Регистрация / Вход
Прислать материал

Создание экономичного верхнего электропривода для мобильных буровых установок

Докладчик: Ащеулов Александр Витальевич

Должность: руководитель проекта, профессор, д.т.н.

Цель проекта:
1. Габаритно-массовые характеристики существующих электрических машин не позволяют создать компактный верхний привод достаточной мощности для использования в составе мобильных буровых установок. Применение гидравлических двигателей сопряжено с потерями на преобразование и передачу энергии, а также с экологическими проблемами. На российский рынок стали поступать иностранные системы с компактными электродвигателями, которые пользуются спросом. Создание отечественных систем верхнего привода сдерживается отсутствием в России промышленного производства вентильных электродвигателей мощностью до 300 кВт. Системы верхнего привода (СВП) являются самыми востребованными устройствами для мобильных буровых установок [1, 5]. Имеются аналоги систем верхнего электропривода построенные на основе промышленных асинхронных двигателей и их конструкции имеют большие габаритные размеры и массу. Один из таких аналогов СВЭГ был создан в 2013 году Индустриальным партнером проекта – ЗАО «ПромТехИнвест». В рамках проекта предполагается всестороннее исследование работы этого привода в эксплуатации. Но уже на сегодняшний день имеется статистика и можно утверждать, что с традиционными электродвигателями конструкции систем верхнего привода буровых установок не оптимальны. Аналоги систем верхнего привода с вентильными электродвигателями не выявлены. Поэтому проект является актуальным. 2. Цель проекта - Разработка конструкторских решений для создания экономичного верхнего электропривода для мобильных буровых установок.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Научные и научно-технические результаты
1.1 Промежуточные и заключительный отчеты, отражающие результаты работ, требования по которым установлены в разделах ТЗ, содержащие в том числе:
а) Результаты технико-экономического сравнительного анализа проектных параметров и состава оборудования ВСП с зарубежными прототипами.
б) Результаты исследований и обработки данных мониторинга параметров и режимов работы систем верхнего привода.
в) Математическая модель нагрузок на верхний электропривод для мобильных буровых установок.
г) Результаты моделирования приводов по критерию минимального коэффициента динамичности.
д) Рекомендации по реализации систем верхнего привода к мобильным буровым установкам.
е) Результаты расчетов вентильного электродвигателя.
ж) Рекомендации по реализации новых систем верхнего привода к мобильным буровым установкам.
з) Рекомендации по реализации новых систем верхнего электропривода для мобильных буровых установок.
и) Аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ, в том числе обзор научных информационных источников: статьи в ведущих зарубежных и российских научных журналах, монографии и - не менее 100 научно-информационных источников за период 1960 - 2013 гг.
к) Обоснование возможных направлений теоретических и экспериментальных исследований на основе анализа состояния исследуемой проблемы, в том числе результатов патентных исследований, и сравнительной оценки вариантов возможных решений с учетом результатов прогнозных исследований, проводившихся по темам: «Современные электроприводы» и «Современные системы верхнего привода».
1.2 Эскизная конструкторская документация для изготовления экспериментального образца электродвигателя.
1.3 Эскизная конструкторская документация для изготовления экспериментального образца верхнего электропривода для мобильных буровых установок.
1.4 Методика выполнения расчетов вентильного электродвигателя.
1.5 Экспериментальный образец верхнего электропривода для мобильных буровых установок.
1.6 Эскизная конструкторская документация на стенд для исследовательских испытаний верхнего электропривода для мобильных буровых установок.
1.7 Стенд для исследовательских испытаний верхнего электропривода для мобильных буровых установок.
1.8 Эскизная конструкторская документация на стенд для исследовательских испытаний верхнего электропривода для мобильных буровых установок в составе системы верхнего привода.
1.9 Стенд для исследовательских испытаний верхнего электропривода для мобильных буровых установок в составе системы верхнего привода.
1.10 Предложения по реализации (коммерциализации) результатов ПНИ.
1.11 Технико-экономическое обоснование результатов ПНИ.
1.12 Проект технического задания на выполнение ОКР по теме: «Разработка опытного образца верхнего электропривода для мобильных буровых установок».
2. Разрабатываемый верхний электропривод для мобильных буровых установок по сравнению с существующими электроприводами систем верхнего привода буровых установок должен обеспечить:
- снижение металлоемкости на 30%;
- снижение габаритных размеров на 30%;
- рекуперативное торможение;
- снижение температуры системы охлаждения на 20%;
- снижение размеров и массы шкафов управления на 20%.
3. Новизна ожидается в:
- методиках обработки данных систем мониторинга;
- математических моделях нагрузок полученных на основе обработки данных систем мониторинга действующих буровых установок;
- конструкции вентильного электродвигателя на постоянных магнитах и методиках его расчета;
- математической модели СВП в составе буровой установки.
4. В ходе работ ставится задача достижения результатов не ниже чем у мирового лидера в данной области, производителя СВП - компании Varco.
5. Применение инновационных решений в области вентильных электродвигателей. Создание научных основ и методик проектирования систем верхнего привода. Исследования основываются на экспериментальных данных систем мониторинга, тщательных патентных исследованиях. Предполагается создание и испытание экспериментально образца СВП совместно с Индустриальным партнером.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Области применения: электрические приводы различного назначения, в том числе для грузоподъёмного оборудования и буровых установок разведочного и эксплуатационного бурения, агрегатов для капитального ремонта скважин.
2. Возможные потребители ожидаемых результатов: возможными потребителями создаваемой продукции предполагаются буровые компании: ООО
«КАТОБЬНЕФТЬ» (рекомендательное письмо прилагается) и ОАО «Сургутнефтегаз», которые являются заказчиками Индустриального партнера проекта ЗАО «ПромТехИнвест» - производителя систем верхнего привода.
С развитием производства вентильных электродвигателей они могут найти широкое применение в различных приводах буровых установок и другой машиностроительной продукции.
3. Результаты работы окажут существенное влияние на развитие отечественных конструкций механизмов мобильных и стационарных.буровых установок.

Текущие результаты проекта:
С целью выявления тенденций развития отечественных систем верхнего привода и выявления научных школ и их завершенных работ в этом направлении, проводится аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ. Обработано более 100 научно-информационных источников за период 1960 - 2013 гг.
Проводятся патентные исследования по темам: «Конструкции электродвигателей с постоянными магнитами» и патентное исследование по теме: «Тенденции развития силового привода буровых машин». Что позволит выявить современные технические решения по конструкциям приводов роторов буровых машин, в том числе вентильных двигателей мощностью до 300 кВт.
Проводятся теоретические исследования на основе анализа состояния исследуемой проблемы, в том числе результатов патентных исследований, и сравнительной оценки вариантов возможных решений с учетом результатов прогнозных исследований, проводившихся по темам: «Современные электроприводы» и «Современные системы верхнего привода». Проведена сравнительная оценка различных вариантов конструкций (5 шт.), которые характеризуются 2 потоками энергии, 1 потоком энергии, различными исполнениями редуктора и тормоза. Что позволит определить оптимальный вариант исполнения верхнего электропривода, который будет, на следующих этапах, разрабатываться и по которому будет изготовление и испытания экспериментального образца.
Для исследования и сбора данных мониторинга параметров и режимов работ систем верхнего привода в составе буровых установок, произведен выезд сотрудников на месторождения в г. Сургут, куст 636 на территории ОАО «Сургутнефтегаз». Изучен порядок проведения буровых работ. Произведён сбор данных с двух мобильных буровых установок. Что позволит создать адекватную математическую модель нагрузок на создаваемый электропривод.
Начаты работы по разработке математической модели нагрузок на исследуемый привод. Что позволит провести теоретические расчеты нагрузочных режимов работы привода и на экспериментальном этапе работы задавать эти нагрузки на стенде при испытаниях электропривода.
Выполнен системный обзор по теории динамического анализа. Что позволит разработать математическую модель нагрузок с учетом физических параметров конструкции привода и разрабатываемого грунта при бурении.
Составлен список из более 20-ти различных мобильных буровых установок с указанием их технических характеристик. Что позволит системно подойти к вопросу сбора технических характеристик мобильных буровых машин, определить верхнюю границу грузоподъемности систем верхнего привода и дать рекомендации индустриальному партнеру по проведению маркетинговых исследований.
Принято участие в нескольких выставках по нефтяной отрасли, в том числе международной. Проведено совещание с добывающей и нефтеперерабатывающей компанией ОАО «Сургутнефтегаз», по теме: «Применение электрических приводов и их востребованных характеристик». Что позволило получить коммерческую информацию по продаваемым сегодня на рынке системам верхнего привода и выявить конкурентные преимущества разрабатываемого электропривода, а так же позволит в дальнейшем выявить наиболее важные выставки и форумы, в которых участвуют ведущие производители систем верхнего привода буровых установок.
Определены основные мировые производители, их номенклатуры, начаты работы по составлению технических характеристик СВП. Произведен сбор данных по информации о состоянии технического уровня и развития энергоемких СВП. Что позволит определить доли Российского рынка продаж систем верхнего привода.
Совершен выезд сотрудников на несколько месторождений, для сбора и мониторинга параметров и режимов работы систем верхнего привода в составе буровых установок на месторождениях. Что позволит обеспечить научных сотрудников СПбПУ исходными данными по процессам и технологиям бурения для разработки математических моделей электропривода и его режимов работы.