ПНИПУ: Система бездатчикового управления и наблюдения за параметрами работы насосов

Основная статья: АСУ ТП - типовая структура

2024: Анонс системы бездатчикового управления и наблюдения за параметрами работы насосов

22 января 2024 года ученые Пермского Политеха сообщили о разработке системы бездатчикового управления и наблюдения за параметрами работы насосов. По словам ученых ПНИПУ, ранее в мире такая технология не применялась, она повышает надежность и энергоэффективность добычи нефтепродуктов. Статья опубликована в журнале «IEEE Sensors», 2024 год. Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ.

Как сообщалось, на январь 2024 года большая доля нефти добывается с помощью установок электроцентробежных насосов. Во всем мире для их стабильной работы и управления в реальном времени используют телеметрические системы, которые измеряют все параметры процессов добычи (давление, температура, вибрации, работу оборудования). Это дорогостоящие комплексы и при повреждении хотя бы одного датчика измерения потребуются время на ремонт и большие финансовые затраты. Поэтому важно свести к минимуму использование измерительных приборов.

Добыча нефти погружными насосными установками на январь 2024 года наиболее распространенная технология. С их помощью добывается порядка 80% всей нефти в России. Электроцентробежный насос – это ключевой элемент установки, который поднимает жидкость из скважины на поверхность.Рынок ИТ-услуг в России: оценки, тренды, крупнейшие участники. Обзор и рейтинг TAdviser 298.7 т

На январь 2024 года единственный способ контролировать все важные показатели во время добычи – использовать системы телеметрии. Это целый технологический комплекс, который удаленно измеряет и собирает информацию для предоставления специалисту. Но многочисленные измерительные приборы в подземной агрессивной среде легко вывести из строя. Для их ремонта нужно поднимать все оборудование на поверхность и спускать обратно, что очень затратно и требует остановки всего процесса добычи. Во время сервисных работ скважина не эксплуатируется, что влечет финансовые потери.

Ученые ПНИПУ предлагают способ управления работой насоса под землей с использованием лишь двух датчиков измерения – тока и напряжения. Для этого разработали две системы: для наблюдения за дебитом нефти и для косвенной оценки параметров на основе цифровой модели электроцентробежного насоса. Их объединение – это основа бездатчикового управления всем технологическим процессом. Сама установка состоит из большого количества различных элементов – станции управления, трансформатора, кабельной линии, погружного электродвигателя и насосных труб. Напряжение от трансформатора по кабельной линии подается на обмотку двигателя, который раскручивается, активируя электроцентробежный насос. Он в свою очередь начинает перекачивать нефть из скважины.

Политехники построили на компьютере комплексную модель, которая включает в себя моделирование всего этого процесса. На ее основе разработали систему косвенного управления, используя сигма-точечный фильтр Калмана. Данный фильтр с помощью дифференциальных уравнений оценивает все интересующие параметры работы – токи, потокосцепление, сопротивление кабельной линии, нагрузочный момент и скорость вращения вала погружного электродвигателя.

ПНИПУ

С датчиков тока и напряжения значения поступают на вход программы, которая отфильтровывает их, благодаря чему мы получаем более качественный сигнал. Так мы наблюдаем все необходимые нам параметры. Сигма-точечный фильтр Калмана интегрирован в систему управления, что позволяет нам бездатчиково управлять погружным электродвигателем. На январь 2024 года мы полностью разработали программную часть системы управления, далее планируем проверять ее на реальных данных. рассказал Ростислав Юдин, инженер кафедры «Микропроцессорные средства автоматизации» Пермского Политеха

Целевой показатель для установки электроцентробежного насоса – это дебит нефти. Для его контроля политехники разработали систему наблюдения на основе модели машинного обучения. Она предсказывает текущий дебит по скорости вращения вала двигателя, нагрузочному моменту вала и плотности нефти. Система наблюдения в совокупности с косвенной оценкой параметров осуществляют бездатчиковое управление всей насосной установкой.