладнання внаслідок 
впливу агресивного середовища. Отже, діагностиці в процесі експлуатації 
спірального насоса підлягають такі найбільш поширені види несправність, 
пов'язані з цими дефектами: відкриті і лапканні штоки, потрапляння газу в циліндр 
насоса, утворення емульсії, парафінізація, вплив плунжера на впускний клапан, 
вплив плунжера на верхню обмежувальну гайку вставного насоса, текти у 
впускному клапані, витік в нагнітальному клапані. Для того щоб виявити вплив 
різних несправність на сигнал ватметрограми, необхідно змоделювати їх і 
38 
 
порівняти з сигналом при нормальній роботі насоса. Для того щоб визначити 
причини спотворення ватметрограм, додатково необхідно надати відповідні 
динамограми. Технічні параметри обладнання, обраного для імітації сигналу, 
наведені в таблиці 3.1 додатку б, а використовувана імітаційна модель показана на 
рисунку 2.16.   
На рисунку 3.9 показана ватметрограма нормальної роботи насоса. На ньому 
необхідно виділити характерні ділянки, зміна яких може свідчити про виникнення 
будь-якої несправності.    
 
Рисунок 3.9 – Ватметрограма при нормальній роботі штангового насоса    
   
Як було показано раніше, період ватметрограмми ділиться на половину 
періоду Т1
1/2, що відповідає ходу стрижнів вгору, і половину циклу Т2
1/2, що 
відповідає низхідному ходу стрижнів; TR1, TR2, TF1, TF2 – фронти і западини сигналів 
відповідних періодів; Sm1, Sm2 - площі під кривою потужності P, що відповідають 
моторному режиму роботи асинхронного двигуна (AD); Sg1, Sg2 – ділянки під 
кривою, що відповідають генераторному режиму роботи БП; Аm1, Аm2, Аg1, Аg2 - 
максимальні значення сигналів у відповідних напівперіодах і режимах роботи 
двигуна.   
Поломка і відворот стрижнів    
Поломка і обертання штанг - одна з найбільш поширених несправність, що 
викликають аварійну зупинку штанги. Причиною обертання штанг є виникнення 
крутного моменту при їх деформації. Розриви стрижнів є наслідком впливу змінних 
39 
 
навантажень і корозійного середовища на колону штанги. На динамограмі ця 
несправність фіксується як відсутність навантаження від ваги стовпа рідини при 
русі штанг вгору. Gtr.pl = 0 і Gzh = 0 при обриві на плунжері. Величина 
навантаження від ваги штанг і діючих на них сил інерції і тертя залежить від 
довжини залишилася ділянки колони. На рисунку 3.10 показані сигнали 
динамограми і відповідної ватметрограмі при обриві стержнів на плунжері. На 
ватметрограмі ця несправність проявляється у вигляді повної відсутності площі 
Sm1, що відповідає руховому режиму роботи БП в період напівперіоду Т1
1/2, тобто 
ніякої корисної роботи не виконується, під час першого напівперіоду двигун 
працює в генераторному режимі.  
 
Рисунок 3.10 – Динамограми (а) і ватметрограм (б), отримані за 
допомогою імітаційної моделі (суцільна лінія – відкриті стержні на плунжері, 
пунктирна лінія – нормальна робота насоса). Сигнали, що приймаються при 
n=10 хв–1, Lшт=2,1 м 
 
Попадання газу в циліндр насоса    
Вплив газу на роботу штангового насоса проявляється на динамограмі у 
вигляді збільшення періоду зняття навантаження зі штанг при їх низхідному ході. 
Це викликано незаповненням циліндра насоса, газ, на відміну від рідини (яка при 
конструюванні моделі передбачалася нестисливою), практично не чинить опору 
плунжеру, тому навантаження зі штангів не знімається до зіткнення плунжера з 
40 
 
рідиною.  впливають на тип динамограми, але для розробки діагностичного методу 
в першому наближенні прийнятий найпростіший випадок: в моделі ця несправність 
імітується затримкою скидання навантаження, пропорційної коефіцієнту 
заповнення насоса. Так як газ знімає навантаження з штоків не відразу, то цей 
розлом відбивається на ватметрограмі у вигляді зсуву фронту другого напівперіоду 
сигналу tr1 вправо, а також збільшення Sg2 і Ag2 (Рисунок 3.11).   
  
Рисунок 3.11 – Динамограми (а) і ватметрограм (б), отримані за допомогою 
імітаційної моделі (суцільна лінія – потрапляння газу в циліндр насоса,   
пунктирна лінія – нормальна робота насоса) 
 
Чим нижче коефіцієнт шпаруватості насоса-присоски, тим більше 
зміщується лінія скидання навантаження і відповідний край сигналу 
ватметрограми. На рисунку 3.12 показаний випадок, що характеризує невиконання 
обов'язків.   
41 
 
 
Рисунок 3.12 – Динамограми (а) і ватметрограм (б), отримані за 
допомогою імітаційної моделі (суцільна лінія – порушення подачі штангового 
насоса в результаті впливу газу, пунктирна лінія – нормальна робота насоса)   
 
Утворення емульсії, парафінізація    
При видобутку зі свердловин з високим водорізом можливе утворення 
стійких водно-масляних емульсій з високими значеннями коефіцієнта динамічної 
в'язкості. При видобутку нафти на стінках насосно-компресорних труб і колони 
штанг може осідати парафін, що зменшує площу поперечного перерізу між ними і 
збільшує навантаження на обладнання.    
У моделі парафінізація моделюється за рахунок зменшення значення  Sтр і δ 
параметрів, утворення емульсії імітується за рахунок збільшення величини 
динамічної в'язкості рідини μ. Зменшення площі поперечного перерізу і динамічної 
в'язкості рідини викликає збільшення сил тертя. На динамограмі це відбивається в 
характерному збільшенні навантаження на стрижень при русі стержнів вгору і 
зменшенні навантаження при русі стержнів вниз збільшення параметрів Sm1, Sm2, 
Sg1, Sg2, Аm1, Am2, Ag1, Ag2 (рис. 3.13, 3.14). Сили тертя впливають на параметри Sg1, 
Sg2, Ag1, Ag2 в меншій мірі, тому їх можна не помітити на ватметрограмі (списується 
як помилка).   
42 
 
 
Рисунок 3.13 – Динамограми (а) і ватметрограмми (б), отримані за 
допомогою  імітаційна модель (суцільна лінія – утворення емульсії, 
пунктирна лінія – нормальна робота насоса) 
 
Рисунок 3.14 – Динамограми (а) і ватметрограм (б), отримані за 
допомогою імітаційної моделі (суцільна лінія – парафіноутворення,   
пунктирна лінія – нормальна робота насоса)   
 
Удар плунжера по впускному клапану, удар плунжера по верхній кінцевій 
гайці вставного насоса   
Удари плунжера по кінцевій гайці вставного насоса або всмоктуючому 
клапану зазвичай виникають при високому або низькому положенні плунжера 
відповідно. У моделі ці несправності моделюються за рахунок обмеження руху 
плунжера під час ходу вгору і вниз відповідно. На динамограмі вплив на клапан 
43 
 
проявляється у вигляді значного зниження навантаження в кінці ходу штока вниз  
або  петлі  в лівому нижньому кутку динамограми. несправність характеризується 
зсувом у передній частині першого напівперіоду сигналу tr1, збільшенням площі Sg1 
і відповідної амплітуди Ag1, а також є перетин  сигналу tf2 нормальної роботи насоса 
і сигналу, характерного для цього замикання (Рисунок 3.15).  
 
