Прогнозування закритичної поведінки бурильних колон у горизонтальних свердловинах

Заголовок (англійською): 
Forecasting supercritical behavior of drill strings in horizontal wells
Автор(и): 
Гайдайчук В.В.
Левківська Л.В.
Лазарева М.В.
Автор(и) (англ): 
Gaidaichuk V.V.
Levkivska L.V.
Lazareva M.V.
Ключові слова (укр): 
бурильна колона, горизонтальна свердловина, прямі та обернені задачі, крутний момент, внутрішні і зовнішні сили, критичний стан
Ключові слова (англ): 
drill string, horizontal bore-hole, direct and inverse problems, geometric imperfections, internal and external forces, critical state
Анотація (укр): 
Визначальним фактором сучасних змін світового енергетичного балансу та його структури, а також світового розвитку нафтогазової галузі, нині виступає технологічний фактор. У результаті з'явилися і набули розвитку принципово нові категорії горизонтальних та похило-скерованих свердловин. Саме вони дають кратне збільшення дебітів, оскільки багаторазово збільшують площу видобутку. Їх застосовують при освоєнні шельфових проектів, у болотистих і сильно ускладнених місцевостях, для підвищення нафтовіддачі пластів, відновлення недіючого фонду свердловин. Нові технології, засновані на методі горизонтального буріння, справили справжню революцію в практиці та теорії світового нафтовидобутку, оскільки дали можливість розбурювання шельфових родовищ нафти і газу з берега, без будівництва дорогих морських основ і платформ. При бурінні горизонтальних свердловин, як правило, основною причиною виникнення позаштатних ситуацій є втрата стійкості бурильної колони, її біфуркаційне випинання і гранична фрикційна взаємодія зі стінкою свердловини. Питання теоретичного моделювання явища нестійкого випинання колон пов’язані зі значними труднощами, головна з яких обумовлена необхідністю постановки граничної задачі Штурма-Ліувілля на великій довжині бурильної колони. Оскільки для глибоких свердловин бурильна колона за своїми геометричними параметрами стає подібною людській волосині, багато традиційних математичних методів, які використовуються для інтегрування розв'язувальних рівнянь, стають у цих випадках погано збіжними. На основі теорії гнучких криволінійних стержнів поставлено задачу про теоретичне моделювання закритичних станів бурильних колон з урахуванням їхньої контактної взаємодії зі стінками нафто-газових свердловин. Побудовано аналітичні розв'язки задачі, що визначають критичні значення зовнішніх розтягувальної або стискаючої поздовжньої сили та крутного моменту при заданій різниці діаметрів порожнини і бурильної колони, встановлені зони закритичних станів бурильних колон.
Анотація (англ): 
The determining factor in the current changes in the world energy balance and its structure, as well as the global development of the oil and gas industry, is currently the technological factor. As a result, fundamentally new categories of horizontal and inclined wells appeared and developed. They give a multiple increase in flow rates, as they increase the production area many times over. They are used in the development of offshore projects, in swampy and very difficult areas, to increase oil recovery, restoration of inactive wells. New technologies based on the method of horizontal drilling have revolutionized the practice and theory of world oil production, as they have allowed the destruction of offshore oil and gas fields without the construction of expensive offshore foundations and platforms. When drilling horizontal wells, as a rule, the main cause of emergencies is the loss of stability of the drill string, its bifurcation protrusion and the maximum frictional interaction with the well wall. The issues of theoretical modeling of the phenomenon of unstable protrusion of columns are associated with significant difficulties, the main of which is due to the need to set the Sturm-Liouville boundary value problem on a large length of drill string. Because for deep wells, the drill string becomes geometrically similar to a human hair, many traditional mathematical methods used to integrate solving equations become poorly convergent in these cases. Based on the theory of curvilinear flexible rods, the problem of theoretical modeling of supercritical states of drill strings taking into account their contact interaction with the walls of oil and gas wells is set. Analytical solutions of the problem are constructed, which determine the critical values of external tensile or compressive longitudinal force and torque at a given difference in the diameters of the cavity and the drill string, the zones of supercritical states of drill strings are established.
Публікатор: 
Київський національний університет будівництва і архітектури
Назва журналу, номер, рік випуску (укр): 
Опір матеріалів і теорія споруд, 2023, номер 110
Назва журналу, номер, рік випуску (англ): 
Strength of Materials and Theory of Structures, 2023, number 110
Мова статті: 
Українська
Формат документа: 
application/pdf
Документ: 
09-110_gaydaychuk_v.v._levkivska_l.v._lazareva_m.v.pdf
Дата публікації: 
15 Сентябрь 2023
Номер збірника: 
110
Розділ: 
Опір матеріалів і теорія споруд, 2023, номер 110
Університет автора: 
Київський національний університет будівництва і архітектури, Київ , Національний транспортний університет, Київ
Литература: 
  1. International Energy Agency. Medium – Term Market Report 2020 / Market Analysis and Forecasts to 2025. — Paris, France — 2021.
  2. BP Statistical Review of World Energy — October 2021.
  3. Мислюк М. А. Буріння свердловин. Т. 3. Вертикальне та скероване буріння / М. А. Мислюк., І. Й. Рибчич, Р. С. Яремійчук — Київ : Інтерпрес ЛТД, 2004. — 294 с.
