XXII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Модель индукционного нагревателя «Хот» для очистки скважин от парафина на базе конструктора LEGO WeDo 2.0

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Носов А.Д. 1Борисенко А.А. 1Коромыслов А.Е. 1Мужурьян А.А. 1

---

1Школа интеллектуального развития "Мистер Брейни"

Будрёнкина А.В. 1

---

1Школа интеллектуального развития "Мистер Брейни"

Работа в формате PDF

1.2 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Тюменская область богата специалистами, работающими в нефтегазовой отрасли. Бурильщики, лаборанты, химики, геологи, инженеры, геофизики-и это только малая часть востребованных профессий, направленных на улучшение процесса нефтедобычи.

Эта тема является актуальной, так как у многих из нас члены семьи работают в этой отрасли, и имеют много знаний, которыми могут с нами поделиться.

Наша команда обсудила проблемы нефтедобычи дома, мы сходили на экскурсию в компанию «РосНефть» и узнали много нового о работе на месторождениях. Особенно нас привлекли диорамы, которые объемно изображали инфраструктуру месторождений, они дали нам возможность вообразить масштабность работы. Так же из экскурсии мы узнали, что при нефтедобыче возникают различные проблемы, мешающие свободной нефтедобыче, однако они на демонстрационных пособиях отражены не были.

Мы увидели проблему в том, что несмотря на доступность информации и ее яркое представление, мы не увидели полной картины, отражающей решения проблем в нефтедобыче, а значит получили не полную информацию.

В связи с этим, мы поставили перед собой цель-создание модели, отражающей решение проблем нефтедобычи при помощи конструктора LEGO WeDo 2.0. Наша команда решила уделить внимание проблеме парафинообразования на стенках нефтяной скважины.

Мы поставили перед собой ряд задач:

-выяснить причины появления парафина на стенках скважин;

-изучить способы удаления парафина со стенок скважин;

-создать модель индукционного нагревателя «Хот» для очистки скважин от парафина на базе конструктора LEGO WeDo 2.0;

-продемонстрировать возможности модели на примере одного запуска;

-проанализировать эффективность использования модели в качестве демонстрационного пособия среди учащихся школы интеллектуального развития «Мистер Брейни».

В своей работе мы пользовались такими источниками как: LEGO Гаджеты. Полный гид по строительству необычных механизмов; Курс «Машины и механизмы», ШИР«Мистер Брейни»; Lego удивительные творения; интернет-журнал spravochnick.ru; ros-pipe.ru.

Глава 1. Теоретическое обоснование создания модели индукционного нагревателя «Хот» для очистки скважин от парафина на базе конструктора LEGO WeDo 2.0

1. 1. Причины образования парафина на стенках нефтяных скважин

Нефть состоит из ароматических, парафиновых и нафтеновых углеводородов. Парафиновые отложения могут находиться в нефтяном сырье в трех видах-твердом, жидком и газообразном. Почти во всем нефтяном сырье можно встретить твердые метановые углеводороды, парафины. Их количество влияет на технологию и тех­нику добычи, сбора и транспортировку нефти а так же ее подготовку и переработку. Все эти примеси хорошо растворяются в нефти только при температуре свыше 40°С, но так как пластовая температура нефтяной залежи в большинстве случаев, превышает эту температуру, то парафины в пластовых условиях образуют в нефти гомогенный раствор.[5]

При извлечении нефти, то есть при снижении давления, тем­пературы и ее разгазировании, растворяющая способность нефти по отношению к парафинам уменьшается. Это приводит к пре­сыщению нефти парафином и переходу его части в кристаллическое состояние. Но этот переход может осуществиться только на какой-то поверхности. Центрами кристаллизации служат выступы, шероховатости поверхности труб и механические взвеси в потоке нефти.[4]

С уменьшением температуры масса кристаллов парафина, взвешенных в нефти, увеличивается, а количество растворенно­го парафина уменьшается. Кристаллы парафина и их скопле­ния, возникшие непосредственно на внутренней поверхности труб, и образуют парафиновые отложения. (Приложение, Рисунок 1.1.1) [4]

1. 2. Способы удаления парафина со стенок скважин

На Российских месторождениях используется несколько способов борьбы с парафином, оседающим на стенках скважин.

-Химический метод, при его использовании скважины промывают горячей водой с химическими реагентами;

-Механический способ, который подразумевает удаление отложений при помощи различных по конструкции скребков;

-Метод волнового воздействия, является на наш взгляд одним из самых интересных, так как удаление парафина проводится при помощи акустических, ультразвуковых, взрывных волн;

-Тепловой метод, при котором насосно-компрессорная труба прогревается паром или горячей жидкостью, электрическим током.[5]

К сожалению, многие из этих способов требуют больших финансовых вложений, а также временно приостанавливают процесс добычи нефти. Поэтому организации, сталкивающиеся с данной проблемой, разрабатывают различные методики, используемые без остановки процесса перекачки нефти.[5]
Наше внимание привлек инновационный метод-электродепарафинизация, который только начали испытывать на Сахалине. На Сахалинских месторождениях используется способ, при котором нагрев осуществляют специальным нагревательным кабелем, который определяют зону максимального образования парафина. Данный метод позволяет проводить высокоэффективную очистку нефтепровода в непрерывном режиме. [4]

Глава 2. Модель индукционного нагревателя «Хот» для очистки скважин от парафина на базе конструктора LEGO WeDo 2.0

2.1 Конструкция модели индукционного нагревателя «Хот» для очистки скважин от парафина на базе конструктора LEGO WeDo 2.0

Наша модель создана на базе конструктора LEGO WeDo 2.0, так как он очень удобен для использования.

