Effect of sucker-rod pumping unit walking beam oscillation frequency on asynchronous electric drive

Abstract

The process of oil extraction requires continuous monitoring of oil wells operation. To improve the efficiency of oil wells, it is necessary to set the optimal mode of oil pumping unit operation in which the rate of liquid pumping corresponds to that of its inflow. Many oil wells are strippers and therefore are operated intermittently. Application of automated control systems requires not only reliable data on the oilextraction equipment status, but also determination of restrictions which arise from the conditions of error-free performance of the electric drive system. This can only be done on the basis of mathematical modelling. The method and algorithm developed to compute operating modes of sucker-rod pumping units (SRPU) allow the walking beam oscillation frequency to be determined depending on the oil formation flow rate, as well as the restrictions regarding the range of its regulation defined by torque and heat overload of the motor. The computation algorithm is underlain by the fine mathematical models of the asynchronous motor (AM) and sucker rod pump, and the method of computation of periodic dependencies of the unit operating mode coordinates by solving a boundary-value problem. Процес нафтовидобутку нафти потребує постійного моніторингу роботи обладнання свердловин. Для підвищення ефективності роботи нафтових свердловин необхідно встановити оптимальний режим роботи нафтовидобувної установки, за якого відбір рідини відповідає її притоку. Значна кількість свердловин мають невеликий дебіт, а тому працюють у режимі періодичної експлуатації. Для застосування автоматизованих систем керування необхідно мати достовірну інформацію не тільки про стан нафтовидобувного обладнання, але й визначати обмеження, які витікають з умов надійної роботи системи електроприводу. Це можливо здійснити лише на основі математичного моделювання. Розроблений метод і алгоритм розрахунку режимів роботи штангових глибиннопомпомпових нафтовидобувних установок дає змогу визначати частоту гойдань балансира залежно від зміни дебіту пласта, а також обмеження щодо меж її регулювання, які визначаються перевантаженням двигуна за моментом та нагріванням. В основу алгоритму розрахунку покладено математичні моделі асинхронного двигуна і верстата-гойдалки високого рівня адекватності і метод розрахунку періодичних залежностей координат режиму роботи установки на основі розв’язування крайової задачі.