CC BY
14
2. Boriskin O.I. New design of the evolvent worm mill with carbide turning rack/ O.I. Boriskin, I.V. Astapova // CIS Iron and Steel Review - Vol.21 (2021). P. 88-91.
3. Борискин О.И., Астапова И.В., Скрябин В.Н. Методика проектирования эвольвентных червячных фрез с поворотными твердосплавными рейками: монография. Тула: Изд-во ТулГУ, 2022. 153 с.
Борискин Олег Игоревич, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, директор Политехнического института, 1т&1и1зи@,росМа.ги, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Астапова Ирина Вадимовна, канд. техн. наук, доцент, soriv1356@gmail.com, Россия, Тула, Тульский государственный университет
AUTOMATED DESIGN OF EVOLVENT WORM MILLS
O.I. Boriskin, I.V. Astapova
Issues related to increasing the accuracy of worm cutters and automating their design are considered. A graphical model _ for solving the problem of calculating a worm cutter with rotary carbide racks is presented. Key words: involute hobs, tooth profile, accuracy, calculation, program
Boriskin Oleg Igorevich, doctor of technical sciences, professor, head of chair, director of Polytechnical institute, imstulgu@pochta.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Astapova Irina Vadimovna, candidate of technical sciences, goriv1356@gmail.com, Russia, Tula, Tula State University
УДК 620.98
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-1-516-520
АВТОНОМНЫЙ КОМПЛЕКС ЭЛЕКТРОПРОГРЕВА НЕФТЯНЫХ СКВАЖИН С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ
А.А. Бельский, В.В. Старшая, Я.Э. Шклярский
Одна из самых крупномасштабных проблем при добыче нефти, которая вызывает серьёзные осложнения в работе нефтепромыслового оборудования и трубопроводных коммуникаций является образование парафиновых отложений (ПО) в нефтяных скважинах. Направлением исследования является предотвращение образования ПО за счет разработки электротехнического комплекса с питанием от возобновляемых источников энергии. Предлагаемая автономная система прогрева скважин позволит повысить эффективность добычи нефти за счет поддержания температуры нефти выше температуры образования парафиновых отложений в течение года за счет использования фотоэлектрической станции и/или малой ветроэлектростанции с промежуточным накопителем энергии.
Ключевые слова: возобновляемые источники энергии, солнечная энергия, энергия ветра, парафиновые отложения, нефтяные скважины, добыча нефти, распределенная генерация, автономное электроснабжение, электрический прогрев, греющий кабель.
Электроэнергия играет жизненно важную роль в обеспечении устойчивого будущего топливно-энергетического сектора [1]. В результате анализа опыта внедрения распределенной генерации на незадействованных территориях нефтедобывающих предприятий, удаленных от централизованного электроснабжения, было выявлено, что:
1. Электроснабжение отдаленных районов нефтедобычи целесообразно осуществлять от автономных электростанций, расположенных в местах непосредственного энергопотребления.
2. Необходимым условием эффективного функционирования объектов нефтедобычи в районах с суровыми климатическими условиями является обеспечение бесперебойности электроснабжения.
3. Эффективность автономного энергоснабжения районов нефтедобычи может быть обеспечена за счет ввода новых генерирующих мощностей, функционирующих на основе ВИЭ, при условии их экономической эффективности.
Таким образом, выработка электроэнергии в месте ее потребления является более рентабельной альтернативой созданию и развитию сетевой инфраструктуры централизованного электроснабжения. В таких условиях ВИЭ представляют собой достаточную базу для их эффективного использования, которое способно частично и/или полностью, удовлетворить требованиям надежного энергообеспечения объектов минерально-сырьевого комплекса.
На сегодняшний день обязательства по внедрению распределенной генерации прописаны на государственном уровне для многих стран, включая РФ, где доля ВИЭ должна достигнуть не менее 5% к 2050 году [1]. В области применения ВИЭ наблюдается значительный прогресс, который обусловлен удешевлением технологий и повышением их качества. Технологии накопления позволяют обеспечивать выработку для энергосистем с неравномерным потреблением и расширить зоны распределенной генерации, являющейся одной из основных технологий децентрализации.
