XXII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Модель мобильной буровой установки на базе конструктора LEGO WeDo 2.0
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Установки для буровых систем являются жизненно важной инфраструктурой для доступа к природным ресурсам земли, в частности к добыче нефти. В последние годы количество буровых установок по добыче нефти сильно возросло, а также возросли затраты на их постройку. Купные корпорации по добыче нефти размещены практически по всей территории нашей страны.
Побывав на экскурсии в Тюменском филиале компании «Роснефть», мы узнали, что большое количество буровых установок расположены в одной и той же местности. В связи с этим мы выявили проблему: бурение большого количества разведочных скважин в одной и той же местности. При этом новые территории не осваиваются. Также на постройку одной стационарной установки уходит много времени.
Поэтому встает вопрос: как тратить меньше количество времени на постройку буровой установки? Решение этой проблемы мы увидели в создание мобильной буровой установки.
Цель: нашего исследования проанализировать эффективность использования мобильной буровой установки на базе конструктора LEGO WeDo 2.0
Задачи:
- изучить существующие буровые установки
- рассмотреть необходимость использования мобильных буровых установок
- создать модель мобильной буровой установки на базе конструктора LEGO WeDo 2.0
- проанализировать эффективность использования мобильной буровой установки на базе конструктора LEGO WeDo 2.0
Глава 1. Теоретическое обоснование создания модели мобильной буровой установки на базе конструктора LEGOWeDo 2.0
-
-
Существующие буровые установки
-
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. [3]
Типы буровых установок:
- Земельные вышки. (Приложение, Рисунок 1.1.1) Это самый распространённый тип, обычно размещенный на суше и построенный для обработки различных глубин бурения. [4]
-Оффшорные буровые установки. (Приложение, Рисунок 1.1.2) Разработанные для операций в морских средах, эти установки могут быть фиксированными платформами, плавучими платформами (пол употребления, буровые суда) или даже подводные установки. [4]
- Направленные буровые установки. (Приложение, Рисунок 1.1.3) Эти буровые установки позволяют бурение горизонтально или под углом, обеспечивая доступ к ресурсам в сложных геологических формах. [4]
- Геотермальные буровые установки. (Приложение, Рисунок 1.1.4) Эти буровые установки специально предназначены для бурения геотермальных скважин для извлечения тепловой энергии. [4]
- Горные буровые установки. (Приложение, Рисунок 1.1.5) Эти буровые установки используются для добычи полезных ископаемых, таких как отверстия для бурения для раскопок. [4]
1.2 Необходимость использования мобильных буровых установок
Мобильные бурные установки являются ключевым компонентом в доступе и извлечении природных ресурсов, особенно нефти и газа, в разнообразных средах. Эти буровые установки, будь то наземные, оффшорные или даже способные ориентироваться в сложной местности, предлагают гибкость и адаптивность в отрасли, постоянно развивающейся для удовлетворения глобального спроса. [4]
В настоящее время актуальны мобильные буровые установки по следующим причинам:
1. Доступ к удаленным и сложным местам
- нетрадиционные ресурсы, так как обычные нефтегазовые резервы сокращаются, разведки смещаются в сторону сланцевых образования, плотный газ и глубоководные отложения. Мобильные буровые блоки необходимы для доступа к этим ресурсам в удаленных местах, часто требующих специализированного оборудования и опыта. [4]
- оффшорные разведки. Большинство будущих нефтегазовых открытий, по прогнозам, будет найдено в офшор. Мобильные бурные платформы, от буровых установок до плавучих буровых кораблей, имеют решающее значение для разведки и производства в глубоководных средах.
- экологические проблемы. Мобильные буровые установки могут быть стратегически позиционированы, чтобы минимизировать воздействие на окружающую среду, избежать чувствительных экосистем и обеспечения быстрого переезда, если это необходимо. [4]
2. Адаптивность и гибкость
- изменение рыночных условий. Мобильные бурные установки могут быть быстро перенесены в новые места в ответ на рыночные сдвиги, обеспечивая непрерывную работу и максимизирует использование ресурсов.
- исследование и производство. Они могут быть развернуты для разведки, а затем легко адаптированы для производства, предлагая экономическую эффективность и эффективность. [4]
3.Технологические достижения.
- повышенная эффективность. Новые технологии, такие как расширенная автоматизация, робототехника и системы дистанционного управления, повышают эффективность бурения, снижение эксплуатационных затрат и повышение безопасности на мобильных буровых установках.
- устойчивость. Мобильные буровые платформы все чаще включают экологически чистые технологии, сокращают выбросы и минимизируют воздействие на окружающую среду. [4]
- аналитика данных. Анализ данных в реальном времени и прогнозирующее обслуживание интегрируются в мобильные бурные системы, что приводит к оптимизированной производительности и сокращению времени простоя. [4]
4. Глобальный спрос на энергию.
- растущее население. При растущем глобальном населении и увеличении спроса на энергию, обеспечение надежных источников энергии имеет решающее значение. Мобильные бурные установки играют решающую роль в доступе и производстве нефти и газа, необходимых для удовлетворения этого спроса.