Рисунок 3.15 – Динамограми (а) і ватметрограм (б), отримані за 
допомогою імітаційної моделі (суцільна лінія – плунжерний вплив на 
напірний клапан,   пунктирна лінія – нормальна робота насоса) 
 
Удар по верхній гайці викликає значне збільшення навантаження в кінці 
висхідного ходу штоків або петлі в правому верхньому кутку динамограми. 
Характерне зміщення лінії скидання навантаження на динамограмі відбивається 
зміщенням другого фронту напівперіоду ватметрограми, збільшенням площі Sg2 і 
відповідної амплітуди Ag2 (Рисунок 3.16).    
 
44 
 
 
Рисунок 3.16 – Динамограми (а) і ватметрограм (б), отримані за 
допомогою імітаційної моделі (суцільна лінія – удар плунжера по верхній 
граничній гайці вставного насоса, пунктирна лінія – нормальна робота 
насоса)   
 
Витік у впускному або нагнітальному клапані   
Витік рідини у впускній або нагнітальній частині насоса-присоски може 
виникати через утворення великого зазору між плунжером і циліндром, а також між 
сідлом і кулькою впускного і нагнітального клапанів відповідно. Неповне закриття 
клапанів зазвичай є результатом сильного зносу клапанів, відкладення парафіну або 
засмічення піском. У моделі ці несправності моделюються введенням рівняння 
витрати рідини через прямокутну щілину.   
Негерметичність у впускному клапані характеризується зменшенням 
швидкості зняття навантаження зі штоків при їх низхідному ході і збільшенням 
швидкості поглинання навантаження при висхідному ході штанг. На ватметрограмі 
ці несправності відображаються відповідним зміщенням tr1 і tr2 (Рисунок 3.17). 
Негерметичність в нагнітальному клапані, навпаки, характеризується збільшенням 
швидкості зняття навантаження зі штанг при їх низхідному ході і зменшенням 
швидкості поглинання навантаження під час ходу штанг Верх. І якщо в разі витоку 
у впускному клапані зміщення  tr1 відбувається вліво, tr2 - вправо, то в разі витоку 
в нагнітальної частини спостерігається дзеркальний процес (Рисунок 3.18).    
45 
 
 
Рисунок 3.17 – Динамограми (а) і ватметрограмми (б), отримані за 
допомогою імітаційної моделі (суцільна лінія – витік у впускному клапані,   
пунктирна лінія – нормальна робота насоса) 
Рисунок 3.18 – Динамограми (а) і ватметрограмми (б), отримані за допомогою 
імітаційної моделі (суцільна лінія – витік в нагнітальному клапані, 
пунктирна лінія – нормальна робота насоса) 
   
Зміна положення динамічного рівня рідини   
Зміна положення динамічного рівня рідини в кільцевому просторі нафтової 
свердловини не є несправністю штангового насоса-присоски, але для реалізації 
методу діагностики несправність необхідно, щоб кожен з них мав характерні ознаки 
на ватметрограмі. На рисунках 3.19 і 3.20 показані динамограми і відповідні 
ватметрограми, отримані при еталонному значенні динамічного рівня для випадків 
його підвищення і зниження.  що при підвищенні динамічного рівня відбувається 
46 
 
збільшення навантаження при русі штанг вгору, а також характерне зміщення лінії 
скидання навантаження штанги при русі полірованого штанги вниз. При зниженні 
динамічного рівня спостерігається зворотний процес. На ватметрограмі зростання 
динамічного рівня характеризується помітним збільшенням площ Sm1, Sg2 і амплітуд 
Аm1 і Аg2. Зміщення лінії розвантаження штанги супроводжується зсувом tr2  вправо.    
 
Рисунок 3.19 – Динамограми (а) і ватметрограмми (б), отримані за 
допомогою імітаційної моделі (суцільна лінія – збільшення динамічного 
рівня, пунктирна лінія – нормальна робота насоса) 
 
Рисунок 3.20 – Динамограми (а) і ватметрограм (б), отримані за 
допомогою імітаційної моделі (суцільна лінія – зменшення динамічного рівня,   
пунктирна лінія – нормальна робота насоса) 
 
47 
 
Представлені сигнали дозволяють помітити наступні залежності між 
формами ватметрограм і динамограм:   
− зміна навантаження під час висхідного ходу штанг призводить до 
відповідної зміни споживаної потужності електроприводу в  напівперіоді Т11/2, що 
відповідає виконанню корисної роботи;   
− зміна навантаження під час ходу штанг вниз призводить до зворотних змін 
споживаної потужності електроприводу в  напівперіод Т2
1/2, що відповідає роботі з 
підйому противаг;   
− Зміщення лінії сприйняття навантаження штанг призводить до 
характерного зміщення Тr1, зміщення лінії зняття навантаження зі штанг 
призводить до зміщення Тr2.   
 
 
3.3  Алгоритм діагностики несправність штангового насоса  шляхом 
обробки сигналу потужності, споживаної електроприводом   
 
Аналіз впливу різних несправність насоса глибокої свердловини-присоски 
на осцилограму ватметрограми дозволив сформулювати алгоритм їх діагностики.  
Відповідно до алгоритму регулювання подачі згорнутої ванни при переході 
до стабілізації динамічного рівня рідини протягом тривалого періоду часу, система 
управління реєструє N періодів сигналу ватметрограми, розбиває його на періоди, 
усереднює по N зразках і фільтрує. У пам'яті системи зберігається опорний сигнал, 
що відповідає нормальній роботі штангового насоса метод діагностики 
несправність. Спочатку реєструється сигнал ватметрограмми за N періодів  , він 
усереднюється і фільтрується. Потім витягуються ребра і розпади tr1, tr2, tf1, tf2, а 
також вимірюються амплітуди і площі Sm1, Sm2, Sg1, Sg2, Am1, Am2, Ag1,  Ag2  опорні та 
вимірювані сигнали ватметрограми. Далі порівнюються відповідні характеристики 
і генерується код несправності.   
Визначення відхилення значень параметрів tr1, tr2, tf1, tf2, Sm1, Sm2, Sg1, Sg2, 
Am1, Am2, Ag1, Ag2 від стандарту проводиться за такими формулами:    
48 
 
(3.6)  
 
де верхній індекс r  вказує на значення опорного сигналу, що відповідають 
нормальній роботі насоса присоски.   
Код несправності формується з чотирьох частин (Рисунок 3.21).    
 