В нашей модели два хаба, два мотора датчик наклона и датчик движения. Основа модели-вращающийся индукционный нагревательный элемент, который изображает принцип работыэлектродепарафинизации.

Он изображен при помощи угловой зубчатой и осевой передач. (Приложение, Рисунок 2.1.1) [1]

Так как нас заинтересовали на экскурсии именно диорамы, то мы решили в своей модели отразить инфраструктуру месторождения. От одного мотора с нагревателем работает сложный механизм, включающий в себя ременную передачу, угловую зубчатую передачу и ость вращения, для демонстрации работы геофизика. Человечек будто снимает измерения вращаясь у месторождения. (Приложение, Рисунок 2.1.2) [3]

Запуск данной части модели осуществляется по сигналу датчика наклона.

Вторая часть модели тоже демонстрирует работу инфраструктуры на месторождении, благодаря ей изображается работа экскаватора. От одного мотора при помощи червячной и угловой зубчатой передач и оси вращения движется платформа на которой располагается экскаватор. (Приложение, Рисунок 2.1.3) [2] По сигналу датчика движения воспроизводится звук, изображающий сигнал строительной техники при работе. В целом конструкция модели достаточно объемная. (Приложение, Рисунок 2.1.4)

2.2. Управление моделью индукционного нагревателя «Хот» для очистки скважин от парафина на базе конструктора LEGO WeDo 2.0

Управление моделью осуществляется на базе программного обеспечения WeDo 2.0. Мы использовали две программы с циклом, которые начинают свою работу по сигналу датчика наклона. Взаимодействую между собой программы при помощи блока «Послать письмо». (Приложение, Рисунок 2.2.1)

2.3. Демонстрация возможностей модели индукционного нагревателя «Хот» для очистки скважин от парафина на базе конструктора LEGO WeDo 2.0 на примере одного запуска

Когда модель готова к демонстрации, все моторы датчики и хабы подключены и проверены, оператор запускает модель при помощи датчика наклона.

Начинает работу индукционный нагреватель постепенно вращаясь в недрах скважины. Одновременно начинает работу человечек-геофизик. Для отображения большого объема работы на месторождениях работает инфраструктура-экскаватор готовит почву для исследований периодически меняя свое положение. (Приложение, Рисунок 2.3.1)

2.4 Экспериментальное доказательство эффективности использования модели индукционного нагревателя «Хот» для очистки скважин от парафина на базе конструктора LEGO WeDo 2.0 в качестве демонстрационного пособия

Так как мы-учащиеся школы интеллектуального развития «Мистер Брейни», мы решили опросить своих одноклассников и узнать их мнение на счет нашей работы. После демонстрации «Хот» мы дали ребятам оценочные листы, в которых им предлагалось ответить на три вопроса. Ответ «Да» был равен 1 баллу, Ответ «нет»-0 баллов.

Интерпретация результатов была следующей:

3балла-модль эффективно и интересно демонстрирует принцип работы индукционного нагревателя в нефтяной скважне;

2балла-модель интересная, но непонятно для чего используется нагреватель;

0-1балл модель не привлекает, не вызывает интереса к указанной теме.

Всего нам удалось опросить 12 человек. 0-1 балл набрало 2 человека, 2 балла набрало 4 человека, 6 человек набрали 3 балла, что позволяет нам считать свою модель эффективной.

Заключение

Большой объем информации о нефтедобыче в тюменской области является неотъемлемой частью жизни региона. Многие специалисты передают свои знания детям, друзьям, в Тюмени существует множество информационных площадок, рассказывающих об особенностях работы на месторождениях.

Однако, несмотря на доступность информации и ее яркое представление, мы не можем увидеть полную картину, отражающую решения проблем в нефтедобыче, а значит получаем неполную информацию о жизни специалистов нашего края.

В связи с этим, мы поставили перед собой цель-создание модели, отражающей решение проблем нефтедобычи. Наша команда решила уделить внимание проблеме парафинообразования на стенках нефтяной скважины. Для достижения цели нами была изучена различная литература, создана модель

индукционного нагревателя «Хот» для очистки скважин от парафина на базе конструктора LEGO WeDo 2.0 эффективность использования которой мы проверили экспериментальным путем. Наша команда продемонстрировала свою модель в школе интеллектуального развития «Мистер Брейни» и провела опрос по результатам которого выяснила, что модель привлекает внимание, достаточно доступно объясняет принцип решения выбранной нами проблемы, а значит мы можем развивать ее дальше. Данная модель может быть применена на уроках информатики и робототехники, а так же можно использовать ее в качестве демонстрационного пособия на различных выставках рассказывающих о нефтедобыче.

Список литературы:

1. Курс «Машины и механизмы», курс «Основы робототехники», Школа интеллектуального развития «Мистер Брейн», - Режим доступа - https://vk.com/mrbrain_tmn;

2. «LEGOудивительные творения»; Сара Дис [пер. с англ. М. Карманова].- Эксмодетство, 2020 г.;

3. «LEGO Гаджеты. Полный гид по строительству необычных механизмов»; [пер. с англ. Позина И. В., ред. Волченко Ю. С.].- Эксмодетство, 2019 г.

Интернет-источники :

4. https:// spravochnick.ru;

5. https:// ros-pipe.ru /.

Приложение