Статья опубликована в журнале «Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов». Исследование выполнено при поддержке Минобрнауки России.
Станок-качалка – это механизм, который под действием работы электродвигателя выполняет возвратно-поступательные движения и обеспечивает перекачку нефти штанговым насосом. Для обеспечения равномерности загрузки электродвигателя в процессе качания в станке-качалке применяют роторный противовес, который создает дополнительный момент в процессе подъема колонны штанг, тем самым снижая нагрузку на двигатель.
Однако в условиях сложной разработки месторождений, например, при добыче трудноизвлекаемых запасов нефти, потребление электроэнергии может быть значительно увеличено. Снизить его возможно за счет оптимизации работы и изменения алгоритмов управления электроприводом станка-качалки. Также дополнительное снижение потребления энергии может быть получено за счет оптимальной балансировки роторного противовеса, которой в промышленной практике не уделяют должного внимания.
Ученые Пермского Политеха разработали алгоритм оптимального уравновешивания станка-качалки. При помощи цифровой модели и технологических переменных установки он рассчитывает оптимальный вес противовеса, установка которого позволит снизить удельное энергопотребление.
Алгоритм разработчиков не нуждается в дополнительной модернизации конструкции, он работает на основе уже доступных параметров работы насоса – углового положения механизмов и электромагнитного момента привода.
– Мы предлагаем алгоритм, который оценивает нагрузку на электродвигатель и угловые координаты станка качалки по цифровой модели, что позволяет рассчитать сбалансированность работы установки в реальном времени, а также выработать рекомендации по изменению веса роторного противовеса, для снижения энергопотребления установки, – рассказывает Савелий Сальников, инженер кафедры «Микропроцессорные средства автоматизации» ПНИПУ.
Для проверки эффективности метода ученые создали испытательный стенд, который имитирует работу реального скважинного насоса. Он включает в себя двигатели, частотные преобразователи и главный контроллер, проводящий расчет оптимального уравновешивания максимального момента противовеса. Так, в ходе эксперимента разработчики получили информацию о необходимом снижении максимального момента противовеса с 36 до 32,6 килоньютон-метра (единица измерения момента силы). После установки нужного значения ученые повторно замеряли потребление энергии при тех же скоростях качания и нагрузке.
– В результате замеров мы выяснили, что наш алгоритм на 7,15% снижает потребление электроэнергии, а также на 10,32% снижает среднеквадратичную нагрузку на двигатель за цикл качания, что позволяет сохранить его ресурс. При неизменном режиме эксплуатации скважины энергозатраты можно уменьшить более чем на 10%, – поделился Савелий Сальников.
Практическое применение методики ученых Пермского Политеха значительно снизит потребляемую электроэнергию станком-качалкой в условиях добычи трудноизвлекаемых ресурсов, что позволит сократить затраты на эксплуатацию нефтяного оборудования.