Генерація віброколивань у процесі буріння свердловин

Abstract

На даний час частка активних запасів нафти в балансі більшості нафтових компаній складає близько 45 відсотків і продовжує знижуватися. Частково це пов’язано з переходом основної групи родовищ на заключну стадію розробки. Тому одним з головних напрямків підвищення ефективності видобування нафти є вдосконалення технології нафтовидобування, що забезпечує інтенсифікацію притоків, підвищення продуктивності енерго- та ресурсозбереження у процесі експлуатації нафтових родовищ. Чималу роль тут відіграє відновлення та ремонт малодебітних свердловин, як наслідок супутніх техногенних процесів, що відбу ваються в привибійній зоні та стовбурі свердловини. Коливна механіка – достатньо новий розділ механіки та теорії нелінійних коливань, що інтенсивно розвивається в сучасній науці як в Україні, так і за її межами. Розвиток цього напрямку лежить в основі вібраційно-коливної техніки та технологій. Ще не так давно коливання та вібрація розглядалися з точки зору небажаних явищ, і навіть як шкідливі фактори, що призводили до різного типу руйнувань та аварій. На даний час вібрації та коливання знаходять широке застосування у різноманітних напрямках промисловості. Поштовхом до розвитку коливної механіки ще у 1951 році стала робота відомого науковця П.Л.Капіци «Динамическая устойчивость маятника при колеблющейся точке подвеса», в якій була розв’язана задача про маятник з вібруючою точкою підвісу: по-суті запропоновано достатньо ефективний спосіб розгляду подібних задач. Виявилося, що за наявності вібрацій можливим є стійке вихрове положення маятника. Таке незвично стійке положення завдячує наявності системи сил, зумовлених коливаннями, а саме вібраційних сил. На даний час коло питань, пов’язаних з розв’язком сучасною вібраційно-коливною механікою, умовно поділяють на чотири типи, а саме: – вплив коливань і вібрації на довільні механізми; – задачі теорії синхронізації механічних коливних джерел; – задачі теорії коливних переміщень; – проблеми віброреології та створення динамічних матеріалів. У ході досліджень розглядалося питання впливу обертового руху промивальної рідини на гідродинамічні процеси для підвищення її транспортуючих властивостей, особливо у процесі буріння горизонтальних свердловин. На сьогоднішньому етапі розвитку науки і техніки підвищення ефективності буріння горизонтально-скерованих свердловин відбувається за рахунок вдосконалення гідродинамічних циркуляційних процесів, що попереджають ускладнення, пов'язані з порушенням стійкості стінок свердловини, утворенням застійних зон, сепарацією шламу за значного зниження енергозатрат. Суть роботи полягає у формуванняі стійкості обертово-поступального руху промивальної рідини в кільцевому каналі горизонтальної свердловини безпосередньо енергією потоку, а також обґрунтування методів регулювання гідродинамічних параметрів і структури потоку з врахуванням конкретних геолого-технічних умов.

At present time, the portion of active oil reserves in the balance of majority of oil companies is around 45% and continues to decrease. It is partially related to transition of the main group of fields into final stage of their development. Therefore, one of the principal policies in enhancement of oil recovery is improvement of oil recovery technology that would enable flow intensification and increase of effective energy and resource preservation in the process of exploitation of oil fields. Not a small role plays renewal and repair of marginal wells as a consequence of accompanying anthropogenic processes that take place in the bottomhole zone and well. Oscillation mechanics is a relatively new field of mechanics and theory of nonlinear oscillations that is intensively developing in modern science of Ukraine and beyond its borders. Until recently, oscillations and vibrations were considered from the point of view of non-desirable phenomena, and even as harmful factors that would cause destructions and accidents of different types. Nowadays, vibrations and oscillations find a broad application in various branches of industry. Back in 1951, the work of famous scientist P.L.Kapitsa “Dynamic stability of a pendulum with a vibrating point of suspension”, that solved the problem of pendulum with a vibrating point of suspension, and, as a matter of fact, proposed the efficient enough way of consideration of the similar problems, gave impulse to the development of oscillation mechanics It turned out that the stable vortex position of a pendulum is possible under vibrations. Such an unusual stable position is possible at the expense of existence of the system of forces caused by oscillations, namely – vibrational forces. Currently, the circle of issues related to the solution of modern vibrational oscillation mechanics are conditionally divided into four categories, namely: - influence of oscillations and vibrations on voluntary mechanisms; - problems of synchronization theory of mechanical oscillation sources; - problems of theory of oscillation dislocations; - problems of vibrational rheology and creation of dynamic materials. In the process of research, there was investigated the question of influence of rotary movement of washing fluid on hydrodynamic processes with the purpose of enhancement of its transportation properties, especially in the process of drilling of horizontal wells. At present stage of science and technology development, improvement of effectiveness of drilling of horizontal wells is done at the expense of improvement of hydrodynamic circulation processes that prevent complications related to stability disturbances of well walls, formation of stagnation zones, and separation of sludge with significant reduction of energy costs. The matter of the article is related to the process of formation of stability of rotary-forward motion of washing fluid in the annulus of horizontal well directly by the energy of the flow, and also substantiation of methods of regulation of hydrodynamic parameters and flow structure with consideration of concrete geological and technical conditions.