Динаміка бурильного інструменту при поглибленні свердловин на морі з плавучих засобів

Abstract

Дана дисертаційна робота присвячена вивченню особливостей динаміки роботи бурової системи, що проводить поглиблення свердловини в умовах глибокого моря за нерегулярного хвилювання моря і дії морських течій. В роботі розглянуто побудову імітаційної моделі в мові моделювання Мобеїіса системи, що включає нерегулярне хвилювання моря і морські течії, бурове судно, натяжну систему водовіддільної колони, водовіддільну колону, компенсатор вертикальних переміщень бурильної колони, бурильну колону, наддолотний амортизатор, породоруйнівний інструмент та породу на вибої. Для цього було здійснено декомпозицію досліджуваної системи, розроблено її структурну схему, підібрано математичні моделі її структурних елементів, розроблено уточнену модель поздовжньо-поперечних коливань водовіддільної колони і математичну модель поздовжніх коливань бурильної колони, що дає змогу в першому наближені враховувати вплив деформації водовіддільної колони на поздовжні коливання бурильної колони. Розроблено нову конструкцію бурового регулятора, що дозволяє накопичувати і перерозподіляти енергію, яка підводиться до породоруйнівного інструменту в вигляді поздовжніх і крутильних коливань. Пристрій характеризується ширшою можливістю налаштування і зменшеними втратами енергії завдяки застосування планетарного роликоґвинтового вузла і хвильових пружин.

Данная диссертационная работа посвящена изучению особенностей динамики работы буровой системы осуществляющей бурение скважины в условиях глубокого моря при нерегулярном волнении моря и действии морских течений. На основе анализа полученных результатов имитационного моделирования работы рассматриваемой системы при различных входных параметрах проанализированы особенности динамики ее работы. Установлено, что динамическая составляющая силы натяжения верхнего конца водоотделяющей колонны может составлять до 8% от статической и имеет выраженный нелинейный характер. Учет изменения усилия натяжения на поперечные колебания водоотделяющей колонны привел к полученнию на 20- 30% больших значений амплитуд поперечных колебаний и изгибающих моментов в критических сечениях водоотделяющей колонны при 2-6 бальном волнении моря по сравнению с классической моделью поперечных колебаний. Однако с увеличением высоты волнения моря и скорости морских течений расхождение между значениями амплитуд, полученных по этим двум моделям уменьшается. Величина динамической составляющей усилия натяжения на крюке компенсатора вертикальных перемещений бурильной колонны может составлять до 9% от статического при пассивном режиме и не превышает 2% при гибридном режиме работы. Влияние волнения моря на работу долота при пассивном режиме работы компенсатора вертикальных перемещений бурильной колонны и наличии наддолотного амортизатора в компоновке бурильной колонны выражается в увеличении коэффициента динамичности работы долота на 0,12 - 0,35 единицы по сравнению с работой аналогичной системы при абсолютно спокойном море.

This thesis is devoted to the study of the peculiarities of the dynamics of the drilling system operating well drilling in the deep sea conditions in the case of irregular sea thrill and the effects of sea currents. The paper considers the construction of the simulation model in the simulation model of the system, which includes irregular sea and sea excitement, a boat, a tension system of the separating column, a separating column, a compensator for vertical displacements of a drill column, a drill string, a perpendicular shock absorber, a rock cutting tool and a rock on a hole . To do this, the decomposition of the investigated system was%nade, its structural scheme was developed, the mathematical models of its structural elements were selected, the refined model of longitudinal-transverse oscillations of the separation column and the mathematical model of longitudinal oscillations of the drill column were developed, which makes it possible, in the first approximation, to take into account the influence of deformation of the separating column on the longitudinal fluctuations of the drill column. A new structure of a drill regulator designed to accumulate and redistribute the energy supplied to the drill bit in the form of longitudinal and torsional oscillations, characterized by a wider range of adjustment and reduced energy losses due to the use of a planetary roller screw hub and wave springs, has been developed.