В мире современных технологий и промышленного производства задача эффективного использования ресурсов становится особо актуальной. Особенно это касается нефтедобычи, где экономия энергии напрямую влияет на затраты и экологическую устойчивость. Инженеры и ученые Пермского Политеха при поддержке Минобрнауки России предложили уникальное решение для сокращения потребления электроэнергии на нефтяных скважинах.
Современные вызовы в нефтедобывающей отрасли
Оборудование для добычи нефти, такое как станок-качалка, ежедневно выполняет сложную механическую работу, перемещая колонну штанг вверх и вниз с помощью штангового насоса. Для стабилизации и равномерного распределения нагрузки на электродвигатель в этом механизме используется роторный противовес, который уменьшает требуемое усилие во время подъёма тяжелой колонны.
Однако при разработке сложных и малодебитных пластов, где трудноизвлекаемые запасы требуют дополнительных усилий, расход электроэнергии значительно увеличивается. Возникает вопрос: можно ли сделать процесс более экономичным и технологически современным, не прибегая к дорогостоящей реконструкции оборудования?
Цифровое решение Пермского Политеха
Команда инженеров Пермского Политеха, в числе которых и Савелий Сальников, учёный кафедры микропроцессорных средств автоматизации, реализовала высокоточный алгоритм для оптимизации баланса станка-качалки. Их разработка основана на анализе цифровой модели работы оборудования, где текущие технологические параметры — положение узлов и показатели электродвигателя — учитываются для расчета оптимальной массы роторного противовеса.
Уникальность методики заключается в том, что она не требует никакой модернизации существующей системы. Алгоритм работает с уже имеющимися техническими данными и способен в реальном времени анализировать загруженность электропривода. После анализа система формирует рекомендации по корректировке веса противовеса, помогая оператору принимать правильные технические решения.
Проверка гипотезы и результаты испытаний
Для подтверждения эффективности метода учёные разработали комплексный испытательный стенд. Он имитирует реальные условия работы нефтяной скважины, включая двигатели и электронные системы управления процессом балансировки. С помощью этого стенда провели замеры, в ходе которых максимально допустимый момент противовеса уменьшили с 36 до 32,6 килоньютон-метров.
Затем последовали повторные измерения потребления энергии в полностью идентичных рабочих условиях — при таких же скоростях и нагрузках. Эксперимент продемонстрировал впечатляющие результаты: энергопотребление снизилось на 7,15%, а среднее значение нагрузки на электрический двигатель уменьшилось на 10,32% за цикл качания. Это не только снижает расходы на электроэнергию, но и увеличивает ресурс самого двигателя, делая эксплуатацию оборудования более надежной.
Экономический и экологический эффект
Практическое внедрение предложенного алгоритма в нефтяную отрасль сулит значительные преимущества. Более эффективное потребление электроэнергии ведет к снижению затрат на эксплуатацию нефтедобывающего оборудования, а также уменьшает энергетическую нагрузку на таких объектах, что помогает не только компаниям, но и экологии региона. Сохранение ресурса электродвигателя делает работу станков-качалок более долговечной и предсказуемой.
Особенно заметен эффект там, где освоение трудноизвлекаемых запасов нефти сопровождается повышенными затратами на электроэнергию. Здесь новые подходы Пермского Политеха могут стать ключом к существенному повышению эффективности и экономии.
Потенциал для дальнейшего развития
Разработанная учёными Пермского Политеха система уже продемонстрировала свою эффективность в лабораторных условиях. Оптимистичный прогноз специалистов — это внедрение подобных цифровых технологий на нефтедобывающих предприятиях по всей стране. Такой подход позволит не только снизить текущие затраты на электроэнергию, но и сделает отрасль более бережливой и экологически ориентированной.
Благодаря высоким компетенциям научной группы, поддержке Минобрнауки России и вкладу таких специалистов, как Савелий Сальников, отечественная нефтяная промышленность делает уверенный шаг к инновациям и устойчивому развитию.
