XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Устройство ''Гидромер''. Изыскательные работы

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Кривощеков М.П. 1Иванов В.К. 1Колчанов А.А. 1Васин А.И. 1

---

1Школа интеллектуального развития "Мистер Брейни"

Филинова А.В. 1

---

1Школа интеллектуального развития "Мистер Брейни"

Работа в формате PDF

593.4 KB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

В современном мире, с ростом потребности в энергоресурсах и необходимостью развития промышленности, возникает необходимость в бурении скважин для добычи воды и полезных ископаемых. Одной из ключевых задач в процессе бурения является точное измерение расстояния до воды, что позволяет оптимизировать процесс бурения и снизить затраты на проведение работ.

Бурение скважин является сложной и дорогостоящей операцией, требующей значительных временных и материальных затрат. При этом, ошибки в определении глубины залегания воды могут привести к существенным финансовым потерям, а также к негативным экологическим последствиям. Поэтому разработка устройства, позволяющего с высокой точностью измерять расстояние до воды в режиме реального времени, является актуальной и значимой задачей.

Целью данной исследовательской работы является разработка и создание прототипа устройства для автоматического определения расстояния до воды при бурении скважин, а также проведение экспериментальных исследований по оценке его точности и эффективности.

Для достижения данной цели будут решены следующие задачи:

• Рассмотреть как производится строение нефтеровода

• Определить этапы изыскательных работ при строительстве нефтепровода

• Узнать, для чего проводится анализ грунтовых вод

• Пронанализировать виды устройсв для измерения расстояния до воды

• Создать устройство для измерения расстояния до воды в скважинах на базе конструктора SpikePrime

• Запрограммировать модель

• Протестировать модель

Глава 1. Строительство нефтепровода

Только при организации грамотно продуманной системы доставки нефти добыча и переработка нефтепродуктов становится возможной. Нефтепровод (трубопровод для перемещения сырья) является одним из основных способов транспортировки нефтепродуктов. Нефтепровод — это сооружение инженерно-технического вида, основной функцией которого является транспортировка нефти и нефтепродуктов. Сооружение нефтепровода является весьма ответственной задачей. [1] (Рисунок 1.1, Приложения)

Этапы строительства нефтепровода:

1. Исследование и планирование: На этом этапе проводится исследование местности, где будет проходить нефтепровод, определяются возможные риски и проблемы, связанные с геологией, климатом и экологией. Также на этом этапе составляется план строительства, определяются сроки и затраты.

2. Подготовка территории: Включает в себя очистку территории от растительности, проведение земляных работ, обустройство временных дорог и площадок для хранения материалов и оборудования.

3. Прокладка трубопровода: В зависимости от метода прокладки может включать в себя горизонтальное направленное бурение или традиционную траншею. На этом этапе прокладываются трубы, устанавливаются необходимые фитинги и запорная арматура.

4. Испытание и проверка: После прокладки трубопровода проводится его испытание на прочность и герметичность. Если все тесты пройдены успешно, трубопровод готов к эксплуатации.

5. Засыпка траншеи: После успешного испытания трубопровод засыпается обратно.

6. Контроль качества и документация: На заключительном этапе проводится контроль качества выполненных работ и составление необходимой документации.

7. Обслуживание и ремонт: После ввода нефтепровода в эксплуатацию начинается его техническое обслуживание и периодический ремонт. [2]

Глава 2. Изыскательные работы при строительстве нефтепровода

1. Определение целей и задач изысканий: На этом этапе проводится анализ требований заказчика и определяются цели и задачи изысканий, включая определение маршрута нефтепровода, оценку геологических и климатических условий, а также определение потенциальных рисков и опасностей.

2. Сбор и анализ исходных данных: На основе предоставленных заказчиком данных и открытых источников информации проводится сбор и анализ имеющихся данных о территории предполагаемого строительства нефтепровода.

3. Топографическая съемка и геодезические работы: Проводится съемка местности, определяются координаты и высоты объектов, а также составляется план местности с указанием всех важных объектов и препятствий.

4. Геофизические исследования: Проводятся магнитные, гравитационные, сейсмические и другие исследования с целью определения геологического строения грунта, наличия подземных вод и тектонических нарушений.

5. Геологические исследования: Проводятся буровые работы, отбор и анализ образцов грунта с целью определения его физико-механических свойств, агрессивности подземных вод, наличия карстовых и оползневых процессов.

6. Гидрологические исследования: Проводятся исследования поверхностных и подземных вод с целью определения их химического состава, уровня загрязнения и влияния на экологическую ситуацию в районе предполагаемого строительства. (Рисунок 2.1, Приложения) [3]

Глава 3. Поисковые скважины при геологических изысканиях

Поисковые скважины при геологических исследованиях предназначены для получения информации о строении и составе горных пород на глубине. Они служат основным источником данных для определения наличия и оценки запасов полезных ископаемых, таких как нефть, природный газ, руды металлов, а также для изучения гидрогеологических условий и инженерно-геологических свойств грунтов.

