Оцінювання напруженого стану в елементах компоновки низу бурильної колони за випадкових динамічних навантажень

By means of mathematical model of longitudinal fluctuations of a boring column kinematic transfer functions of boring columns of five configurations are calculated, the interrelation between speed of the top and bottom part of a boring column is established. Behind the received size of the maximu...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2010
1. Verfasser:	Гриджук, Я.С.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України 2010
Schriftenreihe:	Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения
Schlagworte:	Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/23400
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Оцінювання напруженого стану в елементах компоновки низу бурильної колони за випадкових динамічних навантажень / Я.С. Гриджук // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2010. — Вип. 13. — С. 146-150. — Бібліогр.: 5 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-23400
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-234002011-07-05T12:34:31Z Оцінювання напруженого стану в елементах компоновки низу бурильної колони за випадкових динамічних навантажень Гриджук, Я.С. Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения By means of mathematical model of longitudinal fluctuations of a boring column kinematic transfer functions of boring columns of five configurations are calculated, the interrelation between speed of the top and bottom part of a boring column is established. Behind the received size of the maximum speed the size of the maximum pressure is defined. 2010 Article Оцінювання напруженого стану в елементах компоновки низу бурильної колони за випадкових динамічних навантажень / Я.С. Гриджук // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2010. — Вип. 13. — С. 146-150. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. XXXX-0065 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/23400 622.243.272 uk Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения
spellingShingle	Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения Гриджук, Я.С. Оцінювання напруженого стану в елементах компоновки низу бурильної колони за випадкових динамічних навантажень Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения
description	By means of mathematical model of longitudinal fluctuations of a boring column kinematic transfer functions of boring columns of five configurations are calculated, the interrelation between speed of the top and bottom part of a boring column is established. Behind the received size of the maximum speed the size of the maximum pressure is defined.
format	Article
author	Гриджук, Я.С.
author_facet	Гриджук, Я.С.
author_sort	Гриджук, Я.С.
title	Оцінювання напруженого стану в елементах компоновки низу бурильної колони за випадкових динамічних навантажень
title_short	Оцінювання напруженого стану в елементах компоновки низу бурильної колони за випадкових динамічних навантажень
title_full	Оцінювання напруженого стану в елементах компоновки низу бурильної колони за випадкових динамічних навантажень
title_fullStr	Оцінювання напруженого стану в елементах компоновки низу бурильної колони за випадкових динамічних навантажень
title_full_unstemmed	Оцінювання напруженого стану в елементах компоновки низу бурильної колони за випадкових динамічних навантажень
title_sort	оцінювання напруженого стану в елементах компоновки низу бурильної колони за випадкових динамічних навантажень
publisher	Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
publishDate	2010
topic_facet	Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/23400
citation_txt	Оцінювання напруженого стану в елементах компоновки низу бурильної колони за випадкових динамічних навантажень / Я.С. Гриджук // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2010. — Вип. 13. — С. 146-150. — Бібліогр.: 5 назв. — укр.
series	Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения
work_keys_str_mv	AT gridžukâs ocínûvannânapruženogostanuvelementahkomponovkinizuburilʹnoíkolonizavipadkovihdinamíčnihnavantaženʹ
first_indexed	2025-07-03T01:15:51Z
last_indexed	2025-07-03T01:15:51Z
