Теоретически и экспериментально разработано принципиально новое ловильное устройство, которое позволяет устранить сложную аварию по извлечению оборванного бура установки роторного типа при проходке скважины большого диаметра.

Описаны технические средства и технологии устранения прихватов буровой колонны механическими способами: прострелочно-взрывными аппаратами, ударными и вибрационными механизмами.

Предложена математическая модель процесса ликвидации прихвата бурильной колонны ударным механизмом единичного действия. Рассматриваемый процесс разбит на четыре этапа: натяжение аварийной компоновки, разгон составных частей колонны, ударное взаимодействие бойка и наковальни, послеударное движение составных частей механической системы.

Приведено описание существующих на сегодняшний день конструкций основного узла ударного механизма для освобождения бурильных колонн в случае их прихвата, каким является захвато-освобождающее устройство (ЗОУ). Приведены признаки рациональности ЗОУ, проведен сравнительный анализ ЗОУ и на их основе предложена наиболее рациональная конструкция, которую целесообразно использовать при условиях, отвечающим условиям бурения на Днепровско-Донецкой впадине.

Розглянуто теоретичні основи динаміки ліквідації прихоплень колони ударними пристроями. Обгрунтовано вирішальне значення вибору компоновки над і під пристроєм ліквідації прихоплень, а також тип самого пристрою (вібраційний, ударний) залежно від глибини і форм (викривлення) свердловини; можливої причини аварії; геологічних умов зони прихоплення, характеристик породи і т.д.

Проведено аналіз динаміки прихопленої частини бурильної колони під час застосування ударно-вібраційних пристроїв. Запропоновано і обгрунтовано процес ліквідації прихоплення бурильної колони за допомогою ударного методу із використанням відомих закономірностей, одержаних із теорії тертя.

Проведено аналіз сил тертя, що виникають при ліквідації прихоплень під дією статичних навантажень бурильної колони. Результати аналізу свідчать, що задача із звільнення схопленої колони під дією статичного навантаження носить стохастичний характер: розрахунки без урахування сухого тертя і з його урахуванням дають верхню і нижню межі значень поздовжньої сили, при цьому точне значення поздовжньої сили, що знаходиться між цими межами, носить характер стохастичної змінної. Зменшити поздовжню силу можна шляхом зменшення коефіцієнта тертя за рахунок використання більш активних рідин для установки ванн, а також використання віброударних пристроїв.

Викладено основні етапи математичного моделювання ліквідації прихоплень колон труб ударними механізмами. Надано класифікацію параметрів, що впливають на ефективність даної технології. З метою застосування математичної моделі наведено приклад розв'язування задачі у Mathcad. Сформульовано основні результати досліджень у вигляді дій, які рекомендовано для підвищення ефективності ліквідації прихоплень за допомогою ударних механізмів.

Розглянуто питання системи контролю (СК) з метою запобігання прихопленням бурильної колони (БК) у процесі буріння, що базується на аналізі нечіткої (нечислової) інформації про параметри процесу буріння. Наведено лінгвістичний опис технологічних ситуацій виникнення прихоплень БК у процесі буріння свердловин, яким керуються технологи-оператори під час прийняття рішення про можливе прихоплення БК з метою його запобігання. Відзначено, що СК контролює параметри процесу буріння в реальному часі за умов невизначеності, а також допоможе досягти вищих техніко-економічних показників та запобігти прихопленню БК.

Доведено, що підвищення ефективності динамічної дії на прихоплений інструмент досягається завдяки ударним механізмам. Розроблено математичну модель технології ліквідації прихоплювачів з використанням ударних механізмів, яка враховує вплив основних технічних і технологічних факторів на ефективність динамічної дії у зоні прихоплювача. Досліджено динамічні характеристики коливальної системи. Вивчено вплив основних факторів на критерії динамічної дії на зону прихоплювача (імпульс коливальної системи та внутрішня сила на верхній границі прихоплювача). Встановлено існування оптимальних техніко-технологічних параметрів, які забезпечують екстремальне значення критеріїв ефективності динамічної дії. Удосконалено технології та технічні засоби для ліквідації прихоплювачів ударними механізмами в ударному та імпульсно-хвильовому режимах.

Предложена схема гидравлического устройства с клапанным распределением жидкости, работающего как гидроударник одинарного действия с активным обратным ходом бойка. Выполнены теоретические исследования рабочего цикла, результаты которых послужили основой для разработки конструкции устройства.

Викладено основні етапи реалізації технології ліквідації та попередження заклинювань колон труб з допомогою дискретно-розподілених ударних навантажень. Сформульовано основні результати досліджень. Показано, що за певних умов в аварійній колоні бурильних труб можуть виникати резонансні явища, які потрібно враховувати під час конструювання нових технічних засобів. Запропоновано конструкцію секційного механічного яса для реалізації нової технології. Запропоновано математичну модель для визначення умов роботи механічного яса. Виконано основні дослідження на базі запропонованої моделі. Дослідження виконувалися для умов як доударної так і післяударної фаз коливальних процесів у колоні труб. Розрахунки виконувалися для різних типів защемлення нижнього кінця колони труб з метою виявлення впливу природи заклинювання на коливальні процеси.