Бурение поисковых скважин может осуществляться различными методами и способами в зависимости от геологии района, глубины и типа искомых ресурсов. После бурения скважины проводятся геофизические исследования, отбор проб пород и флюидов, а также анализ полученных данных с целью определения перспективных участков для дальнейшего изучения и разработки месторождений.[4]

В результате геологических исследований с использованием поисковых скважин определяются основные характеристики месторождения, такие как глубина залегания полезного ископаемого, его мощность, качество и количество запасов, а также возможные трудности при добыче и переработке. На основе полученных данных разрабатываются проекты освоения месторождений, осуществляется планирование и проведение геологоразведочных работ, определяются оптимальные методы добычи и переработки полезных ископаемых. (Рисунок 3.1, Приложения)

Глава 4. Виды измерителей расстояния до воды в скважинах

Ультразвуковой измеритель

Ультразвуковой измеритель уровня воды в скважине работает на основе измерения времени прохождения ультразвукового сигнала от излучателя до поверхности воды и обратно. Этот метод позволяет получить достаточно точные данные о уровне воды без необходимости непосредственного контакта с водой, что делает его безопасным и надежным способом измерения. [5] (Рисунок 4.1, Приложения)

Электроконтактный измеритель

Электроконтактный измеритель уровня воды в скважине использует принцип изменения сопротивления между двумя электродами при изменении уровня воды. Когда уровень воды поднимается, сопротивление между электродами уменьшается, и наоборот. Этот метод позволяет получать данные об уровне воды в реальном времени и может быть интегрирован в системы автоматического контроля и управления. [6] (Рисунок 4.2, Приложения)

Лотовый измеритель

Лотовый уровнемер - это устройство, которое используется для измерения уровня воды в колодце или скважине. Он состоит из металлического стержня, на котором нанесены деления, соответствующие определенным глубинам. Для измерения уровня воды стержень опускается в колодец или скважину до самого дна, затем поднимается обратно и измеряется расстояние от верхнего края стержня до уровня воды. Это расстояние соответствует уровню воды в колодце или скважине.[7] (Рисунок 4.3, Приложения)

Недостатки измерителей.

Электроконтактный необходимо регулировать вручную. Лотовому могут мешать посторонние шумы, ультразвуковой – дорогой и требует дополнительного обучения.

Глава 5. Практическая работа

5.1. Создание устройства для измерения расстоянии до воды в скважине. Первый вариант

Мы создали гидромер из конструктора LegoSpikePrime.

Он состоит из Смарт Хаба, лебедки, двух средних моторов и датчика цвета, также есть специальная ручка, которая размещается на повехности скважины. Рисунок 5.1.1, Приложения)

Когда моторы начинают крутиться, червячная передача приводит в движение лебедку. Вся конструкция прикреплена к лебедке, тем самым опускается вниз все устройство, измеряя расстояние до воды. После, лебедка начинает крутиться вверх, поднимаясь на поверхность. Смарт Хаб передает информацию о расстоянии на компьютер.(Рисунок 5.1.2, Приложения)

Этапы пользования гидромером:

1. Повесить его за ручку.

2. Включить программу.

3. Ждать когда лебедка опустится и данные отобразятся на экране.

4. Ждать когда гидромер поднимется обратно.

5. Выключить программу.

5.2. Создание устройства для измерения расстоянии до воды в скважине. Второй вариант

Мы создали второй вариант гидромера из конструктора LegoSpikePrime. (Рисунок 5.2.1, Приложения)

Он состоит из Смарт Хаба, лебедки и одного мотора. Когда мотор начинает крутиться, лебедка вращается и спускает вниз датчик, измеряя расстояние до воды. После, лебедка начинает крутиться вверх и смарт хаб передает информацию о расстоянии на компьютер.

Отличие этого устойсва от первого, тем что модель полностью размещается на поверхности, за исключением датчика

Этапы пользования гидромером:

1. Поставить его на необходимое место.

2. Включить программу.

3. Ждать когда лебедка опустится и данные отобразятся на экране.

4. Выключить программу.

5 .3. Создание программы в ПО SpikePrime

Когда запускается программа, мотор переходит в положение 0. Далее робот начинает опускаться со скоростью «50», пока не увидит датчиком цвета синий цвет. Остановившись, он записывает, на сколько градусов он опустился в переменную «градусы», передает данные о расстоянии из нее на экран компьютера и поднимается обратно. Рисунок 5.3.1, Приложения)

Заключение

В заключении исследовательской работы по разработке и созданию демонстрационной модели устройства автоматического определения расстояния до воды при бурении скважин можно сделать вывод о достижении поставленных целей и решении всех задач.

В ходе исследования были изучены процессы строения нефтеровода, этапы изыскательных работ и анализ грунтовых вод, что позволило получить полное представление о требованиях к устройству для измерения расстояния до воды.

Проанализировав существующие виды устройств, было принято решение создать устройство на базе конструктора SpikePrime. Разработанное устройство было запрограммировано и успешно протестировано.

Полученные результаты имеют практическую значимость и могут быть использованы в разработке новых устройств и систем для автоматического определения уровня грунтовых вод.

Список используемых источников

1. https://lotosgeo.ru/stati/geologicheskie-izyskania-dlya-stroitelstva

2. https://icaplast.ru/docs/tech/page_108/э

3. https://laatu.ru/services/survey

4. https://www.geokniga.org/bookfiles/geokniga-osnovy-poiskov-i-razvedki-mestorozhdeniy-poleznyh-iskopaemyh.pdf?ysclid=lth6gf9iwp41064192

5. https://fb.ru/article/330740/urovnemer-skvajinnyiy-modeli-i-proizvoditeli?ysclid=ltfxnwgjxe418139098

6. https://poltraf.ru/uroven/datchiki_zhidkosti/Elektrokontaktnye_urovnem/water/?ysclid=ltfxsen7yp93132899

7. https://datchiki.com/product/anakonda-s-jelektrokontaktnyj-urovnemer-karmannyj/?ysclid=ltfxqhxw7440225341

Приложения

Рисунок 1.1, Строительство нефтепровода

Рисунок 2.1, Изыскательные работы при строительстве нефтепровода

Рисунок 3.1, Поисковые скважины

Рисунок 4.1, Ультразвуковой измеритель Рисунок 4.2, Электроконтактный изменитель

Рисунок 4.3, Лотоввый измеритель