Динаміка бурильного інструменту при поглибленні свердловин на морі з плавучих засобів

Abstract

Дану дисертаційну роботу присвячено вивченню впливу плавучої бурової установки і водовіддільної колони на динамічні режими роботи бурильного інструменту при бурінні свердловин в умовах глибокого моря. Дослідження проводились шляхом імітаційного моделювання роботи системи та аналізу отриманих результатів. Основним напрямком подальшого розвитку існуючих моделей є їх уточнення шляхом урахування впливу нових факторів та розробка узагальнених моделей бурових систем. За об’єкт дослідження обрано систему, що включає плавучу бурову установку, натяжну систему водовіддільної колони канатного типу, яка складається з восьми одинарних натяжних пристроїв, водовіддільну колону, бурову вежу, талеву систему, компенсатор вертикальних переміщень підкронблочного типу з М-подібним важільним механізмом запобіганню зношенню талевого канату, верхній привід, бурильну колону, наддолотний амортизатор та породоруйнівний інструмент. Для вивчення динаміки роботи досліджуваної системи обрано підхід, який базується на побудові абстрагованої, багаторівневої, топологічної імітаційної моделі системи у вільній, патенто-незалежній, об’єктно-орієнтованій, декларативній мові моделювання верхнього рівня Modelica. Для цього розроблено бібліотеку OffshoreDrill, що є структурованим каталогом імітаційних моделей окремих підсистем і елементів плавучої бурової установки та правил поєднання їх між собою. Створено інструкцію з її використання, яка описує порядок побудови імітаційної моделі довільної бурової системи. Розроблені імітаційні моделі розв’язуються компіляторами мови Modelica чисельними методами в часовій області, що дає змогу вивчати як усталені так і перехідні динамічні процеси, що виникають у досліджуваній системі.

This thesis is devoted to the study of the influence of the drilling rig and the riser on the dynamic modes of the drill bit during drilling wells under deep-sea conditions. The research conducted by simulating the work of the system and analyzing the simulation results. The main direction of further development of existing models is their refinement, taking into account the influence of new factors and the development of generalized models of drilling systems. For a simulation object has been selected a system that includes a floating drilling rig, a wire riser tension system consisting of eight single wire tensioner, riser, derrick, block-and-tackle system, crownblock have compensator, top drive, drill rig, drill shock absorber and drill bit. To study the dynamics of the system is chosen an approach based on the construction of an abstract, multidomain, topological simulation model of the system in a free, patent-independent, object-oriented, declarative modeling language Modelica. To this end, the OffshoreDrill library has developed. It is a structured catalog of simulation models for individual subsystems and elements of a drilling rig and rules for joining.