Автореферат (Разработка технологических решений предупреждения аварий при бурении скважин моделированием резьбовых соединений бурильного инструмента)

На правах рукописиНАСЕРИ ЯСИНРАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯАВАРИЙ ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИН МОДЕЛИРОВАНИЕМ РЕЗЬБОВЫХСОЕДИНЕНИЙ БУРИЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТАСпециальность: 25.00.15 – Технология бурения и освоения скважинАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 2019Работа выполнена в федеральном государственном автономном образовательномучреждении высшего образования «Российский государственный университет нефтии газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина»Научный руководитель: доктор технических наукКульчицкий Валерий ВладимировичОфициальныеоппоненты:Рекин Сергей Александрович,доктор технических наук, ООО «ТМК-ПремиумСервис», генеральный директорПесин Михаил Владимирович,доктор технических наук, доцент, ООО «Пермскаякомпания нефтяного машиностроения», первыйзаместитель директора по нефтепромысловомуоборудованиюВедущая организация:Федеральноегосударственноебюджетноеобразовательное учреждение высшего образования«Российский государственный геологоразведочныйуниверситет имени Серго Орджоникидзе» (МГРИ)Защита диссертации состоится «26» сентября 2019 г.

в 17-00 часов на заседаниидиссертационного совета Д 212.200.15 на базе федерального государственногоавтономного образовательного учреждения высшего образования «Российскийгосударственный университет нефти и газа (национальный исследовательскийуниверситет) имени И.М. Губкина» по адресу: 119991, Москва, Ленинский проспект,д. 65, корп. 1, ауд. 323-9С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотекеФГАОУ ВО «РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина» и на сайтеhttp://www.gubkin.ru.Автореферат разослан «___» июля 2019 г.Ученый секретарьдиссертационного совета,кандидат технических наукБогатырева Елена ВикторовнаОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность диссертационной работыМассовый переход на бурение горизонтальных и наклонно-направленныхскважин долотами режуще-истирающего действия PDC, с минимизацией количестварейсов, решает задачу кратного увеличения объемов бурения скважин меньшимчислом буровых станков за счет повышения коммерческой скорости бурения.

В этойсвязи максимально повышаются потери (ущерб) от каждого дополнительного рейсадолота, вызванные усталостным повреждением замковых резьбовых соединений(ЗРС) бурильного инструмента (бурильные трубы и компоновка низа бурильнойколонны).В практике бурения скважин с минимальным количеством рейсов появилисьновые причины и виды аварий, вызванные как особенностями режима бурениядолотами PDC, так и неудовлетворительным контролем за эксплуатациейбурильного инструмента (БИ). Слом БИ из-за усталостного повреждения по телу и врезьбовых соединениях становится всё более распространенным видом аварий прибурении. Циклические воздействия механических параметров в процессе бурения(осевая нагрузка; усилия, создающие изгибающий момент при вращении колонны;изгибающие усилия в интервалах искривления ствола скважины; усилия, создающиекрутящий момент, необходимый для вращения долота; усилия реактивного моментазабойного двигателя; силы трения о стенки скважины и обсадной колонны; осевыенагрузки, возникающие при затяжках и посадках бурильной колонны; инерционныесилы при спуско-подъемных операциях (СПО); усилия от продольных, поперечныхи крутильных колебаний из-за неуравновешенности вращающейся бурильнойколонны,неустойчивостиработызабойногодвигателяинеоднородностиразбуриваемых пород), сопровождаются с накоплением усталостного поврежденияБИ в скважине при превышении предела выносливости в зонах концентрациинапряжений.На практике учет наработки бурильных труб основан на визуальном контролебурильщика при СПО и заполнении таблицы эксплуатации бурильных труб буровыммастером после добуривания скважины, что существенно повышает риски аварий.Некоторые задачи измерения и влияния остаточных напряжений наусталостную прочность не решены ввиду сложности в теоретическом и3практическом плане.

