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地熱井における
小型ハイパワーリグ設計・開発
2020年6月
帝石削井工業株式会社 技術企画部/営業部 次長 松浦義之
2内 容
1. 背景
2. 課題
3. 実施計画
4. 実施体制
5. 成果
6. 実証試験概要 - 無負荷試験① -
7. 実証試験スケジュール
1. 背景 3
◆ 大型リグの搬入・搬出に係る付帯工事(道路拡幅・橋補強等)
大型リグと同等能力の小型リグによる費用の削減
さらなる費用削減/人材不足解消に期待
◆ 若年層の定着率の低下/業界の高年齢化による人員補強の障害
自動化・省力化による人材不足の解消
◆ 開発した制御技術を既存リグへ導入できれば・・・
42. 課題
「小型ハイパワーリグ」に求められる仕様
積載14tクラスのトラックにて資機材が運搬可能
リグ組立に用いるクレーンは80tクラス
最終口径8-1/2” 深度2,000m程度の傾斜井掘削が可能
2,000m²以下の敷地で多様なレイアウトにてリグアップが可能
エアレーテッド掘削にも対応可能
ダウンタイムが少なく、メンテナンスが容易なACリグ
リグ制御に使用するPLC(programmable logic controller)等が国
内で標準的に使用されている
PLCは掘削パラメーターのロガー機能を備える
PLC用のプログラムには自動掘削機能が組み込まれている
53. 実施計画
① リグ全体(櫓、サブスト、DW、RT、ハンドリングツール等)・ 2018年度のリグ詳細図面を元に、主要掘削会社から意見集約を行う。・ 集約した意見を元にコストと成果を評価し、必要であれば詳細図面を加筆修正する。・ 2018年度に選定したDWおよびRTを準備する。・ DWの実証試験に使用可能な2,000m級リグを準備する。・ 準備したリグにDWおよびRTを仮設する。
② 泥水循環システム(泥水ポンプ、泥水ユニット、タンク類等)・ 2018年度の詳細図面に関して主要掘削会社から意見集約を行う。・ 集約した意見が評価改善となる場合は製作図面を加筆修正する。
③ 電機制御システム設計(VFD/MCC/PLC、制御プログラム、モーター設計)・ 2018年度の設計システムに関して、主要掘削会社から意見集約を行う。・ 試験用の制御システムとは別にMCCを含めリグ全体の制御が可能なシステムを
詳細設計する。
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④ 電機制御システム試作・ DW、RTを動作可能な試験用電機室を製作し、接続するために必要な設備を手配
する。・ 試験用電機室を介してDW、RTを操作可能な試験用制御室を製作する。・ 制御プログラムのうち、データロガー機能を完成する。・ ロガーの表示機能について設計を行う。
⑤ 電機制御システム実証・ DW、RTおよび製作した試験用電気室、制御室を組立し、以下の動作確認を行う。
→ 動作実証試験(無負荷):入力信号パラメータ調整、信号入力による動作確認。→ 無負荷試験の結果から抽出された不具合を修正する。→ 操作プログラム用マニュアル案を作成する。
⑥ ミニチュアリグ・ 2018年度で得られた改善策を検討し改善を行い、意見集約を行う。
74. 実施体制
日鉄鉱コンサルタント(株)(NMCC)
操作監視画面製作、試験用制御室製作、ロギング機能製作、実証試験、プログラム操作マニュアル作成
電機制御部設計製作(FE)
帝石削井工業(株) ACモーター製作、VFD製作、MCC製作等
全体取り纏め
商社(コスモス商事)
情報収集、図面製作支援等
ミニチュアモデル設計製作模型(共立模型)
ミニチュアリグ課題抽出、改善等
【委託先】
【外注先】
85. 成果① リグ全体(櫓、サブスト、DW、RT、ハンドリングツール等)
・ 主要掘削会社から集約した意見を元に、コストと成果を評価した。
機材配置:敷地40m x 50m 機材配置:62m x 32m
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・ 集約した意見に基づき製作図面についてはTDDSを加筆した。
TDDS
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・2018年度に選定したDW、RTをレンタルした。
DW
RT