На основі розробленої авторами математичної моделі роботи аварійного компонування бурильної колони досліджено основні динамічні характеристики удару механічного яса, що застосовується для ліквідації прихоплень бурильної колони. У процесі моделювання враховано хвильові явища в бурильних трубах. У пакеті символьної математики проведено числовий розрахунок динамічних характеристик механічної системи (час розгону, тривалість удару, коефіцієнт поновлення, набута і втрачена енергії) залежно від маси секції обважнених бурильних труб в аварійному компонуванні. Надано рекомендації з вибору довжини секції обважнених бурильних труб для ефективної ліквідації прихоплень бурильної колони.

Індекс рубрикатора НБУВ: И131.093 + И131.115-561.5

Рубрики:

Аварії з бурильними трубами та долотами

Буріння свердловин гідравлічним струменем

Шифр НБУВ: Ж23665 Пошук видання у каталогах НБУВ 

На основі розробленої математичної моделі динаміки сумісної роботи талевої системи, бурильної колони і ударного механізму побудовано хвильову діаграму бурильної колони під час ліквідації прихоплень ударним способом. Проведено числовий розрахунок тривалості удару, коефіцієнта передачі енергії, накопиченої пружною деформацією і втраченої внаслідок удару енергії. Створено комп'ютерну програму для покрокової побудови ударного імпульсу, яка враховує хвильові явища в бурильних трубах. Запропоновано інженерне обгрунтування одержаних результатів.

На підставі статичного розв'язку теорії пружності та методу плоскої хвилі проаналізовано динаміку прихопленої секції бурильної колони (БК) у разі використання ударного пристрою. Математично змодельовано коливальні рухи перерізів бурильної труби, визначено швидкості та момент зустрічі компоновок БК, побудовано хвильову діаграму ударних сил на межах зустрічі секцій і місця прихоплення. Одержані аналітичні залежності для оцінки динамічних характеристик удару, швидкості звільнення прихопленої частини БК та її переміщення за час удару надали можливість створити алгоритм числового розв'язування нелінійних динамічних рівнянь за допомогою комп'ютерних пакетів символьної математики. Проведено числове дослідження на прикладі заданої компоновки БК. Для цієї БК розраховано тривалість удару, коефіцієнт поновлення, накопичену енергію внаслідок пружних деформацій БК, енергію, втрачену на удар; побудовано ударний імпульс плоскої хвилі у місці прихоплення.

Запропоновано конструкцію магнітної системи ловильного пристрою з сегментними радіально намагніченими постійними магнітами із рідкісноземельних матеріалів. Встановлено раціональні геометричні співвідношення елементів систем, що забезпечують високі силові та магнітні характеристики. Розроблено 3 типорозміри ловильних пристроїв невеликого діаметра для очищення свердловин від феромагнітних предметів. Проведено експериментальні дослідження силових характеристик магнітних систем ловильних пристроїв.

Підвищення ефективності ремонтних робіт при ліквідації аварій з бурильними трубами у свердловині є надзвичайно актуальним завданням нафтопромислових підприємств, що досягається застосуванням спеціальних пристроїв та інструментів. Проведено огляд досліджень і публікацій по цій темі. Авторами запатентований пристрій для відгвинчування труб у свердловині, у вузлі фіксації якого запропоноване використання блоку ексцентрикових кулачків, і виготовлена його експериментальна робоча модель для досліджень в обсадній колоні з номінальним діаметром D = 114 мм. Цикл роботи пристрою для відгвинчування труб у свердловині складається з основних трьох періодів: вільного ходу, заклинювання водила пристрою для відгвинчування прихоплених труб і періоду розклинювання. Проаналізовано умови роботи вузла фіксації пристрою в перших двох періодах. Виведено залежності силових і геометричних параметрів вузла фіксації пристрою від кута повороту кулачків. Запропоновано математичну модель для визначення сили притискання кулачків до обсадної колони під час вільного ходу, моменту сил тертя і потужності для конкретного випадку. Встановлено залежність максимально допустимого початкового кута заклинювання від коефіцієнта тертя і геометричних параметрів пристрою. Визначений кут підйому робочої поверхні кулачків. Це дає можливість вибрати геометричні параметри, в тому числі і форму контактуючої поверхні кулачка механізму фіксації. Опорно контактуюча поверхня утворена переміщенням формоутворюючої твірної по спіралі Архімеда. Після обгрунтування додаткових параметрів блоку кулачків для виконання умови міцності його матеріалів планується проведення випробувань пристрою для відгвинчування труб в промислових умовах ТОВ "Факторіал" м. Полтава.