Известно, что основными источниками ВИЭ являются гидроэлектроэнергия, энергия биомассы, солнечная и ветровая энергия, но в настоящее время наблюдается значительный рост использования солнца и ветра [2]. В глобальном масштабе общая ежегодно вводимая фотоэлектрическая мощность увеличилась с 8 ГВт в 2008 году до 120 ГВт в 2019 году. Между тем, общая ежегодно вводимая мощность ветроэнергетических установок увеличилась со 121 ГВт в 2008 году до 651 ГВт в 2019 году [2].
В мировой генерации доля производства энергии на основе фотоэлектрических преобразователей составляет 98,4% от общей генерации из всех типов солнечной энергии (более 830 тыс. ГВт-ч за 2020 год) [2, 3]. Генерация электричества с помощью фотоэлектрических станций в России имеет положительную динамику за счет ввода новых мощностей и снижения стоимости производства фотоэлектрический панелей (рис. 2). Таким образом, за последние 10 лет наблюдается резкий прирост генерации до 1200 ГВт-ч за 2020 год.
1400 -
к
Ц 1200 -
ет
8 2 1000 -
ор
800
а <и F и F
W m .
600
§ ^
Ш § 400
ё £ 200 (D 1-ч
2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 Рис. 2. Генерация электроэнергии из солнечной энергетики в России
Согласно последним данным IRENA, установленная мощность ветрогенерации увеличилась почти в 75 раз за последние два десятилетия, увеличившись с 7,5 ГВт в 1997 году до примерно 564 ГВт к 2018 году [2,4]. В России также отмечается резкий скачок использований ветряной энергии за счет снижения стоимости ветрогенераторов и повышения инвестиционной привлекательности проектов с данным типов ВИЭ. Рост генерации электроэнергии за счет использования энергии ветра в России за последние 10 лет представлена на рис. 3.
1600
и ч
g н 1400 рВ
« 1-н 1200
° к"
& s 1000 2 н
а й 800
я &
яне 600 иэ цо g, £ 400 ее
S £ 200
Ги
0
2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 Рис. 3. Генерация электроэнергии на суше из ветроэнергетики в России
Геотермальная энергетика основана на преобразовании тепловой энергии недр Земли [5]. По данным IRENA отрицательный тренд использования геотермальной энергетики в России показывает снижение спроса на электроэнергию на основе данного типа ВИЭ. За последние 10 лет наблюдается снижение генерации более, чем на 20%. При этом, общая тенденция использования геотермальной энергетики в мире имеет положительную динамику: за 2020 год генерация электроэнергии за счет преобразования тепловой энергии недр Земли в России составила 95 тыс. ГВт-ч за 2020 год.
«
600
«
!! 500
Й ^ ж и-(Т) ж
<3 2 400 а >к „
а 3 н 300
е е ю
1-4
200
В а я и а н
& 8 100 и ^
[—I Я п
2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 Рис. 2. Генерации электроэнергии из геотермальной энергии в России
Сегодня использование биотоплива в качестве источника энергии разделяют на традиционное (твердое) и современное (жидкое топливо, биогаз). При этом в Российской Федерации выделяют только использование твердого биотоплива в данном типе ВИЭ. Годовая генерация электроэнергии на основе биотоплива увеличилась практически в 4 раза за последний год с 109 ГВт-ч до 393 ГВт-ч (рис.2). Однако, несмотря на высокий прирост доли биоэнергетики в России, использование твердого биотоплива составляет 0,067% от общего использования биоэнергетики в мире. На 2020 год общая генерация электроэнергии из различных типов биоэнергетики в России, включая твердое и жидкое биотопливо, составила 583 тыс. ГВт-ч.
450
400
и и
гч
&н 350 нВ 8 К 300
ива250
лл эп
§ н
£ § & ^ 100
5 8
Г
пл200
150
50
0
2011
2012 2013 2014 2015
2016
2017
2018 2019
2020
Рис. 3. Генерация электроэнергии из твердого биотоплива в России
Энергия океана может также использоваться для производства электричества [2]. Однако, перспективные океанические технологии все еще находятся на стадии исследований и разработок. В мире наблюдается тенденция снижения генерации на основе энергии океана за последние 10 лет. В России использование данного типа ВИЭ также находится на низком уровне и не конкурирует с такими источниками энергии, как ветряная и солнечная энергия. За 2020 год генерация электроэнергии из энергии океана составила 0,35 ГВт-ч [2].
