В современном мире задачи по рациональному использованию энергии становятся все более актуальными. Особенно этим вопросом заинтересованы нефтяные компании, ведь более 65% нефтяных скважин оснащены штанговыми насосными системами, при этом уровень потребления электроэнергии при добыче непрерывно растет, особенно на поздних стадиях разработки месторождений. Учёные Пермского Политеха, при поддержке Минобрнауки РФ, представили технологическое решение, способное снизить расход электричества на скважинах без потери эффективности добычи.
Актуальность энергосбережения для нефтяной отрасли
В сложных условиях истощения пластов и повышения обводнённости пород классические станки-качалки продолжают работать с возрастающим потреблением энергоресурсов. Снижение доли затрачиваемой электрической энергии на добычу нефти становится одной из важнейших задач для предприятий. Кроме того, оптимизация энергетических затрат напрямую влияет на себестоимость продукции и срок службы оборудования.
Как работает станок-качалка?
Станок-качалка — ключевой компонент нефтяного комплекса. Электродвигатель приводит его в движение, а система штанг обеспечивает подъём и перекачку флюидов из скважины. В конструкции оборудования предусмотрен роторный противовес, задача которого — уравновесить механические колебания и снизить пиковые нагрузки на двигатель в процессе работы.
Тем не менее, эксплуатации в сложных условиях, таких как добыча трудноизвлекаемых резервов, сопровождается увеличением энергетических затрат. Решением проблемы может стать пересмотр существующих алгоритмов управления и корректировка весовых характеристик противовеса.
Инновационный расчет оптимального баланса
Группа исследователей под руководством Савелия Сальникова разработала революционный алгоритм оптимизации функционирования станка-качалки. Благодаря созданной цифровой модели становится возможно в автоматическом режиме определить наилучшее значение веса роторного противовеса для текущих технологических условий. Такой подход позволяет значительно снизить излишние энергетические расходы без необходимости внесения сложных изменений в конструкцию насосных систем.
Особенность предложенной технологии в том, что она основывается на имеющихся параметрах функционирования оборудования — используется информация о положении механизмов и электромагнитных моментах. Это позволяет внедрять методику на уже существующих насосных установках, что чрезвычайно удобно для нефтедобывающих предприятий.
Испытания и подтверждение эффективности
Для практической валидации теоретических расчетов в лаборатории Пермского Политеха был собран испытательный стенд, полностью имитирующий реальную работу штанговой насосной установки. Комплекс включал электродвигатель, преобразователь частоты и программируемый контроллер. Благодаря этому стенду специалисты получили возможность точно измерять, как меняется потребление электричества при различных значениях веса противовеса и скоростях качания.
Эксперимент показал, что снижение максимального момента противовеса с 36 до 32,6 килоньютон-метра позволило добиться уменьшения расхода электроэнергии на 7,15%. Кроме того, среднеквадратичная нагрузка на двигатель за цикл работы сократилась на 10,32%. Эффективность метода подтверждена в условиях стабильных параметров эксплуатации установки.
Вклад в будущее нефтедобывающей отрасли
Внедрение разработки учёных из Пермского Политеха открывает новые возможности для оптимизации затрат в нефтедобыче, что особенно важно при работе с трудноизвлекаемыми запасами нефти. Применение их рекомендаций позволяет снизить эксплуатационные расходы, а также ощутимо продлить срок службы дорогостоящего оборудования.
Савелий Сальников, инженер кафедры автоматизации, отмечает уникальность алгоритма — он способен анализировать данные в реальном времени и выдавать рекомендации по оперативной корректировке веса противовеса. Это обеспечивает гибкость работы и высокую экономическую отдачу.
Оптимистичные перспективы и научное признание
Исследование, поддержанное Минобрнауки РФ, уже вызвало интерес среди ведущих представителей отрасли. Стратегия энергоэффективности, предложенная пермскими инженерами, может быть внедрена не только на российских, но и на зарубежных предприятиях нефтегазовой сферы. Это не только снижает издержки, но также способствует развитию бережного отношения к энергетическим ресурсам и экологии.
Современные вызовы требуют поиска нестандартных решений, и специалисты Пермского Политеха уверенно демонстрируют, что наука и промышленность могут стать союзниками в том, чтобы сделать будущее отрасли эффективным и устойчивым.
Источник: scientificrussia.ru
