НАФТОГАЗОВА ЕНЕРГЕТИКА: ДОСЛІДЖЕННЯ ОБЕРТОВИХ РУХІВ КОЛОН НАДГЛИБОКОГО БУРІННЯ - Научное сообщество
Главная
UA PL EN

Вас приветствует Интернет конференция!

Приветствуйем на нашем сайте

Рік заснування видання - 2011

НАФТОГАЗОВА ЕНЕРГЕТИКА: ДОСЛІДЖЕННЯ ОБЕРТОВИХ РУХІВ КОЛОН НАДГЛИБОКОГО БУРІННЯ

16.01.2025 17:13

[3. Технические науки]

Автор: Горбунович Ірина Валентинівна, кандидат технічних наук, доцент кафедри вищої математики, Національний транспортний університет, м. Київ



Нафтогазова енергетика є однією з найважливіших галузей промисловості, що визначає енергетичну безпеку та економічний розвиток багатьох країн. Однією з її ключових проблем є освоювання техніки й технології буріння надглибоких свердловин. Режими проходки надглибоких свердловин під час обертового руху колони можуть супроводжуватися ефектами біфуркаційного випинання її та інтенсифікацією вібрацій. При цьому важливо визначити не тільки випинання колони. Дослідження цих режимів дозволить знаходити зони контактної взаємодії її зі стінкою свердловини й обчислювати сили цих взаємодій.

У роботі досліджуються біфуркаційні рівноважні стани обертових наддовгих бурильних колон з внутрішнім потоком рідини, критичні сполучення їх характерних параметрів і форми їх починаючого випинання. 

У підвішеному стані на бурильну колону діють розподілені сили ваги. Вони створюють у ній розтягувальну осьову силу, яка досягає максимуму в точці підвісу й спадає до значення реакції опори на її нижньому кінці. Через це вся колона перебуває у розтягнуто-стиснутому напруженому стані. Щоб надати колоні обертового руху, до її верхнього кінця прикладається крутний момент. Обертовий рух суттєво впливає на квазістатичну й динамічну поведінку бурильної колони. Для колон з геометричними недосконалостями він призводить до появи відцентрових сил інерції, які істотно впливають на стійкість прямолінійної форми бурильної колони. У випадках збудження згинних коливань обертання є джерелом виникнення коріолісових сил інерції. Складні ефекти в бурильних колонах породжуються також зовнішніми потоками промивної рідини. На практиці всі перелічені сили й дії можуть мати місце одночасно з різними сполученнями їх інтенсивностей і приводити, залежно від довжини колони, до різних позаштатних режимів. Тому у разі видобутку палив з великих глибин підвищення ефективності буріння тісно пов'язано з проблемами виявлення критичних режимів функціонування бурильних колон і з розробкою заходів по зниженню їх негативного впливу на технологічний процес. Зазначені явища можуть приводити до аварійних ситуацій, що супроводжуються обривом труби бурильної колони, схопленням різального інструменту в зоні різання породи й затиранням ділянок колони у породу, розгвинчуванням труб бурильної колони, відхиленням осі свердловини від вертикалі та її незапланованим викривленням, а також втратою стійкості стінок свердловини і їх заваленням.

Для дослідження біфуркаційного випинання обертової бурильної колони застосовуються сингулярні диференціальні рівняння її нейтральної рівноваги в збуреному стані, які складено з урахуванням наявності внутрішньої поздовжньої сили , крутного моменту , відцентрових сил інерції від обертання колони й сил  від руху внутрішнього потоку рідини [1,2]. Ці рівняння мають вигляд

(1)

біфуркаційні розв’язки системи (1) знаходяться за граничних умов 

(2)

При реалізації процесу побудови розв’язків система (1) двох рівнянь четвертого порядку зводиться до системи восьми рівнянь першого порядку

(3)

де - восьмивимірна шукана вектор-функція з компонентами, –сталі матриці коефіцієнтів розміру 88. 

Вектор-функція  повинна задовольняти граничним умовам 

(4)

що випливають з (2). Тут  – сталі матриці розміру 48. 

Загальний розв’язок системи (3), (4) для заданих представляється 

у формі Коші

5)

де – матриця Коші розміру 88 розв’язків системи (3) з початковими умовами  – одинична матриця, – шуканий сталий восьмивимірний вектор.

Компоненти вектора  знаходяться із системи лінійних алгебраїчних рівнянь. Значення  в (3), за яких визначник матриці коефіцієнтів (4) обертається в нуль, є критичними. За цих значень кутової швидкості бурильна колона втрачає стійкість і випинається.

За результатами досліджень побудовано моди починаючого біфуркаційного випинання бурильних колон. Показано, що їх форми являють собою суперпозицію великомасштабних біфуркаційних спіральних вейвлетів і дрібномасштабних тривимірних вейвлетів.

Для стабілізації бурильної колони в її конструкцію вводять допоміжні елементи – центрувачі. Розглянуто вплив цих елементів на стабілізацію нижньої частини колони [3].

Дослідження обертового руху бурильних колон, їхнього біфуркаційного випинання є важливим напрямком для вдосконалення технологій глибокого буріння в нафтогазовій енергетиці. 

Література

1. Gulyayev V.I. Gaidaichuk V.V., Solovjov I.L., Gorbunovich I.V. The buckling of elongated rotating drill strings. J. Petr. Sci. Eng. 2009. No 67. P. 140 – 148.

2. Горбунович І.В. Біфуркаційні випинання обертових гіпердовгих стрижнів з внутрішнім потоком рідини. Вісник Національного транспортного університету. 2010. №21. С.310 –314.

3. Горбунович І.В., Соловйов І.Л. Біфуркаційні стани наддовгих обертових стрижнів з центрувачами. Вісник Національного транспортного університету. Серія «Технічні науки». Науково-технічний збірник. К.: НТУ. Вип.  1 (52). 2022. C. 121 – 126.



Creative Commons Attribution Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
допомога Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter

Другие научные работы даной секции

Конференции

Конференции 2025

Конференции 2024

Конференции 2023

Конференции 2022

Конференции 2021



Міжнародна інтернет-конференція з економіки, інформаційних систем і технологій, психології та педагогіки

Наукова спільнота - інтернет конференції

:: LEX-LINE :: Юридична лінія

Інформаційне суспільство: технологічні, економічні та технічні аспекти становлення