В данном исследовании предлагается рассмотреть возможность использования фотоэлектрической станции (ФЭС) мощностью до 50 кВт и занимаемой площадью до 300 кв.м и/или малой ветряной станции мощностью от 250 Вт до 10 кВт (малая ВЭС) в качестве основного источника электроснабжения автономного комплекса электропрогрева нефти с концентрацией парафиновых отложений до 20% при различных дебитах скважин (рис.4). Основной целью разработки данного комплекса является предотвращения образования парафиновых отложений (ПО) в нефтяных скважинах [4,6]. Использованный метод электротермического прогрева заключается в поддержании температуры нефти выше температуры образования ПО. Мощность, не затраченная на электрических прогрев, планируется перераспределяться на собственные нужны (СН) добывающей станции при избытке мощности от ФЭС и ВЭС.
Разработка автономного энергоэффективного комплекса с питанием от возобновляемых источников энергии позволит одновременно решить следующие проблемы:
1. Обеспечить повышение эффективности добычи нефти на новых труднодоступных месторождения, включая малые месторождения [7,8,9].
2. Обеспечить периодический электропрогрев нефтяных скважин с целью предотвращения образования парафиновых отложений с помощью электрического греющего кабеля.
3. Повысить энергоэффективность и надежность электроснабжения установок добычи нефти.
Рис. 4. Схема автономного комплекса повышения эффективности добычи нефти
При применении ВЭС или ФЭС в качестве источников питания для электротермического комплекса объем эмиссии парниковых газов составляет менее 20-30 тонн СО2 экв. в год. Данный показатель для автономных электротермических комплексов на базе ВЭС или ФЭС в 3-6 раз ниже, чем при использовании иных энергоисточников (централизованные сети электроснабжения ЕЭС страны; локальные сети электроснабжения на базе дизель-генераторных установок; передвижные парогенераторные установки, работающие на дизельном топливе).
Список литературы
1. Энергетическая стратегия России на период до 2035 года. [Электронный ресурс] URL: http://static.govemment.ru/media/files/w4sigFOiDiGVDYT4IgsApssm6mZRb7wx.pdf (дата обращения: 25.11.2022).
2. World Energy Transitions Outlook: 1.5°C Pathway. IRENA, 2022. [Электронный ресурс] URL: https://www.irena.org/Publications/2022/Mar/World-Energy-Transitions-Outlook-2022 (дата обращения: 22.11.2022).
3. Бубенчиков А.А. Солнечная энергия как источник электрической энергии / А. А. Бубенчиков, Е. Е. Нурахмет, В. О. Молодых и др. // Международный научно-исследовательский журнал. 2016. № 5 (47) Часть 3. С. 59—62.
4. Бельский А.А. Оценка влияния параметров ветроэлектрической установки на эффективность энергообеспечения геологоразведочных работ. Горное оборудование и электромеханика. №6, 2013. С. 7-13.
5. Ramirez A.D., Boero A., Rivela B., Melendres A.M., Espinoza S., Salas D.A. Life cycle methods to analyze the environmental sustainability of electricity generation in Ecuador: Is decarbonization the right path? Renewable and Sustainable Energy Reviews 2020, 134, 110373, DOI: 10.1016/j.rser.2020.110373.
6. Коптева А.В. Многопараметрический мониторинг магистральных нефтепроводов на основе радиоизотопного излучения. Автореферат дис. кандидата технических наук: 05.11.13 / минерально-сырьевой ун-т "Горный". Санкт-Петербург, 2013.
7. Лаврик А.Ю., Жуковский Ю.Л., Максимов Н.А. Определение оптимального состава резервируемой гибридной ветро-солнечной электростанции // Промышленная энергетика. 2019. Vol. 0, № 10. P. 47-53.
8. Абрамович, Б. Н. Проблемы обеспечения энергетической безопасности предприятий минерально-сырьевого комплекса / Б. Н. Абрамович, Ю. А. Сычёв // Записки Горного института. 2016. № 217. С. 132 - 139.
9. Яковлева Э.В. Анализ перспектив регионального развития интеллектуальных энергетических систем / Э.В. Яковлева, Е.В. Сизякова, П.В. Иванов, Ю.Л. Жуковский и др. // Российский экономический интернет-журнал. 2018. № 2. С. 107.
Бельский Алексей Анатольевич, канд. техн. наук, доцент, Belskiy_aa@pers.spmi.ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский горный университет,
Старшая Валерия Владимировна, аспирант, lerastarshaya@gmail. com, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский горный университет,
Шклярский Ярослав Элиевич, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, _ js-10@mail.ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский горный университет
DEVELOPMENT OF A UTONOMOUS COMPLEX FOR ELECTRIC HEATING OF OIL WELLS USING
RENEWABLE ENERGY SOURCES
Ya.E. Shklyarsky, A.A. Belskiy, V.V. Starshaia
One of the largest problems in oil production, which causes serious complications in the operation of oilfield equipment and pipeline communications, is the formation of paraffin deposits (PO) in oil wells. The direction of the research is to prevent the formation of software by developing an electrical complex powered by renewable energy sources. The proposed autonomous well heating system will increase the efficiency of oil production by maintaining the oil temperature above the paraffin deposit formation temperature throughout the year through the use of a photovoltaic power plant and/or a small wind power plant with an intermediate energy storage.
Key words: renewable energy sources, solar energy, wind energy, paraffin deposits, oil wells, oil production, distributed generation, autonomous power supply, electric heating, heating cable.
Belskiy Aleksey Anatolievich, candidate of technical sciences, docent, Belskiy_aa@pers.spmi.ru, Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg Mining University,
Starshaia Valeriia Vladimirovna, postgraduate, lerastarshaya@gmail.com, Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg Mining University,
Shklyarskiy Yaroslav Elievich, doctor of technical sciences, professor, _ js-10@mail.ru, Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg Mining University
УДК 630*114.11
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-1-520-526
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КОЛЕСНЫХ ВАЛОЧНО-СУЧКОРЕЗНО-РАСКРЯЖЕВОЧНЫХ МАШИН С ПОЧВОГРУНТОМ ЛЕСОСЕК В УСЛОВИЯХ РАЙОНА КРУНУБЕРГ (ШВЕЦИЯ)
Ю.И. Беленький, С.М. Базаров, Ф.В. Свойкин, В.Ф. Свойкин, В.А. Соколова, С.А. Войнаш
В статье рассматривается влияние лесных машин на почву лесосек и приведены результаты воздействие полурам многооперационной лесозаготовительной техники разных классов (легкого, среднего и тяжелого) и конфигураций колесного оборудования и дополнительного оборудования на поч-вогрунт лесосек в природно-производственных условиях Округа Крунуберг (Юг Швеции). Предлагаются методы и способы снижения негативного воздействия движителей колесных многооперационных лесных машин на почву лесосек. Целью исследований является оценка влияния конструктивных параметров движителей колесных валочно-сучкорезно-раскряжевочных машин (ВСРМ) разного класса и конфигурацией оборудования на почву лесосек. Колесные ВСРМ нагружались усилием 60 кН. Представлены результаты экспериментальных исследований воздействия движителей колесных ВСРМ на почвогрунт лесосек. Даны рекомендации о возможности апробирования результатов исследований в природно-производственных условиях арендной базы Западной части Северо-Западного Федерального Округа Российской Федерации.
Ключевые слова: валочно-сучкорезно-раскряжевочная машина, почвогрунт, давление на почву, рубки лесных насаждений, уплотнение почвы, сортиментная заготовка, скандинавская технология.
Введение. Сортиментная технология заготовки древесины является доминирующей в странах Евросоюза [14,16,17,18,19] и РФ. В настоящее время тенденция снижения последствий лесозаготовительной деятельности при осуществлении заготовки древесины сортиментной технологией, которая освещалась во многих работах [2,3,8] особенно актуальна [4]. В настоящее время в связи с существенным истощением лесосырьевой базы, необходимостью организации и проведения лесозаготовительных работ в ранее разработанных покрытых лесом участках, задача снижения последствий лесозаготовительной деятельности путем обоснования вариативных параметров процесса становится особо актуальным [9,10]. На данный момент уже имеются определенные результаты и даны рекомендации по снижению отрицательного влияния на почву лесосек при осуществлении некоторых видов рубок лесных насаждений. Воздействие технологических операций при проведении лесосечных работ на почву, воду, воздух, древостой, биоразнообразие и др. следует уменьшать исходя из соображений экологии [20]. Лесные почвы особо чувствительны к воздействию агрегатной техники, в особенности при проведении лесозаготовительных работ [15]. Гранулометрический состав, влажность почвы, содержание органических веществ, уклон местности, тип и размер транспортных средств, давления шин, формы шин, и количество проездов транспортных средств и др. оказывает влияние на масштабы, степень и продолжительность прямого и косвенного воздействия лесозаготовительной техники на почвы лесосек [3,15].
520
