Platformele petroliere cu sistem de ac_ionare top drive pentru foraj destinate lucrarilor on/off-shore de foraj sunt structurate n func_ie de actionarileutilizate

Universitatea Petrol-Gaze din Ploieti

Facultatea de Inginerie Mecanic i Electric

Specializarea: Ingineria Exploatrii Optimalea Utilajului PetrolierPROIECT

CERCETAREA STIINTIFICA PRIVIND INGINERIA EXPLOATARII OPTIMALE A UTILAJULUI PETROLIERTEMA: Optimizarea sistemului de actionare al instalatiilor de foraj cu TopDriveSTUDENT: TUDOR CAMELIA

ANUL I MASTER

GRUPA 11302Cuprins- Introducere- Capitolul 1. Scurt analiz a factorilor care influenteaza durata operatiei de manevra- Capitolul 2. Evolutia modernizarea si optimizarea sistemelor complexe

- Capitolul 3. Sistemul de control si conducere optimala

- Concluzii

IntroducerePlatformele petroliere cu sistem de actionare top drive pentru foraj destinate lucrarilor on/off-shore de foraj sunt structurate n functie de actionarileutilizate. Analiza lor se concentreaza pe gasirea de noi modalitati de consolidare cailor de reducere a consumului de energie si cresterea performantelor de

fiabilitatea si de reducere a riscurilor tehnice care pot aparea n timpul functionarii.

Optimizarea structurii depinde de metoda de foraj in legatura cu sistemele de operare care

ndeplinesc functiile necesare pentru procesul tehnologic. Din acest punct de vedere, analiza

structurala are drept scop identificarea modului n care un sistem electric functioneaza. Aceasta

depinde si de modul n care sistemele principale si auxiliare de operare sunt grupate.

n scopul de a identifica unele modele destinate simularii diferitelor conditii de lucru sunt folosite metodele de analiza a structurii sistemului. Datorita acestor metode pot fi efectuate analize pentru un numar relevant de situatii ntlnite n practica.Capitolul 1

Scurt analiz a factorilor care influenteaza durata operatiei de manevra

Manevrarea garniturii de foraj reprezint o operaie complex n desfasurarea creia intr multe operatii auxiliare necesare att la operatia de extragere ct si la operatia de introducere a sarcinii. Operatia de extragerea garniturii de foraj const n descompunerea ei n pasi de o anumit lungime si depozitarea lor

n stiv. Desi operatiile de extragere a garniturii de foraj, la fel ca cele de introducere, ocup un procent nsemnat din timpul total de manevr, deci de functionare a instalatiei de foraj, ele sunt n sine operatii neproductive si timpul n care se desfasoara o astfel de operatie se numeste timp auxiliar (TA). De aici rezult dezideratul major, care a condus la aparitia instalatiilor de foraj si interventie moderne, ca timpul auxiliar s fie minim, dac este posibil chiar zero, ceea ce nseamn ca viteza de manevr s aib n permanent valoarea maxim posibil dictat de procesul tehnologic deservit si capacitatea de rezistent a structurii de rezistent a instalatiei. Pornind de la relatia general a timpului total de manevr (Tm) (exemplu extragerea garniturii de foraj de la adncimea H), [8], se pot desprinde concuzii:

Concluzia care se desprinde este aceea c pentru lungimea optim a pasului lpo, rezultat dintr-un calcul tehnico-economic [8], care uzual are valoarea lpo = 27 m, valoarea minim a timpului total de manevr se obtine pentru timpul auxiliar minim. n mod asemntor, studiului variatiei puterii (Pm) consumat la manevr si a vitezei crligului n perioada regimului stabilizat Vr, conduc la concluzii similare cu privire la valoarea pe care trebuie s o aib timpul auxiliar.

ntr-o abordare unitar se desprinde ca o concluzie de important deosebit faptul c timpul total de manevr Tm este minim atunci cnd timpul auxiliar este minim (dac este posibil chiar zero). Aceast conditie corelat cu influentele lp, P, Vr arat c este posibil ca o instalatie destinat forajului s realizeze

operatii de manevr, eficiente, cu lungimi mici de pas, la puteri ale sistemului de manevr relativ mici, iar manevrarea sarcinii s fie fcut cu viteze de valori sczute. Aceasta este evolutia n sensul modernizrii si chiar al schimbrii radicale a sistemelor de lucru ale IFI pe plan mondial cu finalitate n proiectarea

si constructia unor instalatii cu structur diferit de imaginea clasic [10].

