Authors:
І.І.Палійчук, orcid.org/0000-0002-8443-2702, Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, м. Івано-Франківськ, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.
І.М.Ковбасюк, orcid.org/0000-0002-3653-2143, Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, м. Івано-Франківськ, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.
О.Б.Марцинків, orcid.org/0000-0003-4583-5944, Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, м. Івано-Франківськ, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.
І.І.Витвицький, orcid.org/0000-0003-3782-3695, Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, м. Івано-Франківськ, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.
Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2022, (4): 045 - 051
https://doi.org/10.33271/nvngu/2022-4/045
Abstract:
Мета. Розроблення методики визначення осьових зусиль і реакцій стінок уздовж обсадної колони, що згинають її та надають їй вигнуту форму стовбура свердловини.
Методика. Обсадна колона представлена як довгий пружний стрижень у криволінійній свердловині. Для опису деформацій стрижня розроблена неоднорідна система з чотирьох диференціальних рівнянь. Вона зведена до диференціального рівняння першого порядку відносно осьової сили. Його розв’язок був знайдений методом Бернуллі. Застосовано чисельне інтегрування диференціального рівняння.
Результати. Знайдено розподіл осьових зусиль уздовж обсадної колони з урахуванням кривизни свердловини й тертя, а також сил реакції стінок свердловини. Розроблена методика чисельного інтегрування таблиці інклінометричних вимірювань свердловини. Отримані розрахункові формули для сил реакції, осьових сил, згинальних моментів і напружень, що діють в обсадних трубах у глибині свердловини.
Наукова новизна. Розв’язана задача враховує реакцію стінок і сили тертя, що створюють поздовжній згин під час руху колони. Система диференціальних рівнянь рівноваги доповнена кінематичним рівнянням Ейлера. За змінну інтегрування прийнято функцію зенітного кута, що є відомою завдяки таблиці даних інклінометрії. Розв’язана обернена задача – за кутовими деформаціями обсадної колони, що задані формою свердловини в інклінометричній таблиці, визначені всі невідомі внутрішні сили, а також зовнішня розподілена реакція, яка змушує колону повторювати форму свердловини.
Практична значимість. Розроблена методика дозволяє виявити ділянки зі значним локальним збільшенням кривизни свердловини, що свідчать про їх утруднену прохідність. Це дає змогу точно визначити інтервали глибин для розширення діаметра свердловини, що є необхідним перед опусканням колони. За результатами аналізу можна визначити параметри напружено-деформованого стану обсадної колони, за якими прогнозувати її працездатність і ресурс роботи.
Ключові слова: обсадна колона, криволінійна свердловина, інклінометричні вимірювання, реакція стінки
References.
1. McSpadden, A. R., Coker, O. D., & Ruan, G. C. (2011). Advanced Casing Design with Finite-Element Model of Effective Dogleg Severity, Radial Displacements and Bending Loads. SPE Production and Operations Symposium, Oklahoma City, Oklahoma, USA. https://doi.org/10.2118/141458-MS.
2. Yin, F., & Gao, D. (2014). Mechanical analysis and design of cas2ing in directional well under in-situ stresses. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 20(9), 285-291. https://doi.org/10.1016/j.jngse.2014.07.014.
3. Yanturin, R. A., Zainullin, A. F., Yanturin, A. Sh., & Gabzalilova, A. Kh. (2015). On methods of calculating the axial load in the columns of rods, drill pipes, casings and tubing strings. Oil industry, (1), 71-74.
4. Ai, C., Yu, F. H., Feng, F. P., Yan, M. S., & Wei, T. (2015). Calculating method for the axial force of washover string during extracting casing in directional well. Advances in Petroleum Exploration and Development, 9(1), 86-91. https://doi.org/10.3968/6634.
5. Musa, N. W. (2017). Elastic bending deformation of the drill strings in channels of curve wells. Modern Mechanical Engineering, (7), 1-7.
6. Zhang, Y., & Samuel, R. (2019). Engineers’ Dilemma: When to Use Soft String and Stiff String Torque and Drag Models. SPE Annual Technical Conference and Exhibition. Calgary, Alberta, Canada. https://doi.org/10.2118/196205-MS.
7. Gang, W., Gang, L., Kai, W., & Yichen, L. (2020). Numerical simulation on the running process of the casing strings in directional well. 7th International Forum on Electrical Engineering and Automation (IFEEA), 1005-1009. https://doi.org/10.1109/IFEEA51475.2020.00210.
8. Kryzhanivskyi, Ye. I., Paliichyk, I. I., & Malyk, H. D. (2018). Large deformations of the casing string under its own weight in the curvilinear well. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (6), 72-79. https://doi.org/10.29202/nvngu/2018/9.
9. Polyanin, A. D., & Zaitsev, V. F. (2017). Handbook of Ordinary Differential Equations: Exact Solutions, Methods, and Problems. Boca Raton, Florida: Chapman and Hall/CRC. https://doi.org/10.1201/9781315117638.
10. Paliichuk, I. I. (2018). The Interaction of the Casing String with the Walls of an Inclined, Curved and Horizontal Borehole Areas. Prospecting and Development of Oil and Gas Fields, 66(1), 27-37. Retrieved from https://rrngr.nung.edu.ua/index.php/rrngr/article/view/240.
11. Stenger, F. (2010). Handbook of Sinc Numerical Methods. Boca Raton, Florida: CRC Press. https://doi.org/10.1201/b10375.