XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Теоретические аспекты установки манипулятора на буровой вышке
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Современная нефтяная промышленность предъявляет высокие требования к безопасности, эффективности и автоматизации процессов. Автоматизация является неотъемлемой частью развития современной нефтяной промышленности. Она позволяет существенно улучшить эффективность, безопасность и надежность работы буровых вышек. Все большую роль при этом играет внедрение современных технологий и систем автоматизации процессов.
Цель данной работы заключается в рассмотрении различных видов манипуляторов и выборе наиболее подходящего для работы наверху на буровой вышке.
Для достижения поставленной цели перед нами стоят следующие задачи:
1. Изучить основные типы манипуляторов, их принципы работы и технические характеристики.
2. Изучить особенности работы на нефтяной буровой вышке и требования, предъявляемые к манипуляторам в данной сфере.
3. Определить функциональные и технические требования, необходимые для успешного использования манипулятора на буровой вышке.
4. Определить наиболее подходящий тип манипулятора для работы на высоте на нефтяной буровой вышке, исходя из специфики задач и требований.
Анализ и решение поставленных задач помогут определить оптимальное оборудование для работы на высоте на нефтяной буровой вышке, учитывая не только функциональные и технические аспекты, но и требования к безопасности и эффективности процессов.
Глава 1. Общая характеристика нефтяных буровых вышек
1.1 Определение и назначение нефтяных буровых вышек
Нефть и газ в современном мире являются основным источником энергии, а также незаменимым сырьем для продуктов химической промышленности. Конечно, кроме нефти и газа на Земле есть множество других веществ, но никакой из них не может сравниться по объему добычи с этими углеводородами.
Однако, чтобы добыть их, нужно приложить огромное количество усилий. Ведь в настоящее время нефть не лежит прямо на поверхности, а добывать газ еще сложнее.
Буровые вышки и скважины являются неотъемлемой частью газонефтедобычи. Именно о них пойдет речь в данной работе. Ведь знать их устройство, и совершенствуя их можно значительно повысить эффективность добычи( рисунок 1.1.1, Приложения).
Для начала рассмотрим, что же является буровой вышкой и что она из себя представляет.
Буровая вышка - сооружение, являющееся частью буровой установки, часть бурового оборудования.
Буровая установка или буровая - комплекс бурового оборудования и сооружений, предназначенных для бурения скважин. Состав узлов буровой установки, их конструкция определяется назначением скважины, условиями и способом бурения.
1.2 Основные типы вышек и их особенности
Буровая вышка предназначается для подвешивания с помощью талевой системы бурильного инструмента во время бурения скважин, обсадных труб при креплении скважины, размещения вспомогательного инструмента для свинчивания и развинчивания труб, а также для размещения бурильных труб во время спуско-подъемных операций( рисунок 1.2.1, Приложения).
1. проведения спуско-подъемных операций (СПО);
2. поддержания бурильной колонны на талевой системе при бурении с разгрузкой;
3. размещения комплекта бурильных труб и утяжеленных бурильных труб (УБТ), извлеченных из скважины;
4. размещения талевой системы;
5. размещения средств механизации СПО, в частности механизмов АСП (может не устанавливаться), платформы верхнего рабочего, устройства экстренной эвакуации верхнего рабочего, вспомогательного оборудования;
6. размещения системы верхнего привода (может не устанавливаться).
Буровая вышка оборудуется маршевыми лестницами, площадкой для обслуживания кронблока и платформой верхового рабочего, которая предназначена для установки бурильных свечей и обеспечивает безопасность при спускоподъёмных операциях.
Классификация буровых вышек:
По назначению:
Для мобильных буровых установок, для морских буровых установок, для устройств капитального ремонта скважин, для кустовых и стационарных буровых установок.
По конструкции
Башенные и мачтовые.
Мачтовые вышки бывают A и П-образными, с открытой гранью и 4х-опорные.
Обычно буровые установки легкого и среднего классов комплектуются буровыми вышками мачтового типа, а в установках тяжелого класса применяют вышки мачтового и башенного типов.
Так же буровые вышки подразделяются на башенные и А-образные. А-образные получили наибольшую популярность и распространение, их особенность - две опоры, которые удерживают всю конструкцию в вертикальном положении.
Буровые вышки башенного типа применяются при бурении на море и при глубинном бурении.
Мачтовые вышки подразделяются на двухмачтовые (А-образные) и одномачтовые (с открытой передней гранью). Обе конструкции изготовляют из цельносварных габаритных секций трехгранного или прямоугольного сечения, соединяемых между собой быстроразъемными или фланцевыми соединениями. Преимущества их состоят в быстрой сборке вышки, хорошей просматриваемости, пониженной металлоемкости по сравнению с башенными буровыми вышками и возможности более удобного и легкого расположения механизмов СПО.