_version_	1836586475467046912
fulltext	Выпуск 13. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ 146 УДК 622.243.272 Я. С. Гриджук Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, Україна ОЦІНЮВАННЯ НАПРУЖЕНОГО СТАНУ В ЕЛЕМЕНТАХ КОМПОНОВКИ НИЗУ БУРИЛЬНОЇ КОЛОНИ ЗА ВИПАДКОВИХ ДИНАМІЧНИХ НАВАНТАЖЕНЬ By means of mathematical model of longitudinal fluctuations of a boring column kinematic transfer functions of boring columns of five configurations are calculated, the interrelation between speed of the top and bottom part of a boring column is established. Behind the received size of the maximum speed the size of the maximum pressure is defined. Результати аналізу аварійності бурильних труб засвідчили, що 85 % аварій відбувається з різьбовими з’єднаннями бурильної колони і мають утомний характер. Інтенсивні вібрації, що спостерігаються в компоновці низу бурильної колони (КНБК) і породжуються зміною осьового динамічного навантаження на долото, спричинюють вібронапруження в елементах КНБК. Вібрацію ведучої труби бурильної колони (БК) реєструє вібродатчик-акселерометр. У процесі буріння КНБК як об'єкт діагностування постійно віддаляється від місця положення вібродатчика, тому довжина каналу, яким інформація передається від КНБК до вібродатчика, постійно збільшується. Використовуючи бурильну колону як механічний канал зв’язку гирла свердловини з її вибоєм, можна встановити залежність між вібраціями елементів ―верху‖ та ―низу‖ бурильної колони. Для кількісного оцінювання вібрації як стаціонарного випадкового ергодичного про- цесу, використовується віброшвидкість. Бурильна колона як складна механічна система ге- нерує механічні коливання з плоским і майже лінійчастим частотним спектром віброшвидко- сті. Залежність між віброшвидкістю елементів ―верху‖ та ―низу‖ бурильної колони можна виразити за допомогою певної передаточної характеристики. Такою передаточною характе- ристикою є кінематична передаточна функція бурильної колони за віброшвидкістю. Найбільш енергоємними при роторному бурінні є поздовжні (осьові) коливання. Зага- льний вигляд рівняння поздовжніх коливань бурильної колони як довгомірного стержня в згідно з [1] такий:  t;xg x U a t U t U          2 2 2 2 2 2 , (1) де  t;xU  переміщення відповідних перерізів колони;   коефіцієнт опору середовища;  E a  2 ; E  модуль пружності матеріалу труб;   густина матеріалу труб;     F t;xp t;xg     зовнішнє навантаження;  t;xp  інтенсивність зовнішнього навантаження; F  площа поперечного перерізу труби. Згідно з [1] граничними умовами для перерізу 12 дворозмірної бурильної колони (рис. 1) є рівність переміщень та сил. Верхній кінець вважається вільним від сил. Для визначення частоти власних коливань рівняння руху кожного ступеня колони та граничні умови такі:                  ; x U a t U ; x U a t U 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 2 2 2 1 2 (2) РАЗДЕЛ 1. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ 147  ;ptsinAU x  01 1 (3) ; x U lx 0 222 2 2 2     (4) ;UU xlx 021 211   (5) . x U EF x U EF xlx 0 2 2 2 1 1 1 111       (6) Розв’язок системи рівнянь (2):                                                                                               ; a px sin a pl sin a pl cosM F F a px cos a pl sinM a pl cosptsinAt;xU ; a px sinM a px cosptsinAt;xU 211 2 1 211 22 11 11 (7) де p  кругова частота власних коливань.; . a pl sin a pl sin a pl cos a pl cos F F a pl sin a pl cos a pl cos a pl sin F F M                                                  2121 2 1 2121 2 1 Для дворозмірної бурильної колони, яка скла- дається зі ступенів бурильних та обважнених буриль- них труб, у випадку коли верхній їх кінець закріпле- ний, а нижній вільний, кругова (циклічна) частота вла- сних коливань p згідно з [2] визначається з рівняння: 1 212 F F a pl tg a pl tg             . (8) Продиференціювавши систему рівнянь (7) у часі t , отримаємо залежності для швид- костей перерізів колони:                                                                                                         . a px sin a pl sin a pl cosM F F a px cos a pl sinM a pl cosptcospA t t;xU t;xV ; a px sinM a px cosptcospA t t;xU t;xV 211 2 1 21122 22 1111 11 (9) Передаточну функцію за