Пермские ученые разработали технологию для стабильной работы насосов в нефтедобыче

Исследование проводилось в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

Ученые из Пермского Политеха разработали эффективный метод снижения неравномерной подачи жидкости, который обеспечит надежную работу поршневых насосов и минимизирует время простоя нефтегазового оборудования.
Об этом сообщила пресс-служба вуза.

В нефтедобыче для извлечения углеводородов из скважин и поддержки пластового давления активно применяются специальные насосы. Работу этих насосов обеспечивает поршень, который движением вперед и назад перекачивает нефть или воду. На одной скважине часто требуется установка нескольких насосов для увеличения объемов перекачиваемой жидкости. Однако разная скорость работы поршней может вызвать неравномерность в подаче жидкости, что приводит к пульсациям и колебаниям давления. Эти проблемы могут спровоцировать аварии, затрагивающие трубопровод и другое оборудование.

Ученые из Пермского Политеха разработали эффективный метод снижения неравномерной подачи жидкости, который обеспечит надежную работу поршневых насосов и минимизирует время простоя нефтегазового оборудования. На изобретение был выдан патент (№2833229), а исследование проводилось в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

Для повышения нефтеотдачи на месторождениях были разработаны различные процедуры, например, гидроразрыв пласта, во время которого в пласт закачивается жидкость для создания дополнительных трещин в горных породах. Эффективно реализовать эту технологию возможно с помощью нескольких поршневых насосов, работающих одновременно, которые должны обеспечить высокое давление и большие объемы жидкости. При этом обычно задействуется от четырех до двенадцати насосов, а в ряде случаев их число может быть еще больше. Это особенно актуально для горизонтальных скважин, которые становятся все более популярными, так как такие скважины имеют большую протяженность и требуют значительных усилий для прокачки жидкости через все свое тело.

Одной из особенностей работы поршневого насоса является неравномерность подачи жидкости. Вследствие разной скорости поршней возникают колебания давления и пульсации, что негативно сказывается на процессе закачки и может привести к авариям, снижающим эксплуатационные характеристики и надежность оборудования. Существующие решения позволяют использовать только два насоса одновременно, что не всегда эффективно, или требуют установки дополнительных устройств, усложняющих конструкцию насоса, увеличивающих его размеры и стоимость.

Специалисты Пермского Политеха разработали уникальную технологию, обеспечивающую равномерную работу группы из двух и более поршневых насосов. Основная идея заключается в предварительном расчете момента времени, когда в положении вращающихся валов происходит сдвиг. Этот сдвиг рассчитывается заранее и также регулируется специальным блоком управления. Вал является ключевым элементом конструкции поршневого насоса, который передает вращение другим элементам.

В рамках исследования ученые рассматривали группу из трех поршневых насосов, отметив, что в принципе их количество может быть любым. «Технология предполагает, что каждый насос имеет свой приводной электродвигатель. Валы внутри насосов соединены с валами электродвигателей. Основная идея разработки заключается в дополнительной установке датчиков, которые измеряют положение и скорость вращения валов. Об информации, полученной от датчиков, сообщает блок управления, который поддерживает изначально заданный сдвиг фаз валов. Если рабочий процесс насосов нарушается, блок управления распознает это по данным датчиков и в кратчайшие сроки регулирует скорости вращения, адаптируя их до достижения необходимого сдвига фаз», - объясняет В. Картавцев, ассистент и инженер кафедры горной электромеханики ПНИПУ.

«Преимущества нашей технологии заключаются в быстром и эффективном снижении неравномерности подачи перекачиваемой жидкости при работе группы насосов. В случае временного исключения одного из насосов, например, из-за неисправности электродвигателя, наш метод обеспечивает стабильную работу оставшихся насосов», - добавил А. Муравский, доцент кафедры горной электромеханики ПНИПУ, кандидат технических наук.
Разработанная технология позволяет круглосуточно регулировать и поддерживать низкую неравномерность подачи жидкости несколькими поршневыми насосами в нефтегазовой отрасли.