В нефтедобыче электроэнергия — одна из самых дорогих статей расходов. На нее может приходиться до 50% себестоимости, и значительная часть этой энергии тратится впустую, потому что условия в скважине постоянно меняются, а насосы часто продолжают работать в заданном режиме, не подстраиваясь под реальное состояние пласта.
Ученые Пермского Политеха предложили цифровую систему управления, которая позволяет снизить энергопотребление без потери объемов добычи. Работа опубликована в журнале «Электротехника».
Основные энергозатраты в нефтедобыче связаны с подъемом жидкости, транспортировкой сырья и поддержанием пластового давления. В сумме это более половины всего энергопотребления месторождения. При этом до 20−25% электроэнергии расходуется неэффективно — из-за неоптимальных режимов насосов, высокого сопротивления в трубах и устаревших методов управления.
Ключевым элементом здесь остается электроприводной центробежный насос в каждой скважине. Его энергопотребление зависит сразу от нескольких параметров, которые меняются почти непрерывно, — дебита, уровня и плотности жидкости, давления и частоты питания. Традиционные системы управления опираются на усредненные настройки и не учитывают эту динамику. Более сложные решения требуют плотной сети датчиков, что резко повышает стоимость внедрения и эксплуатации.
В Пермском Политехе начали с создания математической модели скважины и насоса, которая учитывает реальные гидродинамические процессы и параметры оборудования. Ее проверили на данных действующего месторождения. Расчеты совпали с показаниями промышленных электросчетчиков с точностью 97,2%. Это позволило смоделировать тысячи вариантов работы скважины и использовать их для обучения нейросети.
Нейросеть научили быстро прогнозировать, как выбранный режим повлияет на добычу и расход электроэнергии. Для расчета достаточно задать четыре параметра, после чего алгоритм уточняет прогноз, сверяя его с математической моделью. На этой основе разработали два цифровых регулятора, которые можно встроить в существующие системы управления насосами. Один оптимизирует непрерывную добычу, второй — периодическую, рассчитывая, как выполнить суточный план с минимальными затратами энергии.
Испытания на цифровой копии скважины показали, что в средних и тяжелых условиях периодический регулятор снижает энергопотребление в среднем на 5,5 кВт по сравнению с традиционным режимом. Усредненный эффект составил 1,7 кВт на одну скважину. В масштабах месторождения это дает экономию до 10−12% электроэнергии и снижает нагрузку на энергосистему. Следующий этап — управление уже не отдельными скважинами, а целыми кустами и переход к промышленному внедрению.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что в Самаре разработали оборудование для упрощения бурения нефтескважин.
