АНАЛІЗ НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНОГО СТАНУ БУРИЛЬНОЇ КОЛОНИ ЗА ДОПОМОГОЮ МАТЕМАТИЧНОГО ТА ФІЗИЧНОГО МОДЕЛЮВАННЯ
DOI:
https://doi.org/10.31471/1993-9868-2024-2(42)-7-16Ключові слова:
бурильна колона, напружено-деформований стан, математичне моделювання, фізичне моделювання.Анотація
Описано результати дослідження напружено-деформованого стану бурильної колони під час її експлуатації у криволінійному стовбурі свердловини із жолобом / каверною. Аналіз проведено з використанням як математичного, так і фізичного моделювання об’єкту та предмету дослідження з подальшим порівнян-ням результатів. Для математичного опису бурильної колони використано тривимірне твердотільне моделювання та метод скінчених елементів, реалізований у автоматизованій системі для інженерних розрахун-ків. З метою фізичного моделювання використано спеціально розроблений лабораторний стенд. В якості моделі бурильної колони застосовано мідну трубку з спеціальним наповнювачем для досягнення критеріальної подібності між моделлю та її натурою. Для опосередкованого вимірювання нормальних напружень на поверхні мідної трубки було використано засоби тензометрування у поєднанні з персональним комп’ютером. В обох методах враховувалася обмежувальна дія стінок стовбура свердловини за допомогою його імітаторів. Під час досліджень бралася до уваги власна вага бурильної колони, дія осьової сили та крутного моменту. Задачу розв’язано у статичній постановці. В результаті аналізу визначено величини нормальних напружень у поперечному перерізі бурильної колони у місці жолоба / каверни для двох випадків: а) за відсутності осьової сили; б) при дії осьової сили стиску. Для статистичної оцінки результатів експериментальних досліджень на промахи було використано критерій Діксона. Даний метод рекомендований для вилучення некоректних результатів вимірювань у випадку малих експериментальних вибірок. Встанов-лено, що відмінність між теоретичними та експериментальними результатами становить максимум 5 %, що може свідчити про їх коректність та можливість застосування для практичних потреб. Зазначено, що подальші дослідження можуть бути спрямовані на розв’язання аналогічної задачі, але вже у динамічній постановці.
Завантаження
Посилання
1. Кudaibergenov Askar, Kudaibergenov Askat, Khajiyeva L. A. On Nonlinear Spatial Vibrations of Rotating Drill Strings under the Effect of a Fluid Flow. Wseas transactions on applied and theoretical mechanics. 2023. Vol. 18. P. 75 – 83. DOI: 10.37394/232011.2023.18.8
2. Wang C., Chen W., Wu Z., Li J., Liu G. Stick–Slip Characteristics of Drill Strings and the Related Drilling Parameters Optimization. Processes. 2023. No. 11. P. 1 – 17. DOI: https://doi.org/10.3390/pr11092783
3. Yan B., Tian J., Meng X., Zhang Z. Stick–Slip Vibration Characteristics Study of the Drill String Based on PID Controller. Energies. 2023. No. 16. P. 1 – 15. DOI: https://doi.org/10.3390/en16237902
4. Jiahao Zheng, Hongyuan Qiu, Jianming Yang, Stephen Butt. Fatigue Life Prediction of Drill-String Subjected to Random Loadings. Proceedings of the ASME 2014 International Mechanical Engineering Congress and Exposition: Montreal, November 14-20. 2014. Montreal, 2014. P. 1 – 11.
5. Chong Wang, Xufeng Li, Yafeng Li, Wenhao Xu, Wuyi Liao. Analysis of the Effect of Whirl on Drillstring Fatigue. Shock and Vibration. 2021. P. 1 – 12. DOI: https://doi.org/10.1155/2021/6666767
6. Fangfei Huang, Jin Yang, Bin Li, Lunke Gan, Qizeng Feng. Study on dynamic charaсteristics of drill string in deep-water riserless drilling. Advances in Mechanical Engineering. 2023. Vol. 1 (15). P. 1 – 16. DOI: ttps://doi.org/10.1177/16878132221142113
7. Svitlytskyi V., Iagodovskyi S., Bilenko N. Effect of vibration dampers on the dynamic state of a drill string. Technology Audit and Production Reserves. 2023. 5 (1 (73)). P. 32 – 36. DOI: https://doi.org/10.15587/2706-5448.2023.290145
8. Khajiyeva L.A., Sabirova Yu.F., Sabirova R.F. Modelling of horizontal drill string motion by the lumped-parameter method. JMMCS. 2022. No 3 (115). P. 132 – 142. DOI: https://doi.org/10.26577/JMMCS.2022.v115.i3.012
9. Huang Zhihong, Wang Hanxiang, Lv Xiaoxiao, Liu Yanxin. Characteristic Analysis of Collision Between Drill String and Well Wall. Journal of Physics: Conference Series. 2021. Vol. 1757. P. 1 – 8. DOI: 10.1088/1742-6596/1757/1/012016
10. Zebing Wu, Wenxi Zhang, Ruofei Yuan, Jiale Liu. Buckling and dynamic analysis of drill string system in horizontal wells. Nonlinear Dynamics. 2024. 29 Jan. P. 1 – 23. DOI: https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-3100379/v1
11. Haidaichuk V.V., Levkivska L.V., Lazareva M.V. Prohnozuvannia zakrytychnoi povedinky burylnykh kolon u horyzontalnykh sverdlovynakh. Strength of Materials and Theory of Structures. 2023. No 110. P. 118 – 130. DOI: 10.32347/2410-2547.2023.110.118-130
12. Qiang Liu, Bo Zhou, Feng Chen, Ning Li, Junfeng Xie, Mifeng Zhao, Qinfeng Di, Chun Feng, Shengyin Song, Chengxian Yin. Optimal design and nonlinear dynamic characteristics of titanium /steel drill pipe composite drill string for ultra deep drilling. Scientific Reports. 2023. No 13, 20491. P. 1 – 17. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-47156-y
13. Shan Y., Xue Q., Wang J., Li Y., Wang C. Analysis of the Influence of Downhole Drill String Vibration onWellbore Stability. Machines. 2023. No 11. P. 1 – 24. DOI: https://doi.org/10.3390/machines11070762
14. Raçkevıç R.V., Çudık İ.İ., Raçkevıç İ.A., Al-Tanakçı Ahmed. Kaverna ilə quyu intervalında qazma kəmərinin sahəsinin gərginlik-deformasiya vəziyyətinin təhlili. SOCAR Proceedings Special Issue. 2022. No. 2. P. 001 – 008. [in Romania]
15. Rachkevych R., Ivasiv V., Bui V., Yurych L., Rachkevych I. Laboratory research of the stress-strain state of the drill string in the local bend of the well. Technology audit and production reserves. 2019. No 1/1 (45). P. 15 – 24.
16. Rachkevych R.V., Chudyk I.I., Kharun V.R., Rachkevych I.O. Modernizatsiia labor-?tornoho stendu dlia doslidzhennia napruzheno-deformovanoho stanu modeli dilianky burylnoi kolony. Naftohazova enerhetyka. 2023. No 1 (39). P. 42 – 49. DOI: https://doi.org/10.31471/1993-9868-2023-1(39)-42-49 [in Ukrainian]
17. Sverdan P.L. Vyshcha matematyka. Matematychnyi analiz i teoriia ymovirnostei: Pidruchnyk. Kyiv, 2008. 450 p. [in Ukrainian]
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 Нафтогазова енергетика
TЦя робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
.png)
1.png){kind=logo}
