Вибір неорієнтованих компоновок низу бурильної колони для буріння свердловин роторним способом

Abstract

Проаналізовано сучасний стан технологій буріння стабілізованих ділянок стовбурів свердловин, статичні і динамічні моделі компоновок низу бурильної колони (КНБК), принципи вибору неорієнтованих КНБК. Відзначено, що вибір неорієнтованих КНБК, як правило, здійснюється для сталих значень зенітного кута, параметрів режиму буріння, без врахування параметрів свердловини (локальні нерівності стінок, наявність локальних каверн). Наведено принципи оцінювання якості технологічних операцій при бурінні свердловин. На основі моделі з гнучким вибором критерію оптимальності і врахування вимог до якості сформульовано загальну задачу вибору технологічних рішень для буріння стабілізованих ділянок свердловин. Клас локальних критеріїв оптимальності включає вартість та час буріння стабілізованих ділянок свердловин. Побудовано декомпозицію загальної задачі як строгої послідовності задач вибору складу та властивостей бурового розчину, способу і режиму буріння, КНБК із використанням відповідних локальних критеріїв та систем обмежень. Запропоновано статистичну модель вибору неорієнтованих КНБК в умовах інформаційної невизначеності (зенітний кут свердловини, параметри режиму буріння, координати точок контакту опорно-центрувальних елементів (ОЦЕ) зі стінкою свердловини, наявність локальних каверн). Пошук оптимального варіанту здійснюється за допомогою методу статистичного моделювання у деякому класі багатоопорних КНБК із умови мінімізації ризику невідповідності статичних і динамічних характеристик. Вивчено вплив математичної моделі кінцевого елементу (лінійної, квадратичної і кубічної) та його довжини на результати оцінок статичних і динамічних характеристик КНБК. Це дає змогу обґрунтовувати числові параметри моделі кінцевих елементів для розрахунку характеристик КНБК у програмному середовищі «ANSYS». Уточнено алгоритм розрахунку статичних І динамічних характеристик неорієнтованих КНБК із неповнорозмірними ОЦЕ у програмному середовищі «ANSYS», реалізація якого зводиться до задачі вибору розрахункової моделі у класі можливих поєднань контактів неповнорозмірних ОЦЕ зі стінкою свердловини. Відповідно до варіаційного принципу Релея - Рітца приймається розрахункова модель із мінімальною питомою енергією деформації низу бурильної колони від вибою до точки дотику обважнених бурильних труб (ОБТ) зі стінкою свердловини.

The current state of drilling technology of vertical and inclined wellbore sections, static and dynamic bottomhole assemblies (BHA) models, principles of non- steerable BHA selection have been analyzed. It has been noted, that non-steerable BHA selection, as a rule, is carried out for the constant values of zenith angle, drilling parameters, and also the parameters of the well (local wall inequalities, the presence of local caverns) are taken into account. The principles of technological operations quality evaluation have been given. General task of selection technological decisions for drilling vertical and inclined well sections has been formulated based on the model with a flexible selection of the optimality criteria and taking into account the quality requirements. The local optimality criteria includes the cost and time of drilling sections. Decompositions of general task has been built, as a strict sequence of tasks for selection of the composition and properties of drilling mud, method and drilling parameters and BHA with use of appropriate local criteria and constrains. Statistical model of non-steerable BHA selection in the conditions of information uncertainty (zenith angle, drilling parameters, coordinates of contact points of supporting and centralizing elements with wellbore, presence of local caverns) has been proposed. The search for the optimal variant is carried out using the statistical simulation method in a certain class of multi-supported BHA from the condition of minimizing the risk of discrepancy of static and dynamic characteristics.