Отримано 07.08.2025
Доопрацьовано 29.10.2025
Прийнято 15.12.2025
Взято з Вип. 118, Ч. 2, 2025
Сторінки 47 -62
Анотація
У цій статті розглядається процес деформування бурильної колони, під час якого вона вигинається, торкаючись стінок нафто-газової свердловини, і продовжує змінювати свою форму під впливом зростаючої поздовжньої сили, розподіленого контактного навантаження та крутного моменту. Мета роботи – побудувати нелінійні диференціальні рівняння, що описують контактну взаємодію труби бурильної колони зі стінкою свердловини, запропонувати методику їх чисельного розв’язання та представити результати комп'ютерного моделювання. Методи дослідження – теоретичні та експериментальні. Розроблено математичну модель для опису механічних взаємодій бурильної колони зі стовбуром свердловини під час буріння, опускання та піднімання. Модель базується на теорії криволінійних гнучких стержнів і враховує внутрішні та зовнішні силові фактори, зокрема сили контакту та тертя, гравітацію та впливи промивної рідини. Система нелінійних диференціальних рівнянь сформульована для опису стану напружень та деформацій бурильної колони з урахуванням геометричних дефектів траєкторії свердловини. Обчислювальні моделювання аналізують вплив різних параметрів кривини свердловини на поведінку бурильної колони, визначаючи суттєві впливи на згинальні моменти, сили тертя та потенційні ділянки прихоплення бурильної колони. Практичне застосування отриманих результатів полягає у вдосконаленні методів прогнозування аварійних ситуацій, пов'язаних із заклинюванням бурильної колони, та розробці рекомендацій щодо вибору оптимальних параметрів буріння. Отримані результати дозволяють оцінити можливість виникнення аварійних ситуацій і оптимізувати режими буріння для підвищення ефективності процесу, мінімізувати зношення обладнання та зменшити ризики виникнення аварій під час освоєння нафтових і газових родовищ.
Ключові слова:
криволінійне буріння, свердловина, геометричні недосконалості, внутрішні і зовнішні сили, прямі та обернені задачіKang, Z., Qin, H., Zhang, Y., Hao, X., Chen, G. & Hou, B. (2023). Coil optimization of ultra-deep azimuthal electromagnetic resistivity logging while drilling tool based on numerical simulation. Journal of Petroleum Exploration and Production Technology, (13), 787–801. DOI: 10.1007/s13202-022-01575-1.
Xu, Y., Wang, L., Chen, X. & Fan, Y. (2022). Improvement of drilling quality using precision directional drilling technology. Journal of Petroleum Exploration and Production Technology, (12), 1239–1250. DOI: 10.1007/s13202-022-01510-4.
Leśniak, G., Brunner, D.J. & Topór, T. (2022). Application of long-reach directional drilling boreholes for gas drainage of adjacent seams in coal mines with severe geological conditions. International Journal of Coal Science & Technology, (9). DOI: 10.1007/s40789-022-00553-6.
Liu, C., Zhang, D. & Zhao, H. (2022). Experimental study on hydraulic fracturing properties of elliptical boreholes. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, (81). DOI: 10.1007/s10064-021-02531-9.
Zhou, J., Zhang, Y., Liu, H., Zhang, X. & Lin, X. (2021). Analysis of drillstring buckling in complex wellbores considering the effect of wellbore curvature. Journal of Petroleum Science and Engineering, (196). DOI: 10.1016/j.petrol.2020.107680.
Cunha, Jr A., Soize, C. & Sampaio, R. (2021). Computational modeling of the nonlinear stochastic dynamics of horizontal drillstrings. arXiv preprint. URL: https://arxiv.org/abs/2105.13454
Liu, F., Li, Q. & Fang, J. (2024). Key technology and practice of deep borehole pneumatic directional drilling in broken-soft coal seam in Yangquan mining area. Coal Geology & Exploration, (52). DOI: 10.12363/issn.1001-1986.24.04.0226.
Chudyk, I., Grydzhuk, Ja., Velychkovych, A. & Andrusyak, A. (2019). Analytical evaluation of inercial properties of the range of the drill string in its rotation. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 7(97), 6–14.
Levkivska, L. V. & Gorbunovich, I. V. (2020). Komp’yuterne vyznachennya zony prykhvatu burylnoyi kolony u kryvoliniyniy sverdlovyni [Computerized determination of the stuck zone of a drill string in a curvature well]. Tekhnolohiyi, instrumenty ta stratehiyi realizatsiyi naukovykh doslidzhen: proceedings of the international scientific conference (Vol. 1), April 10, Lutsk, 91–93. [in Ukrainian].
Levkivska, L. V. & Gorbunovich, I. V. (2020). Doslidzhennya obertovoho y pozdovzhnoho rukhiv naddovhoho stryzhnya v pokhylykh porozhnynakh [Investigation of rotational and longitudinal motions of a super long rod in inclined bore-holes]. Bulletin of the National Transport University. “Technical Sciences”, 1(46), 92–102. [in Ukrainian].
Haydaychuk, V. V., Lazareva, M. V. & Levkivska, L. V. (2023). Prohnozuvannya zakrytychnoyi povedinky burylnykh kolon u horyzontalnykh sverdlovynakh [Forecasting supercritical behavior of drill strings in horizontal wells]. Strength of Materials and Theory of Structures, 110, 118–130. [in Ukrainian].
Levkivska, L. V. (2024). Pruzhne zakrytychne zhynannya burylnykh kolon u tsylindrychnykh porozhnynakh nafto-hazovykh sverdlovyn [Elastic supercritical bending of drill strings in cylindrical cavities of oil and gas wells]. Bulletin of the National Transport University. “Technical Sciences”, 1(59), 104–114. DOI: 10.33744/2308-6645-2024-1-58-104-114.