Рисунок 3.21 – Порядок формування коду помилки   при реалізації 
діагностичного алгоритму 
   
Розрахункові коефіцієнти r1, f1, r2, f2, S1, S2, S3, S4, A1, A2, A3, A4 округляються  
Перша частина коду р1 займає 2 біта і є маркером виникнення аварії, в даному 
випадку - обриву штанг і зриву подачі в результаті впливу газу. Якщо коефіцієнт S2 
падає  < -90%, встановлюється біт 1 і після розшифровки коду виводиться 
повідомлення про виникнення аварії «Зламані стрижні», якщо  коефіцієнт S4 падає  
< -90%, встановлюється біт 2 і виводиться повідомлення «Збій подачі».    
49 
 
Частини коду p2–p4 займають по 8 біт і формуються за схемою на рисунку 
3.21. Кожен коефіцієнт займає 2 біта, перший встановлюється в разі значення 
коефіцієнта >0, другий – в разі <0. Згенерований код порівнюється зі значеннями, 
що зберігаються в пам'яті, і виводиться відповідна помилка. У таблицях 3.2–3.5 
додатку Б наведені значення діагностичних коефіцієнтів для випадків  описані в 
підрозділі 3.2 і відповідні коди помилок. Щоб проілюструвати розкид параметрів, 
дані наводяться без округлення. У таблиці 3.6 в додатку Б наведені коди 
несправність.    
Так як в окремих параметрах апаратури з повністю збалансованим СК на 
ватметрограмі може бути відсутня область переходу БП в режим генератора Sg1, Sg2, 
то сигнали опорної і вимірюваної ватметрограм зміщені вниз по осі потужності на 
величину Ar
m1.   
Алгоритм усунення несправність вудилищ представлений на рисунку 3.22.   
 
Рисунок 3.22 – Алгоритм пошуку несправність стрижня   
50 
 
Висновки до розділу 3   
 
 
• Досліджено та впроваджено метод регулювання подачі згорнутих ванн, 
заснований на підтримці оптимального динамічного рівня рідини в кільцевому 
просторі нафтової свердловини шляхом аналізу сигналу споживаної 
електроприводом потужності, дає можливість регулювати динамічний рівень на 
основі аналізу сигналу ватметрограмми без необхідності реалізації складних 
математичних моделей об'єкта управління в системі управління і швидкого 
підстроювання системи під конкретний об'єкт Управління. Відкачування 
свердловинної рідини здійснюється з максимально можливою швидкістю для 
конкретної свердловини і установкою штангового насоса з мінімальним шкідливим 
впливом розчиненого в нафті газу, що забезпечує високу добову витрату 
свердловинної рідини. Метод також дозволяє в автоматичному режимі вивести 
агрегат на оптимальний режим роботи без участі оператора, що підвищує рівень 
автоматизації видобутку нафти.   
• Отримані сигнали ваттметрограм і динамограм нормальної роботи і 
роботи насоса глибокої свердловини з різними несправностями дозволили 
проаналізувати вплив несправність на форму хвилі ватметрограми і провести 
аналогію між сигналами ватметрограм і динамограм.    
• Запропонований метод діагностики дозволяє виявити наступні 
несправності насоса-присоски: відкритий і наворотний насос штоків, потрапляння 
газу в циліндр насоса, утворення емульсії, парафінізація, вплив плунжера на 
впускний клапан, вплив плунжера на верхню обмежувальну гайку вставного 
насоса, витік у впускному клапані, витік у нагнітальному клапані.   
   
      
  
51 
 
РОЗДІЛ 4 
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ СИСТЕМИ УПРАВЛІННЯ 
УСТАНОВКОЮ ШТАНГОВОГО ГЛИБИННОГО НАСОСА 
 
У розділі представлені експериментальні дослідження розробленого методу 
регулювання подачі згорнутих ванн, заснованого на підтримці оптимального 
динамічного рівня рідини в кільцевому просторі нафтової свердловини, і методики 
діагностики несправність штангового насоса шляхом обробки сигналу споживаної 
електроприводом потужності.    
 
 
4.1 Експериментальне дослідження регулювання подачі газу за 
допомогою імітаційної моделі 
 
Однією з тенденцій сучасності є використання модельно-орієнтованого 
підходу проектування (MOS) при проектуванні складних технічних систем. 
Використовуючи МРС, можна одночасно вирішити кілька основних проблем, з 
якими стикаються розробники при створенні нових алгоритмів і методів контролю 
і діагностики SWCP.   
По-перше, системний підхід при розробці моделі об'єкта управління 
дозволяє охарактеризувати кожен вузол як окремий функціональний модуль. При 
розробці алгоритмів управління така модель дає можливість визначити взаємний 
вплив різних параметрів об'єкта і оцінити реакцію об'єкта на зміни керуючого 
впливу.    
По-друге, під час GUP є можливість тестування розроблених алгоритмів на 
початкових етапах. Це важливо, так як основною проблемою при розробці систем 
управління спіральними насосами є складність проведення натурних 
експериментів у зв'язку зі значною віддаленістю полів від населених пунктів, 
необхідністю отримання доступу до об'єкта і т.д.    
52 
 
Незважаючи на складність реалізації моделі об'єкта управління в системі 
управління, такий підхід використовується і дозволяє управляти різними 
технологічними параметрами «за зразком».   
На рисунку 4.1 показані основні етапи ОУП.    
 
