Розвиток наукових основ підвищення ефективності буріння глибоких похило-скерованих свердловин (для умов нафтогазових родовищ України)

Abstract

Дисертація присвячена удосконаленню технічних засобів, техніки і технології фізико-механічних способів для: запобігання прихоплень бурильної колони, що базується на використанні енергії генераторів гідроколивань, полімерному покритті елементів бурильної колони; підвищення герметичності різьбових з’єднань обсадних та насоснокомпресорних труб, що базується на вдосконаленні герметизуючих елементів різьбових з’єднань та зміцненні поверхні цих з’єднань вдосконаленим ультразвуковим генератором енергії спрямованої дії; підвищення швидкості буріння та ефективності доведення осьового навантаження у вибій свердловини, на основі розробки раціональних конструкцій компоновки низу бурильної колони та її елементів. У дисертаційній роботі проаналізовано сучасний стан досліджень у галузі буріння глибоких похило-скерованих ділянок стовбура свердловин, розглянуто причини виникнення прихоплень бурильної колони та причини, що впливають на ефективність доведення осьового навантаження у вибій свердловини. Наведено методики розрахунку з визначення напружено-деформованого стану бурильної колони, її елементів з врахуванням теорії нелінійності та механіки руйнування твердого тіла. Узагальнено накопичений статистичний матеріал і промислові дані стосовно довговічності елементів бурильноїколони. Проведено систематизацію аварій різьбових з’єднань обсадних і насосно-компресорних труб, розглянуто конструкції та особливості герметизації таких різьбових з’єднань. Досліджено особливості експлуатації пристроїв різної фізико-механічної дії для запобігання прихоплень бурильної колони під час буріння свердловин. Досліджено механічні властивості полімерно-композиційних матеріалів для поверхневого покриття металевих поверхонь. У дисертації розроблено математичну модель розрахунку геометричних параметрів для вдосконалення пристроїв енергії спрямованої дії з обробки різьбової поверхні замкових різьбових з’єднань (ЗРЗ) задля підвищення міцнісних характеристик їхніх конструкції, в основі якої лежитьспіввідношення пружності та рівняння руху криволінійного елемента. Щоб дослідити напружено-деформований стан різьбових з’єднань застосовували теорію механіки руйнування за Гріфіцом та рівняння Ірвіна. Результатом проведених досліджень стала розробка конструкції серпоподібного ультразвукового концентратора генератора енергії коливань спрямованої дії для зміцнення поверхні різьбових з’єднань.

The dissertation is devoted to the improvement of technical means, technique and technology of physical and mechanical methods for: prevention of drill string traps based on the use of energy of the oscillation generators, polymer coating of drilling column elements; Increasing the tightness of the threaded connections of the casing and the tubing, based on the improvement of the sealing elements of the threaded joints and strengthening the surface of these joints with an improved ultrasonic generator of directional energy; increasing drilling speed and efficiency of bringing axial load into the well bottom, based on the development of rational designs of the bottom of the structure of the drilling column and its elements. In the dissertation the present state of researches in the field of drilling of deep inclined-directed sections of a wellbore is analyzed, the reasons of occurrenceof grasping the drill string and the reasons influencing the efficiency of bringing axial load into a well bottom are considered. The calculation methods for determining the stress-strain state of the drill string, its elements, taking into account the theory of nonlinearity and the mechanics of fracture of a solid are presented. Generalized statistical material and industry data on the durability of drilling string elements are summarized. Systematization of failures of threaded connections of casing and pumping pipes is carried out; designs and peculiarities of sealing of such threaded connections are considered. The peculiarities of the operation of devices of different physical and mechanical action to prevent the drill string during drilling of wells are investigated. Mechanical properties of polymer-composite materials for surface coating of metal surfaces are investigated. The dissertation has developed a mathematical model for the calculation of geometric parameters for the improvement of directional energy devices for machining the threaded surface of joints to enhance the strength characteristics of their structure, which is based on the ratio of elasticity and equation of motion of a curvilinear element. To investigate the stress-strain state of the threaded joints, Griffith fracture mechanics and the Irwin equation were used. The result of the research was the development of a design of a sickle-shaped ultrasonic energy concentrator for directional action to strengthen the surface of the threaded joints. A methodology for the development of an element that seals the designs of clutch joints casing and pumping tubes for conditions of use in deep wells with high thermo-baric parameters, which considers the distribution of forces on the tangent to the pipe, the cone surface of the sealing element sealing form and the sealing element shell theory. The author co-authored the design of a high-tight coupling connection of casing and pump tubes with a polymeric sealing element for use in deep wells with high thermobaric characteristics.