- энергетический переход. Несмотря на то, что мир движется к более чистым источникам энергии, нефть и газ останутся важными в течение десятилетий. Для эффективного и устойчивого производства этих ресурсов потребуются платформы буровых бурения. [4]
Глава 2. Модель мобильной буровой установки на базе конструктора LEGOWeDo 2.0
2.1 Конструкция модели мобильной буровой установки на базе конструктора LEGOWeDo 2.0
Для создания мобильной буровой установки мы выбрали конструкторский набор LEGO WeDo 2.0, так он прост в эксплуатации и имеет множество интересных возможностей. [1]
В основе нашей буровой установки используется два мотора. Один мотор приводит в движение колеса, с помощью ременной передачи, для передвижения установки. (Приложение, Рисунок 2.1.1.)
Второй мотор приводит в движение бур, который пробуривает скважину. Бур представлен в виде осевой передачи, (Приложение, Рисунок 2.1.2) механизм бурения представлен в виде зубчатой передачи. (Приложение, Рисунок 2.1.3).
2.2 Управление моделью мобильной буровой установки на базе конструктора LEGOWeDo 2.0
Управление мобильной буровой установки на базе конструктора LEGO WeDo 2.0, обеспечивается при помощи программного обеспечения LEGO WeDo 2.0
В конструкции также присутствуют два датчика для работы модели, датчик наклона и датчик расстояния. [2]
Буровая установка начинает ехать, по команде датчика наклона, когда датчик наклонен вперед, установка едет вперед. Затем по команде датчика расстояния установка останавливается и начинает бурение, издается соответствующий звук. После того, как работа буровой завершена, она по датчику наклона (датчик наклонен назад) уезжает обратно (Приложение, Рисунок 2.1.4)
2.3 Демонстрация возможностей модели мобильной буровой установки на базе конструктора LEGOWeDo 2.0
Наша мобильная буровая установка создана для того, что сократить бурение скважин в одной и той же местности.
Она позволит передвигаться с одного места на другое, при этом не тратить время на постройки статичных скважин. Следовательно, сократятся денежные средства на постройку месторождений и поселений для работников.
Так же мобильная буровая установка поможет в экологическом плане. Сократиться потребление электроэнергии.
При использование нашей мобильной буровой установки сократятся риски для жизни нефтяников, они не будут находится непосредственно рядом со скважиной в момент ее работы.
В феврале этого года наша команда участвовала в соревнование «Лига исследований», где мы представляли наш проект. Мы пообщались с экспертами, которые положительно высказались о нашей идеи. Наша команда одержала победу в номинации «За тягу к знаниям».
Заключение
Установки для буровых систем являются жизненно важной инфраструктурой для доступа к природным ресурсам земли, в частности к добыче нефти. В последние годы количество буровых установок по добыче нефти сильно возросло, а также возросли затраты на их постройку.
Побывав на экскурсии в Тюменском филиале компании «Роснефть», мы узнали, что большое количество буровых установок расположены в одной и той же местности. В связи с этим мы выявили проблему: бурение большого количества разведочных скважин в одной и той же местности.
Мы изучили типы существующих буровых установок:
- земельные вышки
- оффшорные буровые установки
- направленные буровые установки и другие.
Рассмотрели необходимость использования мобильных буровых установок. Мобильные бурные установки являются ключевым компонентом в доступе и извлечении природных ресурсов, особенно нефти и газа, в разнообразных средах. Эти буровые установки, будь то наземные, оффшорные или даже способные ориентироваться в сложной местности, предлагают гибкость и адаптивность в отрасли, постоянно развивающейся для удовлетворения глобального спроса.
Проанализировали эффективность использования мобильной буровой установки на базе конструктора LEGO WeDo 2.0. Она позволит передвигаться с одного места на другое, при этом не тратить время на постройки статичных скважин. Следовательно, сократятся денежные средства на постройку месторождений и поселений для работников.
В феврале этого года наша команда участвовала в соревнование «Лига исследований», где мы представляли наш проект. Мы пообщались с экспертами, которые положительно высказались о нашей идеи. Наша команда одержала победу в номинации «За тягу к знаниям».
Наша работа может быть использована на уроках робототехники и внеклассных мероприятиях.
Список литературы
1. Богданова С.М, Попова Е.Е. Благодаря механическим передачам Lego- конструкции оживают / С.М. Богданова, Е.Е. Попова// «Новые информационные технологии в нефтегазовой отрасли и образовании»: материалы VII Международной научно-технической конф. 2017 С. 160-163. Режим доступа- https://elibrary.ru/item.asp?id=30700400
2. Курс «Машины и механизмы», курс «Основы робототехники», Школа интеллектуального развития «Мистер Брейн», - Режим доступа - https://vk.com/mrbrain_tmn;
3.«LEGOудивительные творения»; Сара Дис [пер. с англ. М. Карманова].- Эксмодетство, 2020 г
4. Буровая установка — Википедия (wikipedia.org)
5. Виды буровых установок (geomash.ru)
Приложение
Рисунок 1.1.2
Рисунок 1.1.1
Рисунок 1.1.4
Рисунок 1.1.3
Рисунок 2.1.1
Рисунок 1.1.5
Рисунок 2.1.3
Рисунок 2.1.2
Рисунок 2.1.4