Рисунок 4.1 – Етапи проектування на основі моделі 
   
На початковому етапі розробки методу контролю подання було проведено 
аналіз вимог та існуючих підходів, необхідних для його створення. Далі були 
розроблені імітаційні моделі об'єкта управління і системи управління. Наступні 
чотири етапи включають в себе тестування моделі системи управління з подальшою 
оптимізацією алгоритму і програмного коду. Тестування на основі модельної 
конструкції проводиться за принципом «пристрій в контурі» і включає в себе 4 
етапи :   
− Model-in-the-loop (MiL) – «модель у циклі», її імітаційна модель, що 
реалізує закони керування, виступає в ролі системи керування, її імітаційна модель 
використовується як об'єкт керування, тестування проводиться в режимі імітації;   
− Програмне забезпечення в циклі (SiL)  перетворюється в C-код з 
урахуванням особливостей цільової платформи (конвертація може виконуватися як 
вручну, так і за допомогою пакетів, що забезпечують автоматичну генерацію коду), 
53 
 
в якості об'єкта управління також використовується її імітаційна модель, тестування 
проводиться в режимі імітації;    
− Processor-in-the-loop (PiL) – «процесор у циклі», скомпільований та 
налагоджений на етапі SiL C-код завантажується на цільовий процесор, обмін 
даними між процесором та імітаційною моделлю об'єкта керування відбувається 
через обраний інтерфейс, тестування  проводиться в режимі моделювання;    
− Hardware-in-the-loop (HiL) – «апаратне забезпечення в циклі», реалізація 
готової системи управління об'єктом, об'єктом управління зазвичай виступають 
різні випробувальні стенди, симулятори об'єктів управління або «машини 
реального часу», які дозволяють реалізувати модель об'єкта управління , тестування 
проводиться в режимі реального часу.    
Наступні етапи включають в себе польові випробування, сертифікацію і 
впровадження готового пристрою.    
Для перевірки розроблених алгоритмів в середовищі MATLAB/Simulink 
була реалізована модель об'єкта управління, представлена в Розділі 2, а також 
модель системи управління, що реалізує алгоритми, описані в Розділі 3.    
На рисунку 4.2 показані залежні від часу залежності різних параметрів, 
отримані за допомогою розробленої імітаційної моделі при розімкнутому контурі 
зворотного зв'язку без реалізації алгоритму керування. На рисунку 4.2,а  початкове 
положення динамічного рівня відповідає статичному рівню, тиск на дні дорівнює 
рівню пласта, відповідно, витрата дорівнює нулю, система знаходиться в рівновазі. 
зниження привибійного тиску за рахунок підвищення динамічного рівня рідини, що 
призводить до збільшення швидкості припливу.    
54 
 
 
Рисунок 4.2 – Залежності середньої потужності, споживаної котушкою 
приводом P(t), динамічного рівня Hдив(t) і швидкостей надходження 
v(t)протягом періоду коливань балансира (суцільна лінія) і відкачування 
рідини зі свердловини 
 
Залежності, наведені на рисунку 4.2,б, ілюструють ситуацію, коли 
швидкість перекачування рідини зі свердловини дещо менша за витрату, що 
призводить до зниження динамічного рівня та відповідного зменшення витрати та 
дебіту свердловини. Наведені залежності підтверджують висновок про те, що 
підсистема "продуктивний резервуар – свердловина" є самоорганізованою, 
оскільки при невідповідності витрати витрати на швидкість перекачування 
відбувається зміна що призводить до зміни привибійного тиску. Через деякий час 
ці швидкості природним чином вирівнюються. Однак нове усталене значення 
динамічного рівня може відрізнятися від оптимального, що загрожує негативними 
наслідками. При зниженні динамічного рівня величина перепаду тиску Δ Р 
зменшується, що призводить до штучного заниження дебіту свердловини. Ці 
залежності підтверджують можливість апробації розробленого методу з 
використанням моделі на основі схеми, представленої на рисунку 2.1.   
55 
 
Запропонований метод управління подачею спіральної ванни був 
апробований за допомогою імітаційної моделі з описом об'єкта управління 
(Рисунок 4.3) в режимі MiL. Реалізація здійснювалася з використанням середовища 
програмування MATLAB/Simulink. Для підтвердження працездатності методу було 
проведено моделювання за різними параметрами обладнання та водойми (табл. 4.1 
– 4.3 додатку Б).    
   
Рисунок 4.3 – Імітаційні моделі об'єкта управління, що включає 
свердловину і резервуар (Oil Well), штанговий насос (sucker-rod pump), 
насосний вузол (синхронний насосний агрегат), електродвигун (Asynchronous 
Motor)   та системи управління 
   
На рисунку 4.4 показані залежності середньої споживаної потужності Р за 
період, динамічного рівня і частоти обертання валу двигуна, швидкостей припливу 
і перекачування з часом, отримані в ході апробації розробленого методу (параметри 
моделі наведені в таблиці 4.1). Повний процес управління показаний на рисунку 
4.4, а. Оптимальний рівень рідини для цієї моделі – 800 м, ε=0,5 Гц, N=20, М=400. 
б). На рисунку 4.4,в показаний процес накопичення рідини і принцип роботи 
алгоритму грубого вибору швидкості перекачування. За час, що дорівнює 43,37 хв, 
система переходить в режим вибору швидкості відкачування свердловинної рідини, 
тривалість вибору швидкості становить 18 хв.  При цьому швидкість припливу 
також зазнає незначних змін. Динамічний рівень рідини, встановлений в результаті 
регулювання, дорівнює 793 м. На рисунку 4.4,в показаний процес приведення 
динамічного рівня до оптимальної точки. У процесі регулювання частоти 
швидкість обертання збільшується в три рази на ε=0,5 Гц, після чого знову 
56 
 
активується система, що свідчить про зниження коефіцієнта заповнення насоса. 
Записана частота обертання валу двигуна становить 40,75 Гц. Оптимальний рівень 
і швидкість перекачування становить близько 11 год.    
 
 
Рисунок 4.4 – Залежності середньої потужності, споживаної 
електроприводом ударного насоса P(t), динамічного рівня Hдин(t), частоти 
обертання валу електродвигуна fт(t) і швидкостей на вході  v(t) (пунктирна 
лінія) і свердловинної накачування в  період коливань балансира. рідини на 
глибині спуску до 1000 м 
 
57 
 
На рисунку 4.5 представлено процес регулювання динамічного рівня рідини 
для обладнання, параметри якого наведені у таблиці 4.2. У цьому у випадку 
пластовий тиск досить низький, а вміст газу в рідині висока. Відкачування 
починається зі статичного рівня, що дорівнює 1561,5 м, спрацювання системи 
управління з неповного заповнення насоса внаслідок вплив газу відбувається на 
позначці Hдин = 1274 м, накопичення рідини йде до рівня 1269,5 м, потім 
починається виконання алгоритму підбору швидкості відкачування рідини, що 
відповідає швидкості припливу, тривалість періоду налаштування складає 26,5 хв. 
Похибка підбору швидкості та кількість вибірок становить, як і попередньому 
випадку, ε=0,5 Гц, N=20, M=400. У процесі коригування частоти двічі відбувається 
збільшення частоти обертання ε=0,5 Гц. Оптимальне значення динамічного 
значення рівня становить 1273,1 м, частота обертання валу двигуна – 38,8 Гц. 
 
