Моделирование нелинейной динамики бурильной колонны с учетом потока промывочной жидкости
DOI:
https://doi.org/10.26577/mmcs-2018-1-487Ключевые слова:
бурильная колонна, математическая модель, геометрическая нелинейность, промывочная жидкость, поперечные колебанияАннотация
В данной работе проводится разработка математической модели динамики бурильной
колонны под влиянием внутреннего потока промывочной жидкости, который играет
большую роль в обеспечении эффективного, экономичного и безопасного процесса
бурения нефтяных и газовых скважин. Это обуславливает необходимость проведения
глубоких исследований по изучению влияния бурового раствора на движение бурильных
колонн. Моделирование осложняется учетом геометрической нелинейности, вращением
бурильной колонны и действием внешних силовых факторов. Основу математической
модели составляют соотношения нелинейной теории упругости В.В. Новожилова. Для
вывода уравнений движения бурильной колонны применяется вариационный принцип
Остроградского-Гамильтона. Предполагается, что поток промывочной жидкости движется
с постоянной скоростью. Полученные нелинейные уравнения, описывающие поперечные
колебания бурильной колонны как сжатого стержня, обобщают известные в литературе
линейные модели поперечных колебаний бурильных колонн с учетом действия бурового
раствора. Они позволят решать широкий класс задач нелинейной динамики бурового
оборудования на качественно новом и математически обоснованном уровне.
Библиографические ссылки
Acoustic Journal 29 (4) (1983): 428-434.
[2] Dobycha nefti i gaza. “Burovye promyvochnye zhidkosti.” [Oil and Gas Mining. “Drilling Fluids.”] Accessed March 23,
2018. http://oilloot.ru/78-tekhnika-i-tekhnologii-stroitelstva-skvazhin/167-burovye-promyvochnye-zhidkosti.
[3] Filippov, A.P. Kolebaniya deformiruemyh system [Oscillations of deformable systems]. 2nd ed. Moscow: Mashinostroenie,
1970.
[4] Gulyayev, V.I., V.V. Gaidaichuk, I.L. Solovjov, I.V. Gorbunovich. “The Buckling of Elongated Rotating Drill Strings.”
Journal of Petroleum Science and Engineering 67 (2009): 140–148. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2009.05.011.
[5] Gulyayev, V.I., O.I. Borshch. “Free Vibrations of Drill Strings in Hyper Deep Vertical Bore-Wells.” Journal of Petroleum
Science and Engineering 78 (2011): 759–64. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2011.09.001.
[6] Khajiyeva, Lelya, Askar Kudaibergenov, Askat Kudaibergenov. “The Effect of Gas and Fluid Flows on Nonlinear Lateral
Vibrations of Rotating Drill Strings.” Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation 59 (2018): 565-579.
https://doi.org/10.1016/j.cnsns.2017.12.008.
[7] Kudaibergenov, Askat K., Askar K. Kudaibergenov. “Modelling of Resonance and Stability of Drill String Nonlinear
Dynamics.” International Journal of Mechanics 11 (2017): 92-100.
[8] Lian, Zhanghua, Qiang Zhang, Tiejun Lin, Fuhui Wang. “Experimental and Numerical Study of Drill String Dynamics
in Gas Drilling of Horizontal Wells.” Journal of Natural Gas Science and Engineering 27 (2015): 1412-1420.
https://doi.org/10.1016/j.jngse.2015.10.005.
[9] Liang, Feng, Xiao-Dong Yang, Wei Zhang, Ying-Jing Qian. “Dynamical Modeling and Free Vibration Analysis
of Spinning Pipes Conveying Fluid with Axial Deployment.” Journal of Sound and Vibration 417 (2018): 65-79.
https://doi.org/10.1016/j.jsv.2017.12.005.
[10] Li, Zifeng, Yanshan U., Boyun Guo. “Analysis of Longitudinal Vibration of Drillstring in Air and Gas Drilling.” Paper
presented at the 2007 SPE Rocky Mountain Oil & Gas Technology Symposium, Denver, Colorado, USA, April 16-18,
2007.
[11] Liu, Yu, Yi Ji, Andrew J. Dick. “Analysis of Longitudinal Vibration of Drillstring in Air and Gas Drilling.” Paper
presented at the 2007 SPE Rocky Mountain Oil & Gas Technology Symposium, Denver, Colorado, USA, April 16-18,
2007.
[12] Meng, Yingfeng, Hongtao Li, Gao Li, Li Zhu, Na Wei, Nan Lin. “Investigation on Propagation Characteristics of the
Pressure Wave in Gas Flow Through Pipes and its Application in Gas Drilling.” Journal of Natural Gas Science and
Engineering 22 (2015): 163-171. https://doi.org/10.1016/j.jngse.2014.11.026.
[13] Moditis, Kyriakos, Michael Paidoussis, Joe Ratigan. “Dynamics of a Partially Confined, Discharging,
Cantilever Pipe with Reverse External Flow.” Journal of Fluids and Structures 63 (2016): 120-139.
https://doi.org/10.1016/j.jfluidstructs.2016.03.002.
[14] Novozhilov, V.V. Foundations of the Nonlinear Theory of Elasticity. New York: Dover Publications, 1999.
[15] Rabotnov, Yu.N. Mehanika deformiruemogo tverdogo tela [Mechanics of Deformable Solid Body]. Moscow: Nauka, 1988.
[16] Ritto, T.G., R. Sampaio, Christian Soize. “Drill-String Dynamics Coupled with the Drilling Fluid Dynamics.” Paper
presented at the XIII International Symposium on Dynamic Problems of Mechanics (DINAME 2009), Angra dos Reis,
RJ, Brazil, March 2-6, 2009.
[17] Saldivar B., I. Boussaada, H. Mounier, S. Mondie, S.I. Niculescu. “An Overview on the Modeling of Oilwell Drilling
Vibrations.” Paper presented at the 19th IFAC World Congress, Cape Town, South Africa, August 24-29, 2014.
[18] Wilson, J.K., S.F. Noynaert. “A New Damping Model for Nonlinear Drillstring Dynamics: Understanding the Effects of
Rotation, Eccentricity, and Confined Fluid Flow and Their Impact on Unconventional Drillstring Design.” Paper presented
at the IADC/SPE Drilling Conference and Exhibition, Fort Worth, Texas, USA, March 1-3, 2016.