Об этом сообщила пресс-служба ВУЗа.
Согласно данным Минфина РФ, нефтегазовые доходы страны в 2023 г. достигли 9,5 трлн руб.
Эта отрасль промышленности критически важна для экономики: 30% бюджета формируется за счет нефти и газа.
Стабильность добычи зависит от надежности оборудования, однако штанговые насосы, перекачивающие жидкость из скважин, часто выходят из строя из-за экстремальных нагрузок.
Это приводит к снижению темпов производства и повышенному расходу энергии.
Решение предложили исследователи из ПНИПУ.
Результаты исследования опубликованы в журнале «Вестник ПНИПУ. Электротехника. Информационные технологии. Системы управления», 2025 г. Работа выполнена в рамках программы «Приоритет 2030».
Эффективность работы установки, в первую очередь, это повышение ресурса элементов и узлов за счет снижения в них динамических нагрузок.
Штанговая скважинная насосная установка (ШСНУ) - ключевое оборудование для нефтедобычи.
Обычно функционируют с постоянной скоростью, что вызывает динамические перегрузки в узлах.
Неравномерное распределение нагрузки по длине колонны штанг повышает вероятность ее обрыва, что ведет к снижению эффективности эксплуатации скважин
Скорость откачки жидкости постоянна.
Пытливые пермские ученые выяснили, что движение точки подвеса колонны штанг (ТПКШ) не является гармоническим. Неравномерное движение колонны штанг приводит к вибрациям, ускоренному износу деталей и перерасходу электроэнергии.
Анализ многозвенной кинематической схемы балансирного станка-качалки и дальнейший расчет усилий в элементах установки показал, что силы трения, инерции, а также дополнительные усилия от продольных колебаний колонны штанг во многом определяются параметрами движения кривошипа.
Ученые решили обеспечить координаты движения вала приводного двигателя и, как следствие, кривошипа внутри цикла качания для обеспечения рациональных законов движения точки подвеса колонны штанг.
Специалисты ПНИПУ разработали регулируемую систему, которая изменяет скорость насоса, снижая повреждения компонентов:
- это математическая модель 4 - звенного механизма балансирного станка-качалки на примере СК8–3,5–4000 и СК6–2,1–2500;
- рациональные законы движения точки подвеса колонны штанг;
- структурный синтез регулирующего адаптера, обеспечивающего выполнение законов движения;
- имитационное моделирование.
Е. Солодкий, к.т.н., доцент кафедры микропроцессорных средств автоматизации ПНИПУ:
- команда разработала цифровую модель насоса;
- используя данные о напряжениях и токах двигателя, они смогли рассчитать оптимальное положение точки подвеса колонны штанг без физических измерений;
- управляющая система плавно корректирует скорость;
- эффективность проверили в виртуальной среде - модель показала снижение износа и экономию энергии на 15-20%.
Это существенно уменьшает нагрузку на узлы.
Существующие аналоги реагируют на последствия, тогда как новая система их предупреждает.
Технология успешно протестирована в компьютерной модели, подтвердив способность снижать нагрузки и повышать надежность оборудования.
Следующий шаг - опытно-промышленные испытания.
Внедрение этой системы управления позволяет реализовать заданные законы движения ТПКШ, обеспечивающие:
- снижение нагрузки на элементы установки;
- уменьшение амплитуды колебаний колонны штанг.
Разработка ПНИПУ интегрируется в современные насосные станции управления.
Ее внедрение продлит срок службы насосов, сократит энергопотребление и минимизирует аварии из-за обрывов штанг.
Автор: А. Шевченко