Рисунок 4.5 – Залежності середньої потужності, споживаної 
електроприводом ударного насоса P(t), динамічного рівня Hдив(t), частоти 
обертання валу електродвигуна fт(t) і швидкостей  v(t) припливу (пунктирна 
лінія) і насоса  рідина свердловини на глибині проточування 1800 м 
58 
 
 
Розглянемо ще один випадок, коли біля входу насоса спостерігається висока 
швидкість припливу свердловинної рідини (Рисунок 4.6). Параметри обладнання, 
що використовуються при моделюванні, представлені в таблиці 4.3. Час виведення 
свердловини на оптимальний режим роботи становить 42 години, при цьому 
протягом останніх 40 годин система працює поблизу оптимальної робочої точки.    
 
Рисунок 4.6 – Залежності середньої потужності, споживаної 
електроприводом ударного насоса P(t), динамічного рівня Hdin(t), частоти 
обертання валу двигуна fт(t) і швидкостей на вході v(t) (пунктирна лінія) і 
швидкостей насоса  в період коливань балансира рідина свердловини на 
глибині проточу 805 м 
   
За результатами експериментальних досліджень розробленого методу 
регулювання подачі згорнутої ванни на основі підтримки оптимального 
динамічного рівня рідини в міжтрубному просторі нафтової свердловини можна 
зробити наступні висновки:   
59 
 
− тривалість виконання всіх алгоритмів виведення системи на оптимальний 
режим роботи безпосередньо залежить від параметрів свердловини, обладнання та 
обраних значень параметрів ε, Н, М. Для випадків, представлених у цьому 
підрозділі, час чорнового підбору швидкості перекачування свердловинної рідини 
не перевищує 30 хв;  −  процедура приведення системи до оптимальної точки є 
найтривалішим етапом регулювання. Число ітерацій в підборі швидкості 
безпосередньо залежить від швидкості припливу рідини свердловини поблизу 
оптимальної точки: чим вона вища, тим вище значення параметра ΔH і тим 
сильніше відрізняється від оптимального значення динамічного рівня рідини, 
встановлене в результаті грубого підбору швидкості;    
− За допомогою розробленої імітаційної моделі доведено працездатність 
запропонованого методу регулювання подачі згорнутих ванн. Значення параметрів 
ε, N, M повинні бути скориговані під час польових випробувань системи управління.    
 
 
4.2 Експериментальні дослідження методу діагностики несправність 
насоса глибокої свердловини зі штангою з використанням імітаційної моделі   
 
Для підтвердження працездатності методу діагностики несправність, 
представленого в розділі 3, було проведено моделювання несправність за різними 
параметрами штанги, кінематикою механічного приводу і режимами роботи 
обладнання. У таблицях 4.4 - 4.10 додатку Б представлені коди похибок, отримані 
при моделюванні несправність для обладнання, параметри якого вказані в таблиці 
4.1, δ=100 мкм, μ=0,8 Па/с, моделювання проводилося при різних частотах і 
довжинах ходів полірованого стрижня. Отримані ватметрограми наведені на 
рисунках 4.7. 
60 
 
 
Рисунок 4.7 – Ваттметрограми (б) і динамограми (а), отримані за 
допомогою імітаційної моделі (суцільна лінія – утворення емульсії,   пунктирна 
лінія – нормальна робота насоса)   
   
Великий вплив на розшифровку сигналу ватметрограмми мають інерційні 
сили, в результаті чого одна і та ж несправність може мати різні ознаки при різних 
параметрах обладнання і швидкості накачування. Однак певні закономірності 
залишаються. Виходячи з цього, можна зробити висновок, що для визначення 
несправність за допомогою запропонованого методу необхідно використовувати не 
один універсальний код, а групу кодів. Проведені експериментальні дослідження 
підтверджують працездатність методу діагностики несправність штангового 
насоса-присоски.    
   
 
4.3 Експериментальні дослідження регулювання подачі газу на основі 
аналізу споживаної потужності 
 
Опис дослідного зразка системи управління установкою насоса-присоски   
Електрична принципова схема плати контролера системи управління 
наведена на рисунку 4.8. Ядром плати контролера є мікросхема D2, що представляє 
собою 8-розрядний мікроконтролер ATmega64. Мікроконтролер програмується 
зовнішнім програматором через роз'єм XP7 через інтерфейс SPI трифазний 
61 
 
асинхронний електропривод насосних машин нафтовидобувних свердловин, що 
забезпечує плавний пуск і регулювання швидкості обертання електродвигуна. 
Напруга, що подається на двигун, залежить від частоти і підпорядковується 
скалярному закону управління U /f = const. Подвійні оптотранзистори від VE1 до 
VE4 оснащені блоком введення дискретного сигналу. Блок забезпечує живлення 24 
В постійного струму і гальванічно розв'язаний вхід восьми дискретних сигналів 
типу «сухий контакт» або відкритого колектора.    
   
 
   
  
Рисунок 4.8 – Електрична принципова схема плати контролера 
системи управління 
 
62 
 
На мікросхемі D1 зібраний годинник реального часу. Призначення 
годинника –надання реального часу під час реєстрації подій в електронномуархів 
подій. Тактування годинника робить годинниковий кварцовий резонатор. BQ1. За 
відсутності живлення хід годинника протягом місяця забезпечує іоністорC6 
ємністю 1 Ф. Вузол на елементах VE5, D10 і D11 єгальванічно ізольований 
вимірювач аналогових сигналів AI1 та AI2,відношенню досистеми та є 
універсальними сигналами управління. Кожен із цихсигналів може бути 
налаштований на введення струму або напруги джамперами XS1 таXS2. 
Положення джамперів 1-2 забезпечують введення струмових сигналівстандартних 
діапазонів 0–20 мА та 4–20 мА, а положення 2–3 – введення сигналівнапруги в 
діапазонах 0-5 В та 0-10 В. Усі три сигнали після нормуваннянадходять на 
вимірювальні входи аналого-цифрового перетворювача (АЦП)мікроконтролера 
D10 ATtiny13. 
Після вимірювання та цифрової фільтрації значення сигналів 
змікроконтролера D10 передаються цифровим послідовним каналом(через 
оптотранзистори VE5) мікроконтролер D2. Програмуваннямікроконтролера D10 
виробляється зовнішнім програматором через роз'єм XP6за інтерфейсом SPI. 
Вимірювання струмів та напруг виконуються з частотою 50 Гц. 
Вузол на елементах D6, R40-R43, KV1 та KV2 формує сигнали 
управлінняоптотиристорами ПЧ: зарядним VZ та оптотиристорами силового 
випрямляча VR. 
На мікросхемах D8 та D9 реалізовано гальванічно ізольованийінтерфейс RS-
485 для забезпечення роботиСУ ШГН у системі верхнього рівня народовищі. 
На резисторах R47 та R48 реалізований віртуальний нуль, напругаякого по 
відношенню до шини 0V дорівнює половині напруги живлення +5 В іщодо якого 
АЦП мікроконтролера здійснює вимірзмінних напруг, які від датчиків струму ПЧ. 
Змінненапруга зміщується у позитивну зону. Конденсатор C30 стабілізує точку нуля 
змінного струму. Фільтри R50C33, R51C34 та R54C36 очищаютьсигнал датчиків 
струму від високочастотних перешкод. 
Опис випробувального стенду системи управління   
63 
 
Випробувальний стенд системи управління установкою штангового насоса 
призначений для створення навантаження на виході потужності штангового насоса-
присоски, аналогічної навантаженню, створюваному електроприводом реального 
насосного агрегату.   
Структурно-функціональна схема стенду наведена на рисунку 4.9.    
 
