Прогнозування довговічності елементів бурильної колони при вібраційному навантаженні

Abstract

Дисертацію присвячено вирішенню проблеми підвищення експлуатаційної надійності бурильної колони шляхом контролю рівня її вібрації та прогнозування довговічності елементів компоновки низу бурильної колони, що працюють в умовах інтенсивного вібраційного навантажування. Враховуючи тенденцію розвитку сучасних систем вібродіагностики удосконалено систему реєстрації, обробки та аналізу вібраційних характеристик бурильної колони та адаптовано її для роботи в промислових умовах. Удосконалено математичну модель визначення напруженого стану в елементах бурильної колони, що працюють в умовах вібраційного навантажування. Розроблено комп’ютерну модель, яка враховує вплив замкових різьбових з’єднань на динамічний стан бурильної колони в залежності від режиму її навантажування. Встановлено залежності граничної віброшвидкості елементів бурильної колони від конструкції свердловини, компоновки бурильної колони та режиму буріння, у відповідності з якими запропоновано шляхи нормування вібрації. Запропоновано метод прогнозування довговічності замкових різьбових з’єднань компоновки низу бурильної колони під час буріння свердловини, що дало можливість оцінити рівень їх вібраційного навантаження та довговічність. Промислову перевірку запропонованого методу здійснено на свердловині Макунівська-15 Стрийського ВБР, за результатами якої розроблена “Методика прогнозування довговічності елементів бурильної колони в умовах вібраційного навантажування”.

Диссертация посвящена решению проблемы повышения эксплуатационной надежности бурильной колонны путем контроля уровня ее вибрации и определения долговечности элементов компоновки низа бурильной колонны, которые работают в условиях интенсивной вибрационной нагрузки. Особенную актуальность она приобретает в сложных горно-геологических и техникотехнологических условиях бурения нефтяных и газовых скважин, в частности при вибрационной нагрузке элементов низа бурильной колонны. Учитывая тенденцию развития современных систем вибродиагностики, усовершенствована система регистрации, обработки и анализа вибрационных характеристик бурильной колонны. Конструкция и дополнительная аппаратная часть такой системы рассчитаны на работу в промышленных условиях. Усовершенствована математическая модель определения напряженного состояния в элементах бурильной колонны в процессе вибрационной нагрузки. При этом особое внимание уделено возникновению динамических напряжений в замковых резьбовых соединениях, как наиболее уязвимых местах бурильной колонны. Предложены аналитические зависимости динамических напряжений от виброскорости колебаний. Разработана компьютерная модель для исследования продольных колебаний бурильной колонны, которая учитывает влияние замковых резьбовых соединений на динамическое состояние бурильной колонны в зависимости от режима ее нагрузки. Экспериментальные исследования колебаний бурильного инструмента, проведены на буровом стенде СБА-500, подтвердили с точностью до 10% результаты теоретических исследований зависимости динамических напряжений от виброскорости колебаний. На основе результатов экспериментальных исследований установлены зависимости предельной виброскорости элементов бурильной колонны от конструкции скважины, компоновки бурильной колонны и режима бурения. В соответствии с установленными зависимостями предложены пути нормирования вибрации бурильной колонны. Усовершенствована математическая модель определения долговечности элементов бурильной колонны при действии случайной вибрационной нагрузки. С использованием такой модели обоснован метод прогнозирования долговечности замковых резьбовых соединений низа бурильной колонны в условиях проводки скважины, что обеспечило повышение контроля уровня их вибрационной нагрузки. Осуществлена промышленна проверка предложенного метода на скважине Макунивская-15 Стрыйского УБР. По результатам экспериментальных исследований разработана “Методика прогнозирования долговечности элементов бурильной колонны в условиях вибрационной нагрузки”.

The dissertation is devoted a solution of a problem increase of use reliability of a drillstring by check of level of its chattering and life test of members configuration of a bottom of a drillstring which one work in the conditions of intensive percussive shipment. Allowing for a tendency of progressing of modern systems chattering diagnostics the recording system is improved, treating and the analysis of percussive performances of a drillstring and is adapted it for operation in industrial conditions. The mathematical model of definition of a stressed state in members of a drill column in the course of a percussive offloading is improved. The elaborated computer model, which one use provides the account of influencing latch screwed joints on a dynamic state of a drillstring depending on a mode of its shipment. It is erected dependences limiting chattering velocity members of a drillstring from a construction of bore well, a drilling string assembly and a drilling practices. The method of life test latch screwed joints of a bottom hole assembly and means of its realisation that has provided increase of check of level of their percussive shipment is tendered. Industrial check of the tendered method it is carried out on bore well Makunywska-15 Stryjsky branch of chisel works. By results of experimental researches the method of application of forecasting of durability of members of a drill column in the conditions of a percussive offloading is elaborated.