Проект выполнен после победы в конкурсе на получение стипендии президента РФ молодым ученым
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, сообщили в пресс-службе ЮУрГУ.
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 Усыниным. Суть доработки состояла в замене двух электрических двигателей с принципиально разными характеристиками на один, имеющим 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 планируется 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.