   
Рисунок 4.9 – Структурно-функціональна схема випробувального 
стенду системи контролю газу УШ: А1 – панель живлення; А2 – блок 
управління стендом BU-NS; А3 – асинхронний двигун; А4 – синхронний 
генератор; А5 – АРМ; А6 – вузол навантаження; А7 – електричний 
вентилятор 
   
Випробувальний стенд містить наступні функціональні блоки:   
−  щит електроживлення;   
−  асинхронний електродвигун;   
−  синхронний генератор;   
−  Навантажувальний блок з електричним вентилятором.   
−  блок управління стендовим навантаженням (БУ-НС);   
−  віддалене автоматизоване робоче місце оператора (АРМ);   
− волоконно-оптичний канал зв'язку (ПС) між блоком управління стендом і 
робочою станцією.   
64 
 
Щит електроживлення забезпечує силове живлення СУ УШГН трифазним 
напругою ~380 В, 50 Гц, а також живлення блоку керування стендом напругою 
~220В, 50 Гц та електровентилятора блоку навантаження трифазним напругою 
~380 В, 50 Гц. 
 Для обчислення потужності СУ, що віддається у навантаження 
(асинхронний двигун стенда), з урахуванням імпульсного характеру вихідної 
напруги СУ (ШИМ) необхідно отримати миттєві значення фазних струмів та 
лінійних напруги, що діють на виході СУ. Для цих цілей використовуються датчики 
струму TA1 – TA3 (Рисунок 4.10) та датчики напруги UA, UB та UC. Датчики 
струму являють собою трансформатори струму з вбудованим резистивним 
навантаженням, що забезпечує чутливість 8,9 мВ/А, з тороїдальним 
магнітопроводом ГМ414 2-го класу. Використання трансформаторів струму замість 
струмових шунтів обумовлено простотою забезпечення ізоляції. вимірювального 
виходу від сильноточних кіл. Вибір магнітопроводу ГМ414 обумовлений його 
малими втратами на перемагнічування та відповідно малими амплітудними та 
фазовими спотвореннями вимірювального сигналу. 
Управління навантаженням СУ проводиться подачею струмового сигналу 
обмотку ротора (ГР) синхронного генератора стенда. Вибір струмового способу 
управління обмоткою ротора диктується необхідністю протидії ЕРС самоіндукції, 
що виникає на ОР при протіканні струму в основній обмотці. АРМ забезпечує 
управління роботою стенду по ГКС. 
 АРМ складається з персонального комп'ютера з встановленим програмним 
забезпеченням (ПЗ) та прийомопередавача ГКС. Оптоволоконний канал зв'язку 
будується на базі багатомодового оптоволоконного кабелю, що забезпечує 
двонаправлену передачу даних між блоком керування стендом і АРМ, і має наступні 
характеристики: 
− швидкість передачі даних – 115 200 бод;   
− довжина кабелю передачі даних до 100 м.   
65 
 
 
Рисунок 4.10 – Електрична принципова схема БУ-НС 
   
Стенд формує навантаження на виході з системи управління штанговим 
насосом відповідно до заданого періодичного графіка навантаження (профіль 
навантаження). Профіль навантаження може бути струмовим або силовим.  
Параметри профілів струму і потужності навантаження представлені в таблицях 
4.18, 4.19 додатку Б.    
Асинхронний електродвигун через шарнірно зчленований вал приводить в 
рух синхронний генератор, який, отримуючи збудження обмотки ротора від блоку 
управління стендом, виробляє на основній обмотці трифазну змінну напругу. 
Вироблена електроенергія подається в блок навантаження, де виділяється у вигляді 
тепла, яке відводиться електричним вентилятором через повітропровід.   
Блок управління стендом виконує наступні функції:   
− підключення асинхронного електродвигуна до виходу системи управління 
штанговим насосом через контактор за командою оператора;   
− вимірювання фазних струмів і лінійних напруг на обмотках асинхронного 
електродвигуна (навантаження системи управління штанговим насосом) і 
розрахунок активної потужності, споживаної випробувальним стендом від системи 
66 
 
управління насосом котушки на основі виміряних значень фазних струмів і 
лінійних напруг асинхронного електродвигуна;   
− прийом і передача інформаційних повідомлень через інтерфейс СКУД по 
протоколу обміну MODBUS RTU;   
− передача виміряних значень струмів, напруг і активної потужності на АРМ 
по САУ;   
− отримання команд від АРМ через СС на включення і виключення 
навантаження, а також установка струму струму навантаження КС спірального 
газового насоса при використанні струмового профілю навантаження або поточної 
потужності при використанні профілю потужності навантаження;   
− формування керуючого ефекту на обмотці ротора синхронного генератора 
у вигляді постійної напруги в діапазоні від 0 до 48 В;   
− автоматичне регулювання напруги на обмотці ротора синхронного 
генератора для отримання значень фазних струмів в обмотках асинхронного 
електродвигуна, рівних заданим;   
− автоматичне регулювання напруги на обмотці ротора синхронного 
генератора для отримання значення потужності, споживаної асинхронним 
електродвигуном, рівним заданому значенню.   
Експериментальні дослідження методу регулювання подачі гнучкого 
газу заснований на підтримці оптимального динамічного рівня рідини в 
кільцевому просторі нафтової свердловини   
Наступними етапами тестування за MOS є Software-in-theloop і Processor-
inthe-loop. Вони проводяться з метою перевірки апаратної доцільності 
розробленого методу регулювання подачі згорнутого газу.    
Оскільки блок ватметра (див. Рисунок 4.3) імітує роботу мікросхеми D10 
(див. Рисунок 4.8), він був модифікований для імітації затримки сигналу, що 
відповідає часу роботи АЦП.   
Значення потужності обчислюється на частоті 100 Гц. Генерація C-коду 
здійснюється автоматично за допомогою цільових пакетів підтримки Simulink та 
Embedded Coder. Після налагодження коду і моделі код завантажується на цільовий 
67 
 
процесор і моделюється в режимі PiL (Рисунок 4.11) для моделей об'єктів 
управління, представлених в таблиці 4.1 (Рисунок 4.12, а) і табл. 4.2 (Рисунок 4.12, 
б).    
   
