 |
Продлить жизнь нефтяным насосам и предотвратить аварии
Учёные Самарской области нашли способ продлить срок работы дорогостоящего оборудования на глубинных скважинах. Разработанный ими метод позволяет в три раза снизить резонансные скачки напряжения в погружных насосах и на 40–50% увеличить межремонтный период нефтяных скважин.
Погружные электродвигатели (ПЭД) – основной элемент погружных электроустановок, которые широко применяются для извлечения нефти из скважин. Но нефтедобывающая отрасль Поволжья сталкивается с парадоксальной проблемой: несмотря на механическую исправность ПЭД выходят из строя за считаные недели, что приводит к значительным экономическим потерям и снижению эффективности добычи. Виноват в этом не износ деталей, а электрический резонанс. Это явление возникает при работе преобразователя частоты – устройства, управляющего скоростью насоса. Оно разрушает изоляцию кабеля, а затем и обмоток двигателя. Как результат – пробой, короткое замыкание, и скважина встаёт, а компания несёт миллионные убытки.
Проблему решили учёные Самарского государственного технического университета и Тольяттинского госуниверситета. Они не только выявили точные причины возникновения опасного резонанса, но и предложили конкретные настройки оборудования, которые позволяют его полностью погасить.
– Мы выяснили, что преобразователь частоты неизбежно порождает паразитные гармоники – высшие частоты, наложенные на основной ток. В связке с длинным кабелем (до 5 километров) и трансформатором эти гармоники вызывают эффект «электрических качелей»: напряжение начинает раскачиваться и в пике достигает 15 киловольт при норме в 2–3 киловольта, – поясняет один из авторов исследования, доцент кафедры «Электроснабжение и электротехника» института машиностроения, химии и энергетики ТГУ Владимир Романов. – Это равнозначно тому, что в вашей домашней розетке вместо 220 вольт вдруг возникает больше тысячи. Изоляция не выдерживает, двигатель сгорает. Наша разработка позволяет предсказать момент появления такого резонанса и настроить систему так, чтобы он не возникал вообще.
Методика, предложенная учёными, объединяет компьютерное моделирование и натурные измерения на реальных скважинах. Специалисты протестировали её на действующем фонде добывающих скважин в Татарстане, Башкортостане, Самарской и Саратовской областях. Они измерили частотные характеристики систем, проанализировали, как меняется напряжение при разных настройках преобразователя и трансформатора, и определили оптимальные параметры.
Ведущую роль играет фильтр нагрузки – устройство, которое подавляет вредные гармоники. Эксперименты показали, что при правильно подобранной ёмкости конденсаторов и верно выбранной несущей частоте преобразователя амплитуда опасных скачков напряжения падает в три раза – с 15 до 5 киловольт. При этом важно не просто наличие фильтра, а именно согласование всех элементов системы друг с другом, и авторы это доказали.
– Если раньше оборудование на скважине подбирали по шаблону, не учитывая конкретную длину кабелей и характеристики трансформаторов, то теперь у инженеров есть точная инструкция, – подчёркивает Владимир Романов. – Мы создали математическую модель, которая предсказывает поведение системы с погрешностью не более 18%. Это позволяет ещё на этапе проектирования выбрать такие настройки, при которых гармонический резонанс просто невозможен. По нашим оценкам, внедрение методики снизит количество аварийных отказов на 40–50%, а значит, скважины будут реже останавливаться на ремонт и приносить больше нефти.
Разработка уже прошла проверку на реальном оборудовании. Для этого использовалась измерительная аппаратура высокого класса: осциллографы-мультиметры, анализаторы качества электроэнергии и резонансные анализаторы. Общая выборка составила 1200 единиц оборудования за период наблюдения с 2020 по 2024 годы. Достоверность результатов, подтверждённая статистическим анализом, достигает 95%.
Для Поволжского нефтедобывающего региона эта разработка особенно важна – скважины здесь отличаются большой глубиной (до 3000 метров), высокой температурой пластов (до 150–200 градусов) и агрессивными средами (сероводород, соли, механические примеси), поэтому традиционные подходы к эксплуатации чаще всего дают сбои. Предложенный учёными метод позволит существенно повысить надёжность оборудования без его замены на более дорогое.
– Наша работа – это не фундаментальное открытие в физике, а прикладное инженерное исследование, которое закрывает конкретную проблему отрасли, – подводит итог Владимир Романов. – Мы предлагаем нефтяникам не набор общих рекомендаций, а проверенные на реальных скважинах цифры и настройки. Это можно применять хоть сейчас на любом промысле. А результат – не только сэкономленные миллионы, но и стабильная добыча без простоев.
Результат своей работы исследователи представили на международной научно-технической конференции «Пром-Инжиниринг–2026», а статья об этом исследовании опубликована в сборнике материалов конференции.
*Гармонический резонанс – явление резкого возрастания амплитуды колебаний напряжения в электрической цепи, когда частота внешнего воздействия (паразитных гармоник от преобразователя) совпадает с собственной частотой системы «кабель – трансформатор – двигатель». Приводит к пробою изоляции и выходу оборудования из строя.
Контактное лицо: Ольга Колпашникова (написать письмо автору)
Компания: ТГУ (все новости этой организации)
Добавлен: 15:59, 02.06.2026
Количество просмотров: 170
Страна: Россия
| Улучшает иммунитет, пищеварение и защищает от инсульта: ученый Пермского Политеха назвал 7 причин разрешать себе лениться, ПНИПУ, 22:13, 14.07.2026, Россия |
180 |
| 15 июля отмечается День русской лени. Ученый ПНИПУ рассказал, как она помогает очищать мозг от токсинов, восстанавливать оболочку нервов, повышать иммунитет, улучшать пищеварение, предотвращает образование тромбов, увеличивает фазу медленного сна и поднимает мотивацию, а также чем здоровая лень отличается от вредной. |
|
| Ученый Пермского Политеха объяснил, почему мы испытываем симптомы акклиматизации, даже не покидая родной город, ПНИПУ, 21:26, 14.07.2026, Россия |
29 |
| Резкие перепады температуры могут вызывать у человека симптомы, сходные с теми, что возникают при смене климатической зоны. Ученый ПНИПУ рассказал, что происходит с организмом при температурных контрастах, какие привычные средства самопомощи только вредят и почему самочувствие может ухудшиться уже после нормализации. |
|
| Ученый Пермского Политеха рассказал о скрытой угрозе популярных отбеливающих полосок для зубов, ПНИПУ, 16:59, 12.07.2026, Россия |
25 |
| В сети набирает популярность тренд – молодежь массово клеит осветляющие полоски, чтобы получить белоснежную улыбку. Ученый Пермского Политеха объясняет, почему активные компоненты этих средств действуют как «кислотный дождь» для зубов, как малейшее отклонение от инструкции провоцирует воспаление десен, и почему развившаяся гиперчувствительность – это лишь вершина айсберга серьезных стоматологических проблем. |
|
|
|