Основные проблемы возникают при исследовании остаточныхнапряжений с зонами концентрации напряжения, часто встречаемых в различныхконструкциях бурильной колонны и компоновки низа бурильной колонны (КНБК),причём чаще всего усталостные повреждения наблюдаются именно по резьбе.Непрерывный контроль состояния БИ в процессе бурения и определение степенириска инцидентов, связанных с потерей прочности инструментов, снижаютвероятность аварии.Значительный вклад в изучение усталостной прочности ЗРС БИ в процессебурения скважин и разработку методов контроля и оценки усталостной прочностиконструкции БИ внесли российские и зарубежные ученые: Саркисов Г.М., ЩербюкН.Д., Газанчан Ю.И., Барышников А.И., Семин В.И., Сароян А.Е., Рекин С.А.,Лачинян JI.A., Файн Г.М., Неймарк А.С., Оганов Г.С.

и другие. Однако в их работахне уделено достаточного внимания разработке научно-обоснованной системымониторинга усталостной прочности (МУП) ЗРС бурильного инструмента спомощью электронного сбора данных и их обработки в реальном времени дляоперативного принятия решения.Разработка научно-обоснованной системы мониторинга усталостной прочностиЗРС БИ в процессе бурения приобретает особую актуальность в связи с переходомна бурение скважин сложной пространственной траектории ствола при минимизациичисла долблений долотом.Целью диссертационной работы является разработка технологическихрешений по предупреждению и снижению аварий замковых резьбовых соединенийбурильного инструмента мониторингом усталостной прочности в процессе бурения.Основные задачи исследования1.

Анализ результатов теоретических работ, посвященных контролю и оценкеусталостной прочности ЗРС, основных причин аварийности БИ в наклоннонаправленных и горизонтальных скважинах.2. Определение характеристик воздействующих нагрузок на БИ на основепараметров, измеряемых станцией геолого-технологических исследований (ГТИ) впроцессе бурения и разработка программного обеспечения по моделированиюскручивающих и осевых нагрузок на ЗРС БИ.43. Совершенствование методики накопления усталостного повреждения ЗРСпри помощи линейного правила повреждения и метода «течения дождя».4. Разработка системы мониторинга усталостной прочности ЗРС БИ в процессебурения скважины.Методы решения поставленных задачДля решения поставленных задач применялись положения методологиинаучных исследований, включающих анализ и критическое обобщение научнолитературных источников, проведение теоретических, экспериментальных ипромысловых исследований процессов строительства скважин и обработкиполученных данных станции ГТИ и других датчиков, позволяющих исследоватьмеханическое и напряжённое состояние БИ.

В промысловых исследованиях набуровом объекте использовалось программное обеспечение цифровой станции ГТИ«Кедр-101», расчеты проводились на ПЭВМ в системе MATLAB, Python, ANSYS,SOLIDWORKS и Rhinoceros.Научная новизна работы1. Разработана система мониторинга усталостной прочности замковогорезьбового соединения бурильного инструмента на основе моделирования ЗРС,технологических данных, пространственной траектории ствола скважины иопределения напряжений в каждом ЗРС, что даёт возможность вычислить егосуммарное повреждение.2. Установлена закономерность влияния амплитуды и среднего напряжения наусталостную прочность замкового резьбового соединения бурильного инструментав реальном времени, возникающих от переменных осевых нагрузок, крутящихмоментов и изгибающих напряжений в результате вращения БИ в искривленномстволе и при потере устойчивости.3.

Предложен показатель мониторинга усталостной прочности, позволяющийпредупредить аварии, из-за повреждения замкового резьбового соединениябурильного инструмента оценкой остаточного ресурса.4. Разработан и внедрен электронный паспорт учета работы замковыхрезьбовых соединений бурильного инструмента, позволяющий фиксироватьисторию воздействия нагрузок и соответственно определять напряжения ивыработанный ресурс каждого замкового резьбового соединения.5Защищаемые научные положