Лабораторне моделювання деформації трубної колони в криволінійному стовбурі свердловини

Abstract

Метою роботи є розроблення та виготовлення лабораторного стенду для експериментального дослідження просторової деформації моделей трубних колон за умов, які імітують свердловини з довільним викривленням осі. Для відповідності між моделлю та натурою трубної колони і стовбура свердловини використано положення теорії подібності. За основні одиниці вимірювання вибрано силу, довжину та час. За основні параметри системи прийнято довжину трубної колони; вагу її одиниці довжини; осьову силу, яка діє на трубну колону; жорсткість на згин; прискорення вільного падіння; момент сили в поперечному перерізі трубної колони; нормальне напруження в її поперечному перерізі. Для семи основних параметрів системи та трьох основних одиниць вимірювання записано чотири критерії подібності між моделлю та натурою: довжина, сила, момент сили і напруження. Використовуючи критерії подібності, виготовлено модель ділянки бурильної колони, що складається із сталевих бурильних труб із зовнішнім діаметром 127 мм. Як механічну модель використано наповнену обважнювачем мідну трубку, до складу якої входить залізний та свинцевий шрот у співвідношенні 0,88 : 0,12. Для забезпечення впливу зовнішнього навантаження на деформацію моделі спроектовано та виготовлено лабораторний стенд, який забезпечує: дію на модель осьової сили та крутного моменту; імітацію стовбура свердловини з просторово викривленою віссю. Розроблені в роботі критерії подібності та експериментальна установка можуть бути використані для аналізу напружено-деформованого стану трубних колон, що працюють у криволінійних ділянках свердловин. Зокрема у випадках, аналітичне моделювання яких представляє певні труднощі, наприклад за одночасної зміни із значною інтенсивністю як зенітного, так і азимутального кутів стовбура.

The objective of this work is development and manufacturing of test bench for experimental research of spatial elastic deformations of pipe columns in conditions, which imitate wells with arbitrary axis curvature. Basic principles of similarity theory were used for accordance between model and reality of pipe column and well bore. Force, length and time were chosen as basic units of measurement. Pipe column length; weight of length unit; axial force, which loads pipe column; flexion stiffness; free fall acceleration; force moment in pipe column cross-section and normal stress in pipe column cross-section were chosen as basic parameters of mechanical system. Four criteria of similarity between model and reality, especially length, force, force moment and stress were written for seven basic parameters of mechanical system and basic units. Model of drill string section, which consists of drill pipes with external diameter 127 mm, was made, using similarity theory. Copper pipe filled by weighing material, which consist of iron and plumb shot in proportion 0,88 / 0,12 was used as mechanical model. Laboratory test bench was designed and made for ensuring of influence of external load on model deformation. This laboratory test bench secures: load on model by axial force and torsion moment; imitation of well bore with spatial axis curvature. The developed similarity criteria and laboratory test bench can be used for analysis of pipe columns intensedeformed state in curvilinear well bore sections. Especially in cases, when analytical modeling is impossible to use. For example, when inclination and direction angles of well bore are simultaneously changed with very high rate.