Estimation of mechanical energy consumption of the drill string in rotary drilling

  • I. I. Chudyk Ivano-Frankivsk National Technical University of Oil and Gas, 15 Karpatska Street Ivano-Frankivsk Ukraine, 76019
  • Ya. S. Hrydzhuk Ivano-Frankivsk National Technical University of Oil and Gas, 15 Karpatska Street Ivano-Frankivsk Ukraine, 76019
  • L. R. Yurych Ivano-Frankivsk National Technical University of Oil and Gas, 15 Karpatska Street Ivano-Frankivsk Ukraine, 76019
Keywords: drill string, drilling tool, drilling mud, power, kinetic energy

Abstract

The article is devoted to the study of dynamic phenomena in the drill string based on energy positions. The
friction of mechanical transmissions in rotor drive, curved sections of the drill string on drill-hole walls in the
drilling mud and change in the torque on the bit are the main causes of the mechanical energy consumption in the process of drilling. In this case, the required engine power is used for to provide drill string rotation in the well with some unevenness and bottom-hole deepening. 

The power balance equation of the mechanical system “power drive–drill string–bottom hole” is analyzed. The
authors have developed the problem for defining the kinetic energy of drill string in rotor drilling, which is spent on overcoming the friction in drive transmissions and drill string on drill-hole walls in the drilling mud as well as on drilling the bottom hole. The use of the defined mathematical dependencies is demonstrated by the nomograph for determining the friction power in case of drill string free run in the well. The obtained results of theoretical research can be used by engineering and manufacturing divisions of drilling enterprises for the engineering estimate of energy consumption in rotary drilling.

References

Александров М. Силы сопротивления при движении труб в скважине [Текст] / М. М. Александров. – М.: Недра, 1978. – 207 с.

Дейли И. Измерение сил, действующих на колонну бурильных труб и ее элементов движения в процессе бурения [Текст] / Дейлі, Дейринг, Пафф, Ортлофф, Линн // Тр. АО-ИМ. Конструирование и технология машиностроения. – 1968. – №2. – С. 24-34.

Янтурин А. Исследование диформации бурильной колонны в процессе бурения [Текст]: автореф. дис. канд. техн. наук / А. Ш. Янтурин. –– Тюмень, 1975. – 26 с.

Подавалов Ю. Иссследование распре-деления крутящего момента по длине сжатой части бурильной колонны при роторном бу-рении [Текст] / Ю. А. Подавалов. // Труды ВНИИТнефть. – Куйбышев, 1978. – Вып. 10. – С. 57-62.

Куликов В.В. Оценка расхода энергии, затрачиваемой в единицу времени на враще-ние колонны бурильных труб, по величине коэффи-циента полезного действия [Текст] / В.В. Куликов // Наукові праці ДонНТУ. Серія «Гірничо-геологічна». – 2013. – № 2(19). – С. 84–90.

Куликов В.В. Затраты мощности на ра-зрушение забоя геологоразведочной сква-жины [Текст] / В.В. Куликов // Наукові праці ДонНТУ. Серія «Гірничо-геологічна». – 2013. – № 2(19). – С. 77–83.

Чудик І.І. Дослідження процесів обер-тання бурильної колони у викривленій свер-дловині в середовищі бурового розчину / І.І. Чудик, Т.Г. Лавинюкова, Я.С. Гриджук, В.М. Гнатківський // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология изготовления и применения. – Киев, 2011. – Вип.14. – С. 102-108.

Глушич В. Г. Разработка технологии предупреждения пространственного изгиба бурильной колонны при бурении горизонта-льных скважин (на примере месторождений газа Черного и Азовского морей): автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. техн. наук: спец. 25.00.15 “Технология бурения и освоение скважин”. – Москва, 2002. – 23 с.

Тимошенко С. П. Статические и дина-мические проблемы теории упругости. – К.: Наукова думка, 1975. – 563 с.

Калинин И. С. О затратах мощности на холостое вращение колоны бурильных труб // Разведка и охрана недр. – 1970. – № 10 – С. 21–24.

Зиновьев В.А. Основы динамики ма-шинных агрегатов [Текст] / В.А. Зиновьев,

А.П. Бессонов. – М.: Машиностроение, 1964. – 239с.

Симонянц Л.Е. Разрушение горных пород и рациональная характеристика двига-телей для бурения / Л.Е. Симонянц. – М.: Недра, 1966. – 227 с.

Симонов В.В. Работа шарошечных долот и их совершенствование / В.В. Симо-нов, В.Г. Выскребцов. – М.: Недра, 1975. – 240 с.

Огородніков П.І. Вібрації та хвильові процеси в бурильній колоні, як додатковий ресурс збільшення корисної потужності на долоті / П.І. Огородніков, В.М. Світлицький, Б.М. Малярчук // Нафтова і газова промисло-вість. – 2010. – № 5. – С.19-23.

Болотин В.В. Случайные колебания упругих систем / В.В. Болотин. – М.: Наука, 1979. – 335 с.

Mikheev G. V., 2004, “Computer-aided modeling of dynamics of systems of rigid and flexible bodies subject to small deformations”, Ph.D. Thesis, Bryansk State Technical Universi-ty.

Pogorelov D. A Multibody systemapproach to drill string dynamics modeling // Proceedings of the ASME 2012 11th Biennial Conference On Engineering Systems Design And Analysis, ESDA2012, July 2-4, 2012, Nantes, France.

Published
2018-11-21
How to Cite
Chudyk, I. I., Hrydzhuk, Y. S., & Yurych, L. R. (2018). Estimation of mechanical energy consumption of the drill string in rotary drilling. Oil and Gas Power Engineering, (2(30), 17-24. https://doi.org/10.31471/1993-9868-2018-2(30)-17-24
Section
POWER ENGINEERING, CONTROL AND DIAGNOSTICS OF OIL AND GAS COMPLEX FACILITIES