Пермские ученые разработали экспресс-метод оценки эффективности нефтяных насосов

Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) разработали метод расчета энергоэффективности нефтяных насосов с точностью 99 %. Способ позволяет определять наиболее выгодный режим работы электроприводного центробежного насоса и экономить электричество без потери объемов добычи.

Нефтяные скважины со временем стареют: нефти становится меньше, а насос продолжает работать на полную мощность, расходуя лишнюю электроэнергию. Инженеры пытаются регулировать скорость двигателя, но существующие методы расчетов слишком громоздкие и медленные — они требуют десятков параметров и не дают быстрого ответа прямо на объекте.

Для решения этой проблемы ученые Пермского Политеха разработали метод экспресс-оценки, который позволяет быстро и с точностью около 99 % определить самый выгодный режим работы насоса.

«Разработка представляет собой математическую зависимость. В отличие от сложных компьютерных моделей, которые требуют ввода десятков характеристик, наш метод использует всего три показателя: частоту вращения насоса, время его работы в течение суток и желаемый объем добычи. На их основе, используя выведенное выражение, можно быстро вычислить два главных результата — сколько нефти удастся добыть и сколько электроэнергии для этого потребуется», — рассказал один из авторов разработки, доцент кафедры микропроцессорных средств автоматизации ПНИПУ Александр Семенов.

Ученые провели масштабный математический эксперимент. Они перебрали тысячи возможных вариантов: меняли частоту от 40 до 60 Герц, а также суточный объем нефти, которую откачивает скважина, — от непрерывного режима до одного часа в сутки. Особое внимание уделили периодическим циклам: 23 часа работы и 1 час простоя, 22 и 2 часа и так далее вплоть до одного часа активности и 23 часов бездействия. Все расчеты велись на основе реальных показателей действующих скважин с учетом свойств жидкости, глубины залегания и характеристик оборудования. На основе большого массива данных было выявлено математическое выражение, с применением которого возможно определить энергоэффективность установки электроприводного центробежного насоса.

«Мы сравнили нашу формулу с результатами детального компьютерного моделирования, которое точно имитирует работу установки с учетом всех сложных физических процессов, и получили, что точность метода достигает 99 %. Это значит, что предложенный подход позволяет быстро оценить энергетическую эффективность установки, что особенно важно при поиске рационального режима работы. Конечно, у метода есть свои границы применимости, тем не менее выведенная нами зависимость дает возможность определять как объем добычи нефти, так и удельное электропотребление, что ценно для практического использования», — добавил еще один участник исследования, доцент кафедры микропроцессорных средств автоматизации ПНИПУ Сергей Мишуринских.

По словам авторов, применение предложенного ими подхода позволит нефтяным компаниям экономить электричество без потери объемов добычи. Там, где раньше приходилось гадать или проводить долгие расчеты, теперь можно действовать быстро и точно. Инженер или автоматическая система управления прямо на месте сможет за секунды подобрать оптимальную частоту вращения насоса и режим его работы так, чтобы на каждый кубометр нефти тратилось как можно меньше киловатт-часов. Кроме того, метод легко встраивается в существующие системы автоматизации, например, в контроллеры, которые управляют электрическим приводом, или в диспетчерские компьютеры, где инженер видит работу всех скважин.

Источник: Официальный ресурс Министерства образования и науки Российской Федерации