Поддержание стабильности нефтедобычи обеспечивается за счет качественного и долговечного оборудования, но высокие нагрузки на штанговые насосы, качающие флюид из недр, приводят к поломке в узлах установки. Это замедляет темпы производства и требует больших энергетических затрат. Ученые Пермского Политеха создали «умную» систему управления, которая в реальном времени адаптируется к изменяющимся условиям работы насоса, опираясь на заданные параметры. Это позволит предотвратить поломку оборудования и внезапную остановку добычи.
В ПНИПУ создали «умные» насосы для добычи нефти / © atlascompany, Freepik
Статья опубликована в журнале «Вестник ПНИПУ. Электротехника. Информационные технологии. Системы управления» за 2025 год. Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Штанговые насосные установки — это ключевое оборудование для добычи нефти. Традиционно они работают с постоянной скоростью, что приводит к динамическим перегрузкам в узлах. Основная проблема заключается в том, что движение колонны штанг (стержней, передающих усилие от насоса на поверхность) происходит неравномерно, из-за чего возникают вибрации, износ деталей и тратится лишняя электроэнергия.
Ученые ПНИПУ предложили технологию регулирования, которая позволяет подстраивать скорость насоса, чтобы снизить причиняемый деталям урон. Для этого они написали программный код и создали систему управления, которая оптимизирует скорость двигателя так, чтобы снизить пиковые нагрузки и вибрации.
– Мы составили компьютерную модель (цифровой двойник) насоса на основе известных данных об этой установке. Зная реальные напряжения и токи параметров двигателя, мы вводим их в эту модель и вычисляем, где должна находиться точка подвеса колонны штанг без использования измерительного оборудования. Электродвигатель насоса получает команды и плавно меняет скорость. Для определения эффективности мы создали виртуальный двойник насоса в компьютере и проверили на нем, как работает система: подстроили нашу модель и убедились, что новый метод уменьшает износ и может позволить сэкономить трату энергии на 15-20%, – комментирует Евгений Солодкий, доцент кафедры микропроцессорных средств автоматизации ПНИПУ, кандидат технических наук.
Обычные насосы работают на постоянной скорости, что ускоряет износ. Разработка ученых ПНИПУ позволяет менять скорость в пределах каждого цикла качания не вслепую, а по заранее рассчитанным законам движения, учитывающим механику установки, что серьезно снижает нагрузки на детали. Существующие аналогичные системы реагируют на последствия, а не предупреждают их.
На текущем этапе система успешно прошла испытания в смоделированной на компьютере инженерной среде, показав высокую эффективность в снижении нагрузок и повышении надежности оборудования. Впереди этап опытно-промысловых испытаний.
Технологию ученых ПНИПУ можно встроить в современные насосные станции управления. Внедрение этой системы позволит увеличить срок службы насосов, снизить затраты на электроэнергию и минимизировать риск аварий из-за обрывов штанг. Это важный вклад в устойчивую и бесперебойную добычу, где дорого обходится каждый перерыв.