Глава 2. Роль манипуляторов на нефтяной буровой вышке
2.1 Определение и функции манипуляторов
Манипуляторы играют важную роль в работе на нефтяной буровой вышке. Они представляют собой специальные устройства, предназначенные для подъема, перемещения и установки грузов на высоте. Взаимодействие с грузами и оборудованием на буровой вышке является критическим фактором для успешного выполнения операций по бурению скважин(рисунок 2.1.1, Приложения).
Основная функция манипуляторов – обеспечение безопасной и эффективной работы на высоте. Они позволяют операторам вышки поднимать и перемещать тяжелые грузы, которые могут включать бурильные трубы, насосы, инструменты и другое оборудование, необходимое для бурения и обслуживания скважин.
Одно из основных преимуществ манипуляторов – это их способность автоматизировать процессы подъема и перемещения грузов. Это позволяет значительно увеличить эффективность работы и снизить риски для операторов. Автоматизация также позволяет сократить время на выполнение операций, так как процессы подъема и перемещения грузов могут быть выполнены более быстро и точно.
Другим важным аспектом манипуляторов является их способность обеспечивать точное и контролируемое позиционирование грузов. Это особенно важно при установке оборудования на буровой вышке, так как неправильное позиционирование может привести к серьезным несчастным случаям и повреждению оборудования. Манипуляторы обеспечивают точность и стабильность в процессе подъема и установки грузов, что способствует безопасности и качественному выполнению операций.
2.2 Типы манипуляторов для нефтяных работ и их особенности
На нефтяных работах используются различные типы манипуляторов в зависимости от конкретных задач и условий(рисунок 2.2.1, Приложения).
. Ниже приведены некоторые из важных типов манипуляторов и их особенности:
1. Крановые манипуляторы: Крановые манипуляторы являются одними из наиболее распространенных типов на нефтяных платформах. Они обеспечивают подъем и перемещение грузов с помощью гидравлического крана, установленного на платформе. Их основным преимуществом является высокая грузоподъемность и большая рабочая площадка, что позволяет поднимать и перемещать тяжелое оборудование на большую высоту.
2. Телескопические манипуляторы: Телескопические манипуляторы обладают выдвижной стрелой, которая позволяет увеличивать или уменьшать длину рабочей части. Это позволяет им поднимать грузы на определенной высоте и достигать мест, которые не доступны другим типам манипуляторов. Их мобильность и многофункциональность делают их удобными для различных задач на нефтяных объектах.
3. Армовые манипуляторы: Армовые манипуляторы представляют собой гибкую систему с несколькими вращающимися суставами, которые позволяют им двигаться в различных направлениях. Это делает их особенно полезными для выполнения сложных задач, таких как монтаж и демонтаж оборудования в ограниченном пространстве на нефтяном объекте.
4. Подвесные манипуляторы: Подвесные манипуляторы устанавливаются на конструкциях, таких как портальные краны, и могут перемещаться по этим конструкциям с помощью тележек или железнодорожных механизмов. Это позволяет им свободно перемещаться по площадке и выполнять различные задачи на нефтяных объектах, такие как подъем и установка оборудования.
Каждый из этих типов манипуляторов имеет свои специфические особенности, которые делают их подходящими для определенных задач на нефтяных работах(рисунок 2.2.2, Приложения).
. Они все направлены на обеспечение безопасного и эффективного подъема и перемещения грузов, что является критическим важным элементом в работе на нефтяных объектах.
Глава 3. Технические аспекты установки манипулятора на нефтяной буровой вышке
3.1 Требования к конструкции буровой вышки для установки манипулятора
Для установки манипулятора на буровую вышку необходимо учесть ряд требований к ее конструкции. Вот некоторые из них:
1. Грузоподъемность: Буровая вышка должна иметь достаточную грузоподъемность для поддержания массы манипулятора вместе с грузами, которые он может поднимать. Кроме того, следует учесть максимальный вес самого крупного груза, который может понадобиться поднимать на высоту.
2. Размер и высота: Буровая вышка должна иметь достаточную высоту, чтобы манипулятор мог оперировать на требуемой высоте. Также необходимо учесть размер и пространство, необходимое для установки самого манипулятора.
3. Устойчивость: Конструкция буровой вышки должна быть достаточно устойчивой, чтобы выдерживать нагрузки, возникающие при работе манипулятора. Это включает как вертикальные нагрузки при подъеме грузов, так и горизонтальные нагрузки при перемещении манипулятора.
4. Крепление: Буровая вышка должна иметь точки крепления, специально предназначенные для установки манипулятора. Эти точки должны быть расположены таким образом, чтобы обеспечить надежное и безопасное крепление манипулятора к вышке.
5. Электропитание и связь: Буровая вышка должна обеспечивать электропитание для работы манипулятора и иметь необходимые кабельные и коммуникационные системы для передачи сигналов и управления манипулятором.
