Розвиток наукових основ оцінки роботоздатності колон бурильних та гнучких труб

Abstract

Дисертацію присвячено комплексному оцінюванню роботоздатності елементів тривало експлуатованих колон бурильних та гнучких труб, шляхом розробки інженерних методів розрахунку динамічного режиму їх роботи, вдосконалення техніки і технології поглиблення свердловин та визначення залишкової довговічності труб з експлуатаційними дефектами. Удосконалено математичну модель динамічного режиму роботи бурового стенда та вперше розроблені математичні моделі роботи колони гнучких труб при бурінні горизонтальних свердловин. Роз-роблено нові пристрої та компоновка для удосконалення обертового буріння похило-скерованих та горизонтальних ділянок свердловини. Створено і виготовлено нову конструкцію амортизатора поздовжньо-крутильних коливань бурильної колони та проведено її промислові випробування. Запропоновано експериментально-розрахунковий метод для прогнозування та оцінювання роботоздатності тривало експлуатованих елементів колон бурильних та гнучких труб на підставі проведених досліджень впливу корозійних середовищ на швидкість поширення корозійно-втомних тріщин у тривало експлуатованих сталях елементів колон бурильних та гнучких труб, оцінки впливу експлуатаційних чинників на їх роботоздатність, а також визначених за допомогою методу скінченних елементів та аналітичних залежностей КІН в околі поперечних півеліптичних тріщин (схематизованих експлуатаційних дефектів) на внутрішніх або зовнішніх стінках тривало експлуатованих бурильних труб груп міцності „К” та „Л”.

Диссертация посвящена комплексному оцениванию работоспособности эле-ментов длительно эксплуатируемых колонн бурильных и гибких труб путем разра-ботки инженерных методов расчета динамического режима их работы, совершенствования техники и технологии углубления скважин и определения остаточной долговечности труб с эксплуатационными дефектами. Усовершенствована математическая модель динамического режима работы бурового стенда и впервые разрабо-таны математические модели работы колонны гибких труб при бурении горизонтальных скважин. Разработаны новые устройства и компоновка для усовершенствования вращающегося бурения наклонных и горизонтальных участков скважины. Создана, изготовлена новая конструкция амортизатора продольно-крутильных колебаний бурильной колонны и проведены ее промышленные испытания. Предложено экспериментально-расчетный метод для прогнозирования и оценки работоспособности длительно эксплуатируемых элементов колонн бу-рильных и гибких труб на основании проведенных исследований влияния корр о-зионных сред на скорость распространения коррозионно-усталостных трещин в длительно эксплуатируемых сталях элементов колонн бурильных и гибких труб, оценки влияния эксплуатационных факторов на их работоспособность, а также определенных с помощью метода конечных элементов и аналитических зависимостей коэффициентов интенсивности напряжений в окрестности поперечных полуэллиптических трещин (схематизированных эксплуатационных дефектов) на внутренних или внешних стенках длительно эксплуатируемых бурильных труб групп прочности „К” и „Л”.

The dissertation is devoted to the development of engineering methods for calculating the dynamic mode of drilling tools, techniques, and technologies for deepening wells and assessing the efficiency of long-term operated drill and flexible pipes with existing operational defects, which is the basis for making decisions on their furthers safe to use or removal from the operation. The dissertation improves the mathematical model of the dynamic mode of operation of the drill test stand, which allows establishing new relationships between the longitudinal oscillations of the rock-destroying tool and the parameters of the bottom hole assembly (BHA), drilling rig, and the conditions of its fixation. The influence of vi scoelastic properties of the bottom hole and the vibration protection device, the speed of rotation of the bit, the weight of the stand on the dynamic characteristics of the bit. For the first time, mathematical models of flexible pipe strings when drilling horizontal wells were developed, which allow us to study the change of axial force on the bit when installing downhole devices (hydraulic loaders, vibration generates) in the bottom hole assembly of flexible pipes string. The results of the calculations show that with increasing the length of the horizontal section of the well, the axial load decreases, and the inclusion of the hydraulic loader in the bottom hole assembly leads to an i ncrease in the axial load on the bit and increases the length of the horizontal section. The dissertation presents the developed new devices and BHA for improving the rotary drilling of directional and horizontal sections of the well, which includes ecce ntric elements and conductors with helical surfaces, a hydraulic loader, and a bit with flushing channels, in which cavitations chambers are fixed. New designs of bit hydraulic loaders have been developed, the design features of which ensure their durability and reliability. The author created and manufactured a new design of the shock absorber of longitudinal torsional vibrations of the drill string. The tests of the shock absorber in field conditions proved its functionality and efficiency when been included in the bottom hole assembly. A set of new experimental data on the change in the characteristics of cyclic crack resistance of steels of long-term operated elements of drill and flexible pipe strings d epending on the influence of corrosion media is obtained. The influence of drilling fluids on the rate of corrosion-fatigue crack propagation has been established.