   
Рисунок 4.11 – Імітаційна модель системи управління об'єктом в PiL 
моделюванні 
   
Таким чином, на апаратній платформі був реалізований метод регулювання 
подачі згорнутих ванн, заснований на підтримці оптимального динамічного рівня 
рідини  в  кільцевому  просторі нафтової  свердловини  і  доведена  його 
працездатність.   
Створення повноцінного випробувального стенду, що імітує роботу системи 
«продуктивний резервуар – свердловина – HSGN» і дозволяє змінювати параметри 
її моделі – складне завдання, що вимагає великих фінансових вкладень і може стати 
темою окремого дослідження. Використовуваний випробувальний стенд моделює 
роботу об'єкта управління шляхом відтворення профілю навантаження, отриманого 
за допомогою розробленої імітаційної моделі, тому система управління тестується 
в режимі HiL з розімкнутим контуром зворотного зв'язку, що дозволяє перевірити 
працездатність окремих блоків системи, а також етапи методу регулювання подачі 
згорнутих ванн.    
Схема експерименту представлена на рисунку 4.13. В експериментальному 
зразку системи контролю газу УШ реалізований алгоритм методу регулювання 
витрати, описаний в розділі 3. За допомогою розробленої моделі об'єкта управління 
формується ватметрограмний сигнал, що відповідає роботі об'єкта управління при 
68 
 
реалізації одного з етапів методу управління. З цього сигналу формується профіль 
навантаження відповідно до параметрів, зазначених у таблиці 4.19.    
Рисунок 4.12 – Залежності середньої потужності, споживаної 
електроприводом ударного насоса P(t), динамічного рівня Nдив (t) і швидкості 
обертання  в період коливань балансира вал двигуна fт(t) отриманий в 
результаті моделювання в режимі PiL 
   
69 
 
 
Рисунок 4.13 – Схема проведення експерименту 
   
Профіль навантаження передається на автоматизовану випробувальну 
робочу станцію по ОКС на блок управління випробувального стенду БУ-НС. Блок 
управління стендом навантаження формує керуючий вплив на обмотку ротора 
«АБО» синхронного генератора у вигляді напруги постійного струму і вимірює 
фазні струми і лінійні напруги на обмотках асинхронного електродвигуна 
(навантаження системи управління ШНГ), а також активну потужність. 
вимірюється навантаження і розраховується потужність, споживана 
електродвигуном, в КС згорнутого газового насоса для реалізації методу 
управління. Навантаження КС формується перетворювачем частоти в залежності 
70 
 
від величини керуючого сигналу fу(t), що формується системою управління. 
Апробація методу проводиться поетапно:    
− модель встановлює значення сигналів fy і Hдин, рівні розрахованим на 
попередній ітерації тесту, формує ватметрограму, що відповідає роботі об'єкта при 
заданому значенні динамічного рівня і частоти керуючого сигналу;   
−  отримана ватметрограма перетворюється в профіль навантаження і 
передається на АРМ;    
−  запускається експериментальна установка, очікується відгук системи 
управління (зміна значення керуючого сигналу ФУ), фіксується час спрацьовування 
і значення керуючого сигналу;    
−  записується значення ND, що відповідає часу спрацьовування реальної 
системи управління.    
Зовнішній вигляд дослідного зразка системи управління УШГН і 
випробувального стенду показаний на рисунку 4.14. При проведенні 
експериментальних досліджень в моделі встановлюються параметри об'єкта 
управління, представлені в таблиці 4.1.   
Першим етапом дії методу регулювання подачі згорнутих ванн, заснованого 
на підтримці оптимального динамічного рівня рідини в кільцевому просторі 
нафтової свердловини, є пошук оптимального динамічного рівня. Для цього 
система управління задає на своєму виході керуючий вплив, що відповідає 
максимальній частоті коливання згорнутої ванни fт, яка дорівнює швидкості 
обертання валу: fт= 71 Гц. Це значення подається на вхід математичної моделі для 
формування профілю навантаження. Початкове положення динамічного рівня в 
моделі відповідає статичному рівню рідини Nдин = 600 м.    
71 
 
 
Рисунок 4.14 – Експериментальна установка: а – дослідний зразок КС 
УШГН;  б – БУ-НС; в – навантаження КС УШГН 
   
На рисунку 4.15 показана залежність між середнім споживанням 
електроенергії за період і динамічним рівнем в залежності від часу, отриманого за 
допомогою  математичної  моделі  і відповідного  генерованому  профілю 
навантаження.  
Значення середньої споживаної потужності за період, отримані за 
допомогою зразка КС системи колтюбінгу, наведені на рисунку 4.16. Лінія показує 
72 
 
момент спрацьовування системи управління впливом газу і початок етапу 
накопичення рівня рідини.    
   
 
Рисунок 4.15 – Залежність середньої потужності за період P(t) і 
динамічного рівня Hдив(t) від часу прокачування при максимальній частоті 
обертання 
   
 
Рисунок 4.16 – Середня витрата електроенергії за період P(t) в 
залежності від часу, отриманого на випробувальному стенді максимальної 
швидкості насоса 
   
73 
 
Далі формується профіль навантаження, що відповідає стадії накопичення 
рідини з параметрами fт = 16 Гц, Hдин = 804,7 м (Рисунок 4.17). величина керуючого 
впливу на вході моделі відповідає створюваному КС насоса котушки, значення 
початкового динамічного рівня рідини відповідає її положенню в момент часу, 
зазначеним на рисунку 4.16. Залежності середнього значення за період споживання 
електроенергії і динамічного рівня для генерованого профілю навантаження 
показані на рисунку 4.17. На рисунку 4.18 показана залежність середньої 
споживаної потужності за період від часу, отриманої за допомогою 
випробувального стенду. Вертикальна лінія показує момент, коли спрацьовує 
реальна система управління.    
 
Рисунок 4.17 – Залежності середнього споживання електроенергії за 
період P(t)  і динамічний рівень Hdin(t) від часу 
 
Рисунок 4.18 – Залежність середньої споживаної потужності P(t) за 
період від часу,  отримано за допомогою випробувального стенду 
   
74 
 
Таким же чином був перевірений весь алгоритм управління. Отримані 
відліки часу і значення керуючих дій нормалізувалися в часі і побудований вектор 
залежності fт(t), який подавався на вхід математичної моделі для додаткової 
перевірки працездатності алгоритму управління. Результати моделювання наведені 
на рисунку 4.19.    
 