Capitolul 2Evolutia modernizarea si optimizarea sistemelor complexe

Dezvoltarea unor metode de foraj neconventionale, la care conducerea proceselor de lucru este fcut cu ajutorul calculatorului de proces, utiliznd ca variant structura descris anterior, cu elementul su de important maxim (SG) , Figura 1. Cresterea gradului de mecanizare si automatizare a operatiilor ce se execut la platforma de lucru a instalatiei si la podul podarului, prin introducerea unei structuri de ghidare (SG) a ansamblului mobil pe care se afl capul hidraulic motor (TOP DRIVE).

Cresterea gradului de mecanizare si automatizare a operatiilor ce se execut la platforma de lucru a instalatiei si la podul podarului, prin introducerea unei structuri de ghidare (SG) a ansamblului mobil pe care se afl capul hidraulic motor (TOP DRIVE) cu posibilitatea unei manevrri de ridicare / coborre pstrnd coaxialitatea axei fusului capului hidraulic cu axa sondei (Figura 2) si automatizarea integral a operatiilor de nsurubare / desurubare filet, adugare sau asezare de pasi din / n stiv cu ajutorul

manipulatoarelor sau robotilor. Fundamentarea unor metode noi de foraj, de exemplu forajul cu tub flexibil (COILED TUBING), la care TA este zero, manevra de introducere sau de extragere fcndu-se continuu, iar manevra de ridicare, respectiv de coborre a capului injector (I) realizndu-se tot cu ajutorul unei structuri de ghidare a miscarii, Figura 3. Cea mai spectaculoas, poate, dintre evolutiile instalatiilor de foraj moderne o constituie conceptia si constructia instalatiilor pentru forat sonde de diametre mari (IFDM), ns, faptul c si la aceste tipuri de instalatii noutatea solutiei constructive const n introducerea SG ca element de ghidare a miscrii ansamblului de mobil.

Figura 2 Schema de principiu a instalatiei de foraj

Figura 3 Schema de principiu instalatiei de foraj cu structura de ghidare destinata coiled tubingDe aici rezult dezideratul major, care a condus la aparitia instalatiilor de foraj si interventie moderne, ca timpul auxiliar s fie minim, dac este posibil chiar zero, ceea ce nseamn ca viteza de manevr s aib n permanent valoarea maxim posibil dictat de procesul tehnologic deservit si capacitatea de rezistent a structurii de rezistent a instalatiei. Sistemul TOP DRIVE este un motor hidraulic sau electric suspendat n sonda (catarg) a unei instalatii de foraj, care ofera forta de rotatie n sensul acelor de ceasornic pentru a facilita procesul de foraj. Folosind Sistemul TOP DRIVE prezentat n ( Figura 4) se reduce cantitatea de munca manuala si riscurile asociate, care au nsotit n mod traditional aceasta sarcina.

Capitolul 3.Sistemul de control si conducere optimala

Panoul sondorului PLC este comandat de catre invertorul de frecventa. Acesta ofera o interfata ntre consola sondorului, a convertizorului de frecventa variabila, si motorului asincrontrifazat [11]. Acesta include urmatoarele componente:

-control logic pentru sistemul de blocare

-suflanta si pompa de ulei demaroare

-circuite de control pentru functiile manipulatorului de conducte

-alimentare pentru motoarele asincrone trifazate, solenoizi si indicatori

Intrarile de la unitatea de frecventa variabila sunt prin intermediul comunicatiilor seriale, care ofera viteza si intrari cuplu, iar pe revers, si de urgenta intrari de oprire. n plus, orice modificari la functiile de alarma sau de blocare nu au nici un efect asupra unitatii de frecventa. Modificarile de functii sunt puse n aplicare cu aceleasi instrumente de programare folosite la sistemele standard de actionare.

