Дослідження впливу форми коливань на ефективність роботи генератора осьових коливань

Анотація

У роботі оцінюється ефективність застосування генераторів осьових коливань бурильної колони з різними формами збурювальної сили. Дослідження проведено на основі чисельного моделювання, використовуючи розроблену в середовищі Modelica імітаційну модель бурильної колони. Бурильну колону представлено складеним стрижнем з розподіленими параметрами по довжині, із встановленим генератором осьових коливань, що розташований у похило-скерованій свердловині, заповненій промивальною рідиною.

Для моделювання використано спрощену (soft-string) модель бурильної колони. Враховано в’язку взаємодію між колоною та промивальною рідиною, а контакт зі стінками свердловини описано за допомогою моделі тертя Стрібека. Розглянуто шість типів форм коливань: гармонічну, трикутну, трапецевидну, суму двох синхронних гармонічних компонент, а також модифіковані трикутну та трапецевидну. Обрані форми відповідають типовим робочим характеристикам наявних генераторів осьових коливань або, згідно з оглядом літератури, мають забезпечувати підвищену ефективність у подоланні сил тертя та можуть бути реалізовані технологічно.

Усі варіанти моделювалися за однакової частоти збурювальної сили. Амплітуди сигналів обиралися так, щоб середньоквадратичне значення було однаковим для всіх форм, що відповідає рівним енергетичним затратам на створення коливань.

Результати моделювання для ділянки бурильної колони, розташованої в похило-скерованій свердловині з азимутальним кутом 39°, показали, що трапецевидна форма коливань є найефективнішою. Загалом порівняльний аналіз свідчить, що ефективність генератора осьових коливань зростає зі збільшенням СКЗ нормованої функції, яка описує форму коливань. Відтак, найбільш результативними є форми коливань, що є більш плоскими (менш загостреними) та енергонасиченими, що сприяє кращій передачі осьового навантаження та зменшенню сил тертя.