швидкістю для бурильної колони як довгомірної механічної системи можна подати у вигляді співвідношення між вхідною  t;xV 11 та вихідною  t;xV 22 характеристиками:        t;xV t;xV x;xW 22 11 21                                                                              a px sin a pl sin a pl cosM F F a px cos a pl sinM a pl cos a px sinM a px cos 211 2 1211 11 (10) У цій роботі досліджено передаточні функції для бурильного інструменту п’яти компо- новок: №1 долото ІІІ-295,3 МЗ ГНУ-R77, УБТС 203 – 155м, ТБПК 140 – 1845м; №2  доло- то ІІІ-295,3 МЗ ГНУ-R77, УБТС 203 – 155м, ТБПК 140 – 2595м, №3 – долото ІІІ-269,9 СЗ ГАУ-R81, УБТС 178 – 188м, ТБПК 140 – 3312м, №4 – долото ІІІ-215,9 СT ГАУ-R109, УБТС 178 – 171м, ТБПК 127 – 4079м, №5 – долото ІІІ-190,5 ГАУ-R102, УБТС 146 – 233м, ТБПК 127 – 4767м. Результати розрахунку передаточних функцій наведені в таблиці. Рис. 1. Розрахункова схема бурильної колони Выпуск 13. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ 148 Результати розрахунку передаточних функцій бурильних колон Глибина свердловини h , м Компоновка №1 №2 №3 №4 №5 0 1 1 1 1 1 250 1,009 1,005 1,004 1,003 1,002 500 1,036 1,022 1,016 1,011 1,009 750 1,084 1,051 1,037 1,025 1,020 1000 1,158 1,093 1,068 1,045 1,037 1250 1,266 1,152 1,109 1,073 1,058 1500 1,424 1,232 1,164 1,107 1,086 1750 1,660 1,340 1,235 1,151 1,120 2000 1,813 1,485 1,326 1,205 1,161 2250 – 1,687 1,444 1,272 1,212 2500 – 1,977 1,599 1,354 1,272 2750 – 2,157 1,809 1,456 1,346 3000 – – 2,100 1,584 1,435 3250 – – 2,528 1,748 1,545 3500 – – 2,748 1,961 1,680 3750 – – – 2,247 1,851 4000 – – – 2,648 2,070 4250 – – – 2,864 2,360 4500 – – – – 2,759 4750 – – – – 3,339 5000 – – – – 3,538 Залежності передаточних функцій бурильних колон від глибини свердловини наведені на рис. 2. При розробленні методу швидкого оцінювання вібростійкості механізмів і машин на- фтового та газового обладнання як основний параметр, за яким оцінюється міцність конс- труктивного елемента, беруть напруження, що виникає в небезпечному перерізі. Якщо пружний елемент при коливаннях перебуває в одновісному напруженому стані, його потенціальна енергія може виражатися так: E Q E cp n 2 2 1   ; (10) де cp   середньоквадратичне по об’єму Q напруження; E  модуль пружності матеріалу;  Q cp dQ Q 21  ; (11)   напруження в елементі об’ємом dQ . Для об’ємного напруженого стану середньоквадратичне напруження запишемо у ви- гляді:     Q cp dQ Q 133221 2 3 2 2 2 1 2 2 1  ; (12) РАЗДЕЛ 1. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ 149 де 1  , 2  , 3  головні напруження;   кое- фіцієнт Пуассона. Кінетична енергія пружного елемента: QVE cpк 2 2 1  ; (13) де   густина матеріалу; cp V  середньоквад- ратична по об’єму відносна віброшвидкість;  Q cp dQV Q V 22 1 ; (14) де V  амплітуда відносної віброшвидкості елемента об’ємом dQ . За принципом збереження енергії, порі- внюючи вирази (10) та (14), отримуємо: EV cpcp   . (15) З виразу (15) випливає, що середньоква- дратичне напруження у пружному елементі прямо пропорційне середньоквадратичній від- носній віброшвидкості елемента і не залежить від конструкції пружного елемента. Так як для оцінювання міцності та довговічності важли- вими є не середньоквадратичні, а максимальні напруження max  . З огляду на це формулу (15) можна переписати в такому вигляді: EAV maxmax   ; (16) де max V  максимальна амплітуда відносної віброшвидкості; A  коефіцієнт, що враховує розподіл амплітуд напружень і відносних віб- рошвидкостей за об’ємом пружного елемента, (наприклад, згідно з [4] для поздовжніх коли- вань вільно обпертого стрижня трубчастого поперечного перерізу А=1,41). Вібрації під час роторного буріння в елементах низу бурильної колони, визначали так. Вимірявши віброшвидкість бурильної колони на поверхні свердловини і використовуючи отримані передаточні функції, можна визначити віброшвидкість елементів низу колони. За отриманою віброшвидкістю можна визначити величину напружень. Так, для бурильної ко- лони 4-ї компоновки при зареєстрованій максимальній амплітуді віброшвидкості ведучої труби 0372 ,,V max  м/с в елементах КНБК на глибині 4000м можна очікувати максималь- ні вібронапруження: 478447  max  МПа. Таким чином, щоб уникнути значного впливу вібрацій на втомне руйнування елемен- тів КНБК, середня пікова амплітуда віброшвидкості не повинна перевищувати гранично до- пустиму в жодному перерізі КНБК. Література 1. Сароян А. Е. Теория и практика работы бурильной колонны. – М.: Недра, 1990. – 263 с. 2. Сароян А. Е. Бурильные колонны в глубоком бурении. – М.: Недра, 1979. – 232 с. 3. Вильнер П. Д. Виброскорость как критерий вибрационной напряженности упругих систем// Пробл. прочности, 1970. Вып. №9. С. 3238. 