Sistemul de control primeste date de la controalele operatorului de pe consola sondorului si proceseaza aceasta informaie prin controlerul logic programabil (PLC). Acesta controleaza raspunsurile motorului, sistemului de racire, electrovalvelor, frnelor, functiilor prevenitorului de eruptie (BOP), si senzorilor.Sistemul de control citeste statutul de senzori si actioneaza ca un dispozitiv de interblocare pentru prevenirea accidentelor.

Acesta notifica sondorul de starea operationala a sistemului si ofera un diagnostic al oricaror conditii de functionare accidentale[4].

n Figura 7 este reprezentata conectarea controlerului logic programabil (PLC), iar in Figura 8 controlerul.

Concluzii

Evolutia instala_iilor de foraj n perioada ultimilor ani este spectaculoasa si cuprinde n fapt toata gama de instalatii destinata procesului de foraj. Aceasta evolutie este lansata pe doua directii principale. O prim directie n evolutia modernizrii instalatilor de foraj o constituie introducerea sistemelor de actionare economice si fiabile dintre care, corespunztor nivelului actual de accesibilitate tehnologic, se evidentiaza sistemele de actionare cu motoare electrice asincrone trifazate.

A doua directie se manifest prin solutiile de crestere a gradului de mecanizare si automatizare a operatiilor specifice sistemelor de lucru, n special a reducerii duratei totale a timpului total de manevr , care nseamn reducerea la minim (chiar la zero), a timpilor auxiliari.

Corespunzator celor doua cerinte principale enuntate mai sus se constata ca si evolutia utilajului petrolier este spectaculoasa, n unele cazuri schimbndu-se radical imaginea clasica avuta asupra structurii instalatiei.

Se constata ca au fost aduse modificari la structura de rezistenta a instalatiei prin asigurarea posibilitatii de ghidare a echipamentului mobil n scopul ndeplinirii ambelor cerinte enuntate mai sus, modificari care de cele mai multe ori sunt majore, iar structura poate fi numita dupa functia pe care o ndeplinesti, structura de ghidare.

n aceeasi masura si sistemele de actionare ale organelor de lucru au suferit modificari, obiectivele urmarite fiind legate de conducerea proceselor asistata de calculator si de reducerea consumului de energie n conditiile cresterii fiabilitatii si a sigurantei n exploatare. n concluzie aparitia structurii de ghidare ca element de ghidare a miscarii ansamblului mobil, alcatuit dintr-o platforma mobila pe care este fixat capul hidraulic motor,actionat de motoare electrice asincrone trifazate, devine elementul de noutate n configuratia instalatiei de foraj conduse de computer si are rolul de a asigura precizia pozitiei elementului n miscare, controlul vitezei sale de deplasare, preluarea fortelor si momentelor de reactie etc., necesare operatiilor de foraj si cresterea gradului de automatizare a operatiei de manevra n scopul reducerii timpului auxiliar.

ntr-o abordare unitar se desprinde ca o concluzie de important deosebit faptul c timpul total de manevr este minim atunci cnd timpul auxiliar este minim (dac este posibil chiar zero). Aceast conditie arat c este posibil ca o instalatie destinat forajului s realizeze operatii de manevr, eficiente, cu lungimi mici de pas, la puteri ale sistemului de manevr relativ mici, iar manevrarea sarcinii s fie fcut cu viteze de valori sczute.

Aceasta este evolutia n sensul modernizrii si chiar al schimbrii radicale a sistemelor de lucru ale instalatilor de foraj pe plan mondial cu finalitate n proiectarea si constructia unor instalatii cu structur diferit de imaginea clasic.

Bibliografie

http://www.onepetro.org