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・ 実証試験に使用可能な2,000m級リグを準備し、DW、RTを仮設した。(安全対策含む)行った。実証試験について近隣住民の理解を得るために住民説明会を行い、近隣住民の理解を得た。
住民説明会
リグ組立
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③ 電機制御システム設計(VFD、MCC、PLC、制御プログラム、モーター設計)・ 設計システムに関して、主要掘削会社から意見集約を行った。・ MCCを含めたリグ全体の制御が可能なシステムの設計を行った。
DW、RT、MPの所要動力に基づき適したモータを設計
モータ
メンテナンス向上
コンテナパッケージハウス(VFDハウス)小型化
電気品の国内メーカ採用による予備品の削減、サービス員の省人化
異常時の掘削中断時間が少なく、メンテナンスしやすい電機制御システムの開発
日本の地熱掘削設備の設置場所や道路状況に合わせ、14tトラックで運搬できるよう、電機制御システムのコンテナハウスパッケージの設計
② 泥水循環システム(泥水ポンプ、泥水ユニット、タンク類等)・ 詳細図面に関する主要掘削会社からの意見は、特段無かった。
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④ 電機制御システム試作・ DWおよびRTを動作可能な試験用電機室(VFD)を製作した。・ 必要なケーブル類を手配した。
VFD
PLC
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・ VFDを介してDWおよびRTを操作可能な試験用制御室(ドリラーズキャビン)を製作した。・ データロガー機能を製作(ロガー表示機能については、本委託の中で設計)した。
ドリラーズキャビン
モニタ画面
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⑤ 電機制御システム実証・ リグ、DW、RTおよび製作したVFD、ドリラーズキャビンを接続し、実証試験を開始した。・ 試験は帝石削井工業(株)成東整備センター(成東C)で実施した。・ 実証試験において以下の動作確認等を行った。
1) 動作実証試験(無負荷)→ 入力信号パラメータ調整→ 信号入力による動作確認
2) 無負荷試験から抽出された不具合修正・ 操作プログラム用マニュアル案の作成を開始した。・ 2020年2月、掘削技術推進委員会による見学会開催。
発電機 VFD
制御室 DW
R/T
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⑥ ミニチュアリグ2018年度で得られた改善策を検討し、TDDSのミニチュア製作やシミュレーター機能の追加製作を開始した。
TDDS
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操作パネル
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使用装置および動力・操作線接続状況
1)信号入力による動作確認項目 (次頁参照)・操作でDW、R/Tの動力作動確認・付属機器類の作動確認・自動(手動)でのブレーキ作動確認2)入力信号パラメータ調整・DW、R/Tの動力の作動に関連するセンサー類の種類・適用範囲3)不具合が発生した場合は次回試験までに修正
6. 実証試験概要 - 無負荷試験① -
マスト/サブストラクチャー組立後、設置したDWおよびR/TにAC動力モーターを接続する。また、制御システムに接続し以下の動作確認を行うことを目的とする。
発電機 VFD
制御室 DW
R/T
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信号入力による動作確認項目
1. H/B衝突防止機能2. H/B最高速度設定機能3. WOB一定自動掘進4. WOB等急変時のアラーム機構5. ポンプ圧急変時の掘進停止6. WOB急変時の掘進停止7. 揚降管時専用の操作モード8. マルチタッチパネル9. R/TQ上昇時の緊急停止
10. R/TQ低下時の掘進停止11. R/TQ変動時のアラーム(画面連動)12. R/TQ上限設定13. R/T停止・ロック機能14. センサー故障時動作可能モード15. 電気系統加熱時の対策機能16. 非常停止機能(手動・自動)
217. 実証試験スケジュール
「地熱井掘削における小型ハイパワーリグ設計・開発」スケジュール