4. Балюк Б. К. Вибрационная прочность двигателей внутреннего сгорания. – К.: Наук. думка, 1983. – 104 с. Рис. 2. Залежності передаточних функ- цій бурильних колон п’яти компоновок від глибини свердловини Выпуск 13. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ 150 5. Поршнев С. В. Компьютерное моделирование физических процессов в пакете MATLAB.  М.: Горячая линия − Телеком, 2003.  592 с. Надійшла 31.05.10 УДК 622.24.051 Т. О. Пригоровська Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, Україна ПОБУДОВА РЕГРЕСІЙНОЇ МОДЕЛІ ВІДПРАЦЮВАННЯ ДОЛІТ ТИПУ PDC НА РОДОВИЩАХ At this article it was analized the PDC drill bit running at domestic and world oil and gas fields, based on these data the regression models of rate of penetration as the fbnction of rocks, drill bits’ drilling characteristics were build out. Нині накопичений значний фактичний матеріал щодо відпрацювання доліт різних ти- пів, у тому числі і PDC. Зазвичай, такі дані розміщують в бурових журналах і вони станов- лять базу для побудови статистичних моделей відпрацювання доліт будь- яких типів, оскіль- ки враховують параметри інструменту, буріння, характеристики розбурюваних порід, та ін. Метою будь-якого статистичного аналізу є побудова моделі для прогнозування результатів відпрацювання долота з довільними параметрами. Основне ускладенення побудови таких моделей полягає у розрізненості вихідних даних і необхідності виконання складної підготов- чої роботи з їхнього збирання та опрацювання. Саме цим, на нашу думку, пояснюється той факт, що сучасні моделі не описуються в літературі. Слід зазначити, що результати відпра- цювання доліт, які виготовлялися в СРСР розміщуються у відповідних збірниках, але щодо доліт зарубіжного виробництва, яких, останнім часом доволі багато представлені на ринку України, таких статистичних даних не виявлено. Результати аналізу даних завершених бурінням свердловин показують наявність значного резерву щодо підвищення техніко-економічних показників будівництва свердловин за рахунок підбирання раціональної гами доліт і дотримання режимів буріння. Нині спостерігається значно нижчий технічний рівень доліт, виготовлених в Україні, ніж зарубіжних, насамперед, це стосується таких параметрів як проходка, швидкість буріння, стійкість на вибої. Проте, долота зарубіжного виробництва, не зважаючи на високу вартість, значно перева- жають ще й за рахунок скорочення часу СПО, зменшення спрацювання, тощо. Так, наприклад, на Новоукраїнському, Чутовському, Розпашнянському рожовищах долото 11 5/8 DS 66 H про- бурило 4230 м, відпрацювавши 1442,5 год із середньою швидкістю буріння 2,97 м/год. Водно- час, на Новоукраїнській площі було використано 29 шарошкових доліт, а Чутовській – 5, на Роз- пашнянській – 11, загалом 45 шарошкових доліт в майже однакових розрізах та інтервалах бу- ріння (долота працювали на м’яких породах і породах середньої твердості (переважно кам’яній солі) на глибині до 4000 м). Проте, питання про застосування типу доліт потрібно вирішувати комплексно і конкретизувати для кожного випадку. Крім того, за співвідношенням ―ці- на/проходка‖ долота як зарубіжного, так і вітчизняного виробництва є доволі близькі. Основні етапи побудови регресійної моделі відпрацювання доліт такі: 1. Статистичні дослідження чинників впливу на відпрацювання доліт. 2. Формування вихідного інформаційного масиву, оцифровування якісних ознак. 3. Попереднє групування об’єктів за початковими даними. 4. Вибір типу моделі та її побудова. 5. Дескриптивна статистика, оцінювання взаємозв’язку змінних для виключення явища автокореляції, оцінювання варіативності вихідних даних.

Оцінювання напруженого стану в елементах компоновки низу бурильної колони за випадкових динамічних навантажень

Institution

Ähnliche Einträge