Важно отметить, что конкретные требования могут различаться в зависимости от типа и модели манипулятора, а также от специфических требований и условий работы на буровой вышке. Поэтому рекомендуется обратиться к производителю манипулятора и специалистам, занимающимся буровыми работами, для получения более точной информации и конкретных рекомендаций.
3.2 Особенности размещения манипулятора на буровой вышке
Размещение манипулятора на буровой вышке имеет свои особенности, которые необходимо учесть. Вот некоторые из них:
1. Подходящее место: При размещении манипулятора на буровой вышке необходимо выбрать подходящее место, которое обеспечит его эффективную работу. Место должно быть достаточно просторным и не должно затруднять передвижение манипулятора или взаимодействие с другими оборудованиями на вышке.
2. Крепление: Манипулятор должен быть надежно закреплен на буровой вышке, чтобы обеспечить его безопасность и стабильность при работе. Для этого могут использоваться специальные крепления или заклепки, которые позволяют прочно соединить манипулятор с конструкцией вышки.
3. Угол наклона: В зависимости от конкретных требований и условий работы, манипулятор может размещаться на буровой вышке с различным углом наклона. Например, он может быть установлен вертикально, горизонтально или под определенным углом. Правильный выбор угла наклона позволяет достичь оптимального положения и рабочего пространства для манипулятора.
4. Защита от воздействия окружающих факторов: Буровые работы часто происходят на открытых местах, где манипулятор подвержен воздействию различных факторов, таких как ветер, дождь, пыль и т.д. Поэтому важно предусмотреть защитные меры, такие как установка защитных кожухов или решеток, чтобы предотвратить попадание грязи или посторонних предметов на манипулятор.
5. Удобство обслуживания: Размещение манипулятора на буровой вышке должно обеспечивать удобный доступ для обслуживания и проведения регулярного технического обслуживания. Важно иметь возможность легко достигать критических точек манипулятора для проведения проверок, замены деталей или ремонтных работ.
Глава 4. Анализ проведенных исследований и возможность применения полученных знаний с практической точки зрения
Анализ проведенных исследований по выбору манипулятора для замены работы верхового на буровой вышке предоставляет ценные знания и позволяет применить их с практической точки зрения. Заключения и рекомендации, полученные в результате исследований, имеют важное значение при принятии решения о выборе конкретного манипулятора.
Используя полученные знания, можно избежать необходимости проведения собственных исследований и экспериментов, что значительно упрощает процесс принятия решений. Анализ проведенных исследований позволяет выявить ключевые параметры и требования к манипулятору, а также предоставляет информацию о доступных на рынке моделях, соответствующих этим требованиям.
Проанализировав полученную информацию, наша команда пришла к выводу, что пока что еще не существует манипулятора, отвечающего всем заявленным требованиям, поэтому мы будем пробовать создавать его сами. О начальных этапах построения манипулятора можно узнать в работе «Робот-манипулятор, выполняющий функции верхового на буровой вышке»
Заключение
В заключение, создание манипулятора, способного заменить работу человека на буровой вышке, является важным техническим достижением. Это позволяет повысить безопасность и эффективность операций, а также сократить риски для людей работающих на высоте.
Однако, перед разработкой и применением манипулятора, рекомендуется создание макета буровой вышки. Макет позволяет визуализировать и имитировать условия работы на вышке, что позволит более точно определить требования к манипулятору и учесть особенности рабочей среды.
При создании макета важно учесть основные элементы буровой вышки, такие как конструкция вышки, платформы, инструменты и системы безопасности. Также следует выбрать подходящие материалы и техники, чтобы макет обладал необходимой прочностью и устойчивостью.
Тестирование макета позволит провести проверку функциональности и эффективности манипулятора в реалистичных условиях. Это поможет выявить возможные проблемы и внести корректировки в дизайн и функциональность манипулятора.
В целом, создание макета буровой вышки является важным этапом разработки и тестирования манипулятора. Он помогает улучшить его работу, повысить безопасность операций и эффективность работы на высоте. Рекомендуется обратить внимание на детали и требования к манипулятору при создании макета, а также провести тщательное тестирование перед его использование
Список использованных источников
-
https://promplace.ru/burovye-ustanovki-staty/burovaya-vyshka-2043.htm
-
https://cdminfo.ru/biblioteka-stroitelnoy-tehniki/biblioteka-kranov-manipulyatorov/klassifikatsiya-kranov-manipulyatorov-po-tipam.html
-
https://studbooks.net/1677909/tovarovedenie/manipulyatory_burilnyh_ustanovok
-
https://studfile.net/preview/1743917/
-
https://studbooks.net/2575422/tovarovedenie/burovye_vyshki
-
https://studfile.net/preview/5879068/page:24/
ПРИЛОЖЕНИЯ
Рисунок 1.1.1 Буровые вышки Рисунок 1.2.1 Буровые установки
Рисунок 2.1.1 Роль манипуляторов Рисунок 2.2.1 Ямобуры
Рисунок 2.2.2 Помбур Рисунок 4.1.1 Основы для манипулятора