Научными сотрудниками ЮУрГУ в рамках победы в конкурсе на получение стипендии Президента Российской Федерации молодым ученым и аспирантам были зарегистрированы программы математического моделирования для буровых установок. Цифровое моделирование поможет оценить плюсы и минусы модернизации буровых установок, поспособствует поиску решения для безопасного и менее дорогостоящего аварийного отключения электропривода системы верхнего привода установки.
На данный момент в нефтегазовой отрасли в системах верхнего привода буровых установок используется электропривод с двумя электрическими двигателями. Его модернизацию предложили ученые ЮУрГУ в 2019 году во главе с профессором Юрием Семеновичем Усыниным. Суть доработки состояла в замене двух электрических двигателей с принципиально разными характеристиками на один, имеющий планетарный редуктор с переменным передаточным числом. Для того чтобы оценить возможности реализации усовершенствованного устройства, учеными Политехнического института ЮУрГУ была разработана программа, производящая необходимые математические вычисления.
«Программа позволяет понять, какие нагрузки испытывает электропривод и выдержит ли их новое строение конструкции или требуется доработка. Благодаря математическому моделированию мы можем на первых этапах определить, будет ли работать предложенный электромеханический комплекс. Так можно сэкономить ресурсы и время, не изготавливая несколько прототипов электроприводов верхнего привода буровой установки», – поясняет Никита Савостеенко, руководитель проекта, старший преподаватель кафедры «Электропривод, мехатроника и электромеханика».
Модернизация буровых установок необходима по нескольким причинам: уменьшение массо-габаритных параметров, сокращение вероятности поломки в 2 раза – повышение надежности, уменьшение затрат на обслуживание и транспортировку установки, сокращение себестоимости конструкции на 20%.
Никита Савостеенко отмечает, что при математическом моделировании нового дифференциального электропривода особенно важно рассчитать и проанализировать переходные процессы электропривода. Переходный процесс – один из тяжелейших режимов работы устройства, так как в этот момент электропривод испытывает наибольшие динамические, механические и электрические нагрузки.
Другая программа, зарегистрированная молодыми учеными ЮУрГУ, моделирует аварийное отключение верхнего привода буровой установки на базе работы двух электрических двигателей. По условиям технологического процесса двигатели имеют разные функциональные задачи и отличаются друг от друга строением. Аварийная остановка одного из двигателей влечет за собой нехарактерный режим эксплуатации другого. Задача ученых – понять, сможет ли один работающий двигатель довести работу буровой колонны до безопасного режима – её остановки с наименьшими финансовыми потерями.
«Один из двигателей предназначен для бурения, другой – для навинчивания друг на друга элементов буровой колонны и поднятия ее на поверхность из среды бурения. Так, первый двигатель имеет большой крутящий момент, а второй – высокую скорость работы. Программа нужна для оценки возможности аварийного отключения привода буровой установки», – рассказывает преподаватель кафедры «Электропривод, мехатроника и электромеханика» Дмитрий Хрюкин.
В программе моделируются различные варианты системы управления и рабочие характеристики буровой установки. Моделирование помогает понять, как нужно действовать в критической ситуации, чтобы уменьшить финансовые потери предприятия и обеспечить безаварийность работы буровых установок.
Электрический двигатель с его системой управления моделируется совместно для получения данных, наиболее приближенных к реальным. Математическое моделирование осуществляется в программном обеспечении Ansys. Для расчетов в программе используется метод конечных элементов, обеспечивающий минимальную погрешность.
Кроме этого ученые используют возможности Лаборатории суперкомпьютерного моделирования ЮУрГУ – суперкомпьютера «Торнадо». Технологическим партнером ЮУрГУ в рамках данного проекта является научно-технический центр «Приводная техника». Разработанные программы могут быть внедрены компаниями, производящими буровые установки.
Полученные результаты проекта опубликованы в журналах «Вестник ЮУрГУ. Серия "Энергетика"». На следующем этапе работы планируются выступление на Международной конференции «Автоматизированный электропривод» и публикация статей в зарубежном высокорейтинговом журнале «Machines», входящем в наукометрическую базу Scopus.
Исследование по совершенствованию качества работы и производства буровых установок относится к стратегическому проекту «Интеллектуальное производство» по программе «Приоритет 2030». Он направлен на внедрение систем управления состоянием технологических процессов, изделий и оборудования, основанных на алгоритмах и методах искусственного интеллекта.
Автор фото: Екатерина Порошина
Источник информации и фото: ЮУрГУ