Рисунок 4.19 – Наведені залежності середньої потужності, споживаної 
ударною штангою електроприводом P(t), динамічного рівня Hдин(t) і частоти 
керуючого сигналу fт(t)  в період коливань балансира 
   
Система управління успішно пройшла всі етапи алгоритму, модель об'єкта 
управління приведена в робочий режим, що відповідає оптимальному. 
     
75 
 
Експериментальні дослідження методу діагностики несправність 
штангового насоса   
Для вивчення методу діагностики несправність штанги глибинного насоса 
була використана установка, схема якої наведена на рисунку 4.13. За допомогою 
математичної моделі об'єкта управління, параметри якої представлені в таблиці 3.1, 
були отримані ватметрограми, що відповідають різним відмовам штангового 
насоса. Частота керуючого сигналу  системи управління бухтовим насосом fт = 
10,42 Гц, частота з часом не змінюється. Блок управління навантажувальним 
стендом фіксує значення заданої і виміряної потужності, які по ОКС передаються 
на робоче місце.    
Результати експерименту наведені на рисунку 4.20, графіки отримані за 
допомогою спеціалізованого програмного забезпечення АРМ (задане значення 
потужності – профіль навантаження, дія потужності – виміряне значення 
потужності). 
Затримка  сигналу  ватметрограмми  щодо  сформованого  профілю  
навантаження обумовлена в основному великою індуктивністю обмотки ротора 
синхронного двигуна. При випробувальному стенді не вдається генерувати 
навантаження менше 2,5 кВт, в результаті чого спотворюється осцилограма 
ватметрограми. Збільшення частоти сигналу профілю навантаження призводить до 
більшого спотворення ватметрограмми (Рисунок 4.21). Для подальших досліджень 
методу діагностики несправність необхідно провести коригування 
випробувального стенду. 
 
 
 
 
 
 
 
 
76 
 
 
 
 
Рисунок 4.20 – Профілі навантажень для випробувального стенду і 
відповідні ватметрограмні сигнали, зняті за допомогою дослідного зразка 
системи управління штанговим насосом: а – нормальна робота насоса; б – 
ефект парафіну; в – попадання газу в циліндр насоса;  d – вплив плунжера на 
впускний клапан; д – удар плунжера об верхню гайку;  F – витік у 
нагнітальному клапані 
   
77 
 
 
   
Рисунок 4.21 – Профіль навантаження для випробувального стенду і 
відповідний йому сигнал  Ватметрограмми при частоті коливань балансира 
n= 2,5 хв–1 
 
 
Висновок до  розділу 4   
• В ході апробації методу регулювання подачі згорнутих ванн з 
використанням розробленої імітаційної моделі об'єкта управління було виявлено, 
що приведення системи до оптимальної точки є найтривалішим етапом 
регулювання. Число ітерацій у виборі швидкості безпосередньо залежить від 
швидкості припливу рідини в свердловину поблизу оптимальної точки: чим вона 
вища, тим вище значення параметра ΔH і тим більше відрізняється від 
оптимального значення рівень динамічної рідини, встановлений в результаті 
грубого підбору швидкості, однак, оскільки динамічний рівень близький до 
оптимальної точки, то істотного зниження дебіту свердловинної рідини не буде.   
78 
 
• Для підтвердження працездатності методу діагностики несправність, 
представленого в розділі 2, було проведено моделювання несправність за різними 
параметрами штока, кінематикою механічного приводу і режимами роботи 
обладнання. Виявлено, що для визначення несправність за допомогою 
запропонованого методу необхідно використовувати не один універсальний код, а 
групу кодів.   
• В ході досліджень була апробована методика регулювання подачі 
спіральної ванни в режимах Software-in-the-loop і Processor-in-theloop, а також 
доведена апаратна доцільність запропонованого методу.   
• Дослідження розробленого методу регулювання подачі згорнутих ванн 
на основі підтримки оптимального динамічного рівня рідини в міжтрубному 
просторі нафтової свердловини проводиться з використанням експериментального 
зразка системи управління установкою насоса глибокої свердловини зі 
штангоюприсоскою і випробувального стенду для відкритого контуру зворотного 
зв'язку. Система управління установкою насоса-присоски успішно пройшла 
випробування.   
• Для вивчення методу діагностики штангового насоса глибокої  
свердловини за допомогою випробувального стенду були отримані 
ватметрограми, що відповідають відмовам штангового насоса.    
   
      
  
79 
 
ВИСНОВКИ 
 
 
У ході дослідження в роботі були отримані наступні результати.   
• Розроблено імітаційну модель об'єкта управління, що включає 
підсистему «продуктивний резервуар – свердловина» та наступні вузли насосної 
штанги: штанговий насос, насосна установка, електродвигун. Модель дає 
можливість представити свердловину, установку насоса глибокої свердловини і 
систему управління як замкнуту систему з урахуванням зміни швидкості припливу 
свердловинної рідини, а також змоделювати різні несправності насоса глибокої 
свердловини з метою вивчення їх впливу на форму сигналу споживаної 
електроприводом потужності для розробки діагностичного методу.   
• Запропоновано спосіб регулювання подачі насосної установки зі 
штангою-присоскою, заснований на підтримці оптимального динамічного рівня 
рідини в міжтрубному просторі нафтової свердловини шляхом аналізу сигналу про 
споживану електроприводом потужність. Метод дозволяє відкачувати рідину зі 
свердловини з максимальною швидкістю і мінімальним шкідливим впливом газу, 
розчиненого в нафті, що забезпечує високий добовий дебіт.   
• За допомогою розробленої імітаційної моделі об'єкта управління були 
проведені дослідження і виявлено вплив різних несправність на сигнал потужності, 
споживаної електроприводом.    
• Запропоновано метод діагностики несправність насоса глибокої 
свердловини зі штангою шляхом аналізу сигналу споживаної електроприводом 
потужності, що дозволяє виявити обрив і лапкан штанг, потрапляння газу в циліндр 
насоса, утворення емульсії, парафінізацію, вплив плунжера на впускний клапан, 
вплив плунжера на верхню обмежувальну гайку вставного насоса, витік у 
впускному клапані, витік у нагнітальному клапані.   
• Дослідження розробленого методу регулювання подачі насосної 
установки зі штангою присоски на основі підтримання оптимального динамічного 
рівня рідини в кільцевому просторі нафтової свердловини проводилися з 
80 
 
використанням імітаційної моделі об'єкта управління, експериментального зразка 
системи управління та випробувального стенду. Доведено працездатність та 
техніко-економічне обґрунтування запропонованого методу.   
• При апробації методу діагностики з використанням розробленої 
імітаційної моделі були отримані коди, характерні для різних несправність насоса 
глибокої свердловини-присоски і параметрів обладнання.