В нефтедобыче для извлечения углеводородов из скважины и поддержания пластового давления активно используют специальные насосы. Они работают с помощью поршня, который возвратно-поступательными движениями перекачивает нефть или воду. Часто на одной скважине требуется установка сразу нескольких одновременно работающих насосов для большей подачи жидкости. Однако в этом случае разная скорость работы поршней приводит к неравномерной перекачке жидкости из-за возникающих пульсаций подачи и колебаний давления. Это вызывает аварии, связанные с повреждениями трубопровода и оборудования. Ученые Пермского Политеха разработали способ эффективного снижения неравномерной подачи жидкости, который обеспечивает надежную работу поршневых насосов и минимизирует простой нефтегазового оборудования.
В ПНИПУ узнали, как повысить качество работы поршневых насосов в нефтегазовой отрасли / © Godefridus Victorinus, Getty images
На изобретение выдан патент. Исследование проведено в рамках реализации программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Для повышении нефтеотдачи на месторождении проводят различные процедуры, например, гидроразрыв пласта, когда, закачивая в него жидкость, искусственно создают дополнительные трещины в горной породе. Качественно реализовать эту технологию можно с помощью нескольких одновременно работающих поршневых насосов, которые под давлением перекачивают жидкость.
Задействовано может быть от четырех до 12 насосов, в некоторых случаях больше. При гидроразрыве пласта они должны обеспечить высокое давление и подачу жидкости в больших объемах, с чем отдельно взятый насос не справится. Особенно это касается горизонтальных скважин, рост которых растет с каждым годом. У них довольно большая протяженность, и чтобы протолкнуть жидкость через всю скважину, требуется очень высокое давление и большее количество одновременно задействованных насосов.
Особенностью работы поршневого насоса является неравномерность подачи жидкости. Из-за разной скорости работы поршней в насосах возникают колебания давлений и сильные пульсации подачи жидкости. Это негативно влияет на технологический процесс закачки и приводит к авариям, которые ухудшают эксплуатационные характеристики и надежность работы всего оборудования.
Существующие решения этой проблемы позволяют использовать лишь два насоса одновременно, что не всегда эффективно, или требуют установки дополнительных устройств, что приводит к усложнению конструкции насоса, увеличению габаритов и стоимости.
Ученые Пермского Политеха разработали уникальный способ, обеспечивающий равномерную работу двух и более поршневых насосов. Суть заключается в предварительном вычислении момента времени, когда в положении (фазе) вращающихся валов происходит сдвиг, который предварительно вычисляется и тут же регулируется блоком управления. Вал – это важный элемент конструкции поршневого насоса, подвижная деталь, которая передает вращение другим элементам.
Для исследования политехники рассматривали группу из трех поршневых насосов, но отмечают, что в общем случае их число может быть любым.
– Предложенная технология работает таким образом: у каждого задействованного насоса свой приводной электродвигатель. Валы, находящиеся внутри насосов, соединены с валами электродвигателей. Суть разработки именно в дополнительной установке датчиков, которые измеряют их положение и скорость вращения. Информация об этом передается в блок управления, который должен поддерживать изначально заданный сдвиг фаз (положения) валов. И если процесс работы насосов по какой-то причине нарушается, то это распознается блоком управления по показаниям датчиков. В этом случае он кратковременно изменяет скорости вращения, уменьшает или повышает, пока сдвиг фаз не будет соответствовать изначально заданному, – объясняет Вадим Картавцев, ассистент, инженер кафедры горной электромеханики ПНИПУ.
– Преимущества нашей идеи – в быстром и эффективном снижении неравномерности подачи перекачиваемой жидкости при работе двух и более поршневых насосов, объединенных в группу. При этом, если один из них исключается, например, из-за выхода из строя электродвигателя, то предложенный способ обеспечивает стабильное перекачивание ее с помощью оставшихся устройств. Это гарантирует надежность работы группы поршневых насосов и минимальные простои работоспособного оборудования в ее составе, – поделился Александр Муравский, доцент кафедры горной электромеханики ПНИПУ, кандидат технических наук.
Разработанная технология ученых Пермского Политеха позволяет непрерывно регулировать и поддерживать режим работы с низкой неравномерностью подачи нескольких поршневых насосов при перекачивании жидкости в нефтегазовой отрасли.
