Буріння свердловин з урахуванням динамічних властивостей гірських порід

Рейтинг користувача:  / 0
ГіршийКращий 

Authors:


Ю.О.Жулай*, orcid.org/0000-0001-7477-2028, Інститут транспортних систем і технологій Національної академії наук України, м. Дніпро, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

О.Д.Ніколаєв, orcid.org/0000-0003-0163-0891, Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України, м. Дніпро, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

* Автор-кореспондент e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.


повний текст / full article



Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2024, (2): 067 - 073

https://doi.org/10.33271/nvngu/2024-2/067



Abstract:


Накладання високочастотних поздовжніх коливань на породоруйнівний інструмент є перспективним засобом підвищення швидкості буріння у глибоких твердих пластах. Реалізація таких високочастотних коливань можлива в разі встановлення у буровій колоні перед породоруйнівним інструментом кавітаційного гідровібратора.


Мета.
Визначення резонансних режимів (частот коливань) при динамічній взаємодії тиску промивної рідини й поздовжніх коливань породоруйнівного інструменту під час його контакту з породою, що руйнується, при бурінні з використанням кавітаційного гідровібратора; порівняльний аналіз ефективності застосування високочастотного механічного вібратора й кавітаційного гідровібратора під час буріння у твердих породах.


Методика.
Дослідження гуртується на порівняльному аналізі амплітуд і спектральної густини потужності коливань тиску промивної рідини й віброприскорень у перерізі породоруйнівного інструмента.



Результати.
Подані у вигляді амплітудних спектрів і спектральних густин потужності тиску промивної рідини й віброприскорень, а також залежності зростання швидкості проходки від частоти вимушених коливань бурового інструмента.


Наукова новизна.
Урахування впливу резонансної взаємодії породоруйнівного інструменту з гірською породою на швидкість буріння, що запропоноване у цій роботі, дозволяє:

- визначити резонансні частоти коливань тиску промивної рідини бурового снаряда для ефективного видалення розбуреної породи в місці її контакту з буровим інструментом, і поздовжніх віброприскорень бурового інструмента для прискорення проходки при спорудженні свердловини;

- встановити ефективність використання кавітаційного гідровібратора у порівнянні з високочастотним механічним вібратором. Для досліджуваних режимів роботи гідровібратора за значень параметра кавітації  0,19 забезпечується зростання швидкості проходки свердловини на 40 % у порівнянні з традиційним обертальним способом і на 26 % у порівнянні з віброударником. За кавітаційного режиму роботи гідровібратора  0,41 зростання швидкості проходки свердловини становить 62 і 37 % відповідно. При цьому ефективність роботи гідровібратора забезпечувалася на резонансних частотах тиску промивної рідини з частотою 1580 Hz за  0,19 і 1980 Hz за  0,41.


Практична значимість.
Для конкретної конструкції кавітаційного гідровібратора у складі бурильної колони, за рахунок зміни частоти вібраційного впливу долота на породу, встановлені резонансні частоти, що забезпечують високу швидкість проходження свердловини.


Ключові слова:
кавітаційний гідровібратор, породоруйнівний інструмент, резонансна частота, швидкість проходки

References.


1. Zhulay, Yu., & Nikolayev, O. (2021). Sonic Drilling with Use of a Cavitation Hydraulic Vibrator. In ‘Mining Technology, IntechOpen, (pp. 81-100). London. https://doi.org/10.5772/intechopen.100336.

2. Shi, H., Li, G., Huang, Z., & Shi, S. (2014). Properties and testing of a hydraulic pulse jet and its application in offshore drilling. Petroleum Science, 11(3), 401-407. https://doi.org/10.1007/s12182-014-0354-1.

3. Li, G., Shi, H., Niu, J., Huang, Z., Tian, S., & Song, X. (2010). Hydraulic Pulsed Cavitating Jet Assisted Deep Drilling: An Approach to Improve Rate of Penetration. Society of Petroleum Engineers. https://doi.org/10.2118/130829-MS.

4. Wang, W., Liu, G., Li, J., Zha, C., & Lian, W. (2021). Numerical simulation study on rock-breaking process and mechanism of compound impact drilling. Energy Reports. Retrieved from https://www.elsevier.com/locate/egyr.

5. Hazbeh, O., Khezerloo-ye Aghdam, S., Ghorbani, H., Mohamadian, N., Ahmadi Alvar, M., & Moghadasi, J. (2020). Comparison of accuracy and computational performance between the machine learning algorithms for rate of penetration in directional drilling well. Petroleum Research, 271-282. https://doi.org/10.1016/j.ptlrs.2021.02.004.

6. Babapour, S., & Butt, S. D. (2014). Investigation of Enhancing Drill cuttings Cleaning and Penetration Rate Using Cavitating Pressure Pulses. American Rock Mechanics Association. 48 th U.S. Rock Mechanics/Geomechanics Symposium, (pp. 1-6). Minneapolis, Minnesota. Retrieved from https://www.onepetro.org/conference-paper/ ARMA-20147751.