  4. Гайдайчук В. В. Математичне моделювання пружного згинання бурильної колони у каналі криволінійної нафто – газової свердловини / В. В. Гайдайчук, Л. В. Левківська, Я. І. Ковальчик // Опір матеріалів і теорія споруд: Науково – технічний збірник. — Вип. 97. — 2016. — C. 43 — 58.
  5. Горбунович И. В. Изучение проблемы выявления критических режимов функционирования бурильных колонн в вертикальных и криволинейных скважинах / И. В. Горбунович, Л. В. Левковская // Вісник Національного транспортного університету. Серія: Технічні науки. Науково – технічний збірник. — Вип. 1 (40). — 2018. — C. 90 — 97.
  6. Левківська Л. В. Комп’ютерне визначення зони прихвату бурильної колони у криволінійній свердловині / Л. В. Левківська, І. В. Горбунович // Технології, інструменти та стратегії реалізації наукових досліджень : матеріали Міжнар. Наук. конф., [Луцьк], 10 квіт. 2020 р. / Україна: МЦНД. — С. 91 — 93.
  7. Lubinski A. Developments in Petroleum Engineering — Vol. 1 Houston, TX, USA : Gulf Publishing Company, 1987. — 438 pp.
  8. Chao Sun, Stanislaw Lukasiewicz. A new model on the buckling of a rod in tubing — Journal of Petroleum Science and Engineering. — 2006. — Vol. 50. – Р. 78 — 82.
  9. Cunha J.C. Buckling of tubulars inside well bores: a review on recent theoretical and experimental works — SPE Drilling & Completion. — 2004. — Vol. 19. – No. 1. – Р. 13 — 19.
  10. Robert F. Mitchell, Stefan Miska. Helical buckling of pipe with connectors and torque — SPE Drilling & Completion. — 2006. — Vol. 21. – No. 2. – Р. 108 – 115.
  11. Robert F. Mitchell. The twist and shear of helically buckled pipe — SPE Drilling & Completion. — 2004. — Vol. 19. – No. 1. – Р. 20 — 28.
 
References: 
  1. International Energy Agency. Medium – Term Market Report 2020 / Market Analysis and Forecasts to 2025. – Paris, France, 2021.
  2. BP Statistical Review of World Energy, October 2021.
  3. Myslyuk M.A. Burinnya sverdlovyn. T. 3. Vertykalne ta skerovane burinnya (Drilling wells. Vol. 3. Vertical and directional drilling) / M. A. Myslyuk., I. Y. Rybchych, R. S. Yaremiychuk – Kyiv : Interpres LTD, 2004, 294 pp.
  4. Haydaychuk V.V. Matematychne modelyuvannya pruzhnoho zhynannya burylnoyi kolony u kanali kryvoliniynoyi nafto – hazovoyi sverdlovyny (Mathematical modeling of elastic bending of the drill string in the channel of a curved oil and gas well) / V.V. Haydaychuk, L.V. Levkivska, Ya.I. Kovalchyk // Opir materialiv i teoriya sporud: Naukovo – tekhnichnyy zbirnyk, 2016, Vol. 97, P. 43 – 58.
  5. Horbunovych Y.V. Yzuchenye problemy vyyavlenyya krytycheskykh rezhymov funktsyonyrovanyya burylnykh kolonn v vertykalnykh y kryvolyneynykh skvazhynakh (Mathematical modeling of elastic bending of the drill string in the channel of a curved oil and gas well) / Y.V. Horbunovych, L.V. Levkovskaya // Visnyk Natsionalnoho transportnoho universytetu. Seriya: Tekhnichni nauky. Naukovo – tekhnichnyy zbirnyk, 2018, Vol. 1 (40), P. 90 – 97.
  6. Levkivska L. V. Kompyuterne vyznachennya zony prykhvatu burylnoyi kolony u kryvoliniyniy sverdlovyni (Computer determination of the zone of attachment of the drill string in a curved well) / L. V. Levkivska, I. V. Horbunovych // Tekhnolohiyi, instrumenty ta stratehiyi realizatsiyi naukovykh doslidzhen : materialy Mizhnar. Nauk. konf., [Lutsk], 10 kvit. 2020 r. / Ukrayina: MTSND, P. 91 – 93.
  7. Lubinski A. Developments in Petroleum Engineering, Vol. 1 Houston, TX, USA : Gulf Publishing Company, 1987, 438 pp.
  8. Chao Sun, Stanislaw Lukasiewicz. A new model on the buckling of a rod in tubing. Journal of Petroleum Science and Engineering, 2006, Vol. 50, Р. 78 – 82.
  9. Cunha J.C. Buckling of tubulars inside wellbores: a review on recent theoretical and experimental works. SPE Drilling & Completion, 2004, Vol. 19, No. 1, Р. 13 – 19.
  10. Robert F. Mitchell, Stefan Miska. Helical buckling of pipe with connectors and torque. SPE Drilling & Completion, 2006, Vol. 21, No. 2, Р. 108 – 115.
  11. Robert F. Mitchell. The twist and shear of helically buckled pipe. SPE Drilling & Completion, 2004, Vol. 19, No. 1, Р. 20 – 28.