В нефтедобывающей отрасли Поволжья актуальна проблема выхода из строя погружных электродвигателей, которые извлекают полезное ископаемое из скважин. Дело не в износе деталей, а в электрическом резонансе. Несмотря на механическую исправность, оборудование выходит из строя за считанные недели, что приводит к значительным экономическим потерям и снижению эффективности добычи нефти. Решили эту проблему самарские и тольяттинские ученые. Они нашли способ для продления срока работы насосов и предотвращения аварий. Подробности – в материале «КП-Самара».
Причина проблемы и решение
Электрический резонанс возникает при работе преобразователя частоты – устройства, управляющего скоростью насоса. Оно разрушает изоляцию кабеля, а потом и обмоток двигателя. В результате возникают пробой, короткое замыкание, и скважина встает, а компания несет миллионные убытки.
Ученые из Самары и Тольятти выявили точные причины возникновения опасного резонанса. По их словам, преобразователь частоты порождает высшие частоты (гармоники), наложенные на основной ток, которые в связке с длинным кабелем (до 5 км) и трансформатором вызывают эффект «электрических качелей».
«Напряжение начинает раскачиваться и в пике достигает 15 киловольт при норме в 2-3 киловольта. Это равнозначно тому, что в домашней розетке вместо 220 вольт вдруг возникает больше тысячи. Изоляция не выдерживает, двигатель сгорает. Наш способ позволяет предсказать момент появления такого резонанса и настроить систему так, чтобы он не возникал вообще», – объяснил один из авторов исследования, доцент ТГУ Владимир Романов.
Разработчики предложили конкретные настройки оборудования, которые позволяют в три раза снизить резонансные скачки напряжения в погружных насосах и на 40-50% увеличить межремонтный период нефтяных скважин.
Успешные эксперименты
Методика объединяет компьютерное моделирование и натурные измерения на реальных скважинах. Специалисты протестировали ее на добывающих скважинах в Татарстане, Башкортостане, Самарской и Саратовской областях. Они измерили частотные характеристики систем, проанализировали, как меняется напряжение при разных настройках, и определили оптимальные параметры.
Основную роль в предложенном способе играет фильтр нагрузки – устройство, которое подавляет вредные гармоники. Эксперименты показали, что при правильно подобранной емкости 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 согласование всех элементов системы друг с другом.
«Раньше оборудование на скважине подбирали по шаблону, что не учитывало конкретную длину кабелей и характеристики трансформаторов. Теперь же у инженеров есть точная инструкция. Мы создали математическую модель, которая предсказывает поведение системы с погрешностью не более 18%. Это позволяет еще на этапе проектирования выбрать такие настройки, при которых гармонический резонанс просто невозможен», – рассказал Романов.
Важность разработки
По оценкам ученых, внедрение методики снизит количество аварийных отказов на 40-50%. Ожидается, что скважины будут реже останавливаться на ремонт и приносить больше нефти. Проверки разработки провели на 1200 единицах оборудования с 2020 по 2024 год. Достоверность результатов, подтвержденная статистическим анализом, достигла 95%.
В вузе Тольятти отметили, что для Поволжского нефтедобывающего региона новый способ особенно важен, так как скважины тут отличаются большой глубиной (до 3000 метров), высокой температурой пластов (до 150–200 градусов) и агрессивными средами (сероводород, соли, механические примеси).
Именно из-за этих особенностей традиционные подходы к эксплуатации могут часто давать сбои. Предложенный метод позволит повысить надежность оборудования без его замены на более дорогое. Результаты работы были представлены на международной научно-технической конференции «Пром-Инжиниринг–2026».
«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», – подчеркнул Владимир Романов.
Комсомолка на MAXималках - читайте наши новости раньше других в канале @truekpru