7. Xin Cao, X., Kozhevnykov, A., Dreus, A., & Liu, B.-C. (2019). Diamond core drilling process using intermittent flushing mode. Arabian Journal of Geosciences, 12. https://doi.org/10.1007/s12517-019-4287-2.

8. Thorp, N. J., Hareland, G., Elbing, B. R., & Nygaard, R. (2016). Modelling of a Drill Bit Blaster. American Rock Mechanics Association, 50 th U.S. Rock Mechanics/Geomechanics Symposium, 26-29 June, (pp. 1-7), Houston, Texas. Retrieved from https://www.onepetro.org/conference-paper/ARMA-2016-451.

9. Tian, J., Fan, C., Zhang, T., & Zhou, Y. (2022). Rock breaking mechanism in percussive drilling with the effect of high-frequency torsional vibration. Energy sources, part A. https://doi.org/10.1080/15567036.2019.1650138.

10. Omojuwa, E., Ahmed, R., & Acquaye, J. (2019). Mathematical Modeling of Axial Oscillation Tools in High-Angle Wells. Journal Applied Mechanical Engineering, 8(1). https://doi.org/10.35248/2168-9873.19.8.316.

11. Zhao, Y., Zhang, C., Zhang, Z., Gao, K., Li, J., & Xie, X. (2021). The rock breaking mechanism analysis of axial ultra-high frequency vibration assisted drilling by single PDC cutter. Journal of Petroleum Science and Engineering. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2021.108859.

12. Wu, X.-Y., Zhang, Y.-Q., Tan, Y.-W., Li, G.-S., Peng, K.-W., & Zhang, B. (2022). Flow-visualization and numerical investigation on the optimum design of cavitating jet nozzle. Petroleum Science, 2284-2296. https://doi.org/10.1016/j.petsci.2022.05.016.

13. Mu, Z., Huang, Z., Sun, Z., Wu, X., Li, G., & Song, X. (2022). Experimental study on dynamic characteristics of axi-al-torsional coupled percussive drilling. Journal of Petroleum Science and Engineering. https://doi.org/10.2139/ssrn.4186014.

14. Feng, J., Yan, T., Cao, Y., & Sun, S. (2022). Ultrasonic-Assisted Rock-Breaking Technology and Oil and Gas Drilling Applications: A Review. Energies. https://doi.org/10.3390/en15228394.

15. Sun, Bu C. G., Hu, P. D., & Xia, B. R. (2017). The transient impact of the resonant flexible drill string of a sonic drill on rock. International Journal of Mechanical Sciences, 29-36. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2017.01.01.

16. Nikolayev, O., Zhulay, Yu., Kvasha, Yu., & Dzoz, N. (2020). Determination of the vibration accelerations of drill bits with the rotative-vibration well drilling method using the cavitation hydrovibrator. Journal Mining and Mineral Engineering, 102-120. https://doi.org/10.1504/ijmme.2020.108643.

17. Zhulay, Yu., & Nikolayev, O. (2021). Evaluation of hydraulic power of drilling string with a cavitation hydrovibrator. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (3), 31-37. https://doi.org/10.33271/nvngu/2021-3/031.

18. Zhulay, Yu., Nikolayev, O., & Kvasha, Yu. (2022). Estimation of the Mechanical Oscillatory Power of the Drill String for Rational Sonic Drilling. Mechatronics and Automation Technology, 261-270. https://doi.org/10.3233/ATDE221175.

19. Tian, J., Zhi, Z., Li, Y., Yang, L., Wu, C., Liu, G., & Yuan, C. (2019). Vibration analysis of new drill string system with hydro-oscillator in horizontal well. Journal of Mechanical Science and Technology, 2443-2451. https://doi.org/10.1007/s12206-016-0504-z.

 

Наступні статті з поточного розділу:

Попередні статті з поточного розділу:

Відвідувачі

6655144
Сьогодні
За місяць
Всього
8876
159332
6655144

Гостьова книга

Якщо у вас є питання, побажання або пропозиції, ви можете написати їх у нашій «Гостьовій книзі»

Реєстраційні дані

ISSN (print) 2071-2227,
ISSN (online) 2223-2362.
Журнал зареєстровано у Міністерстві юстиції України.
Реєстраційний номер КВ № 17742-6592ПР від 27.04.2011.

Контакти

49005, м. Дніпро, пр. Д. Яворницького, 19, корп. 3, к. 24 а
Тел.: +38 (056) 746 32 79.
e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.
Ви тут: Головна Публікаційна етика UkrCat Архів журналу 2024 Зміст №2 2024 Буріння свердловин з урахуванням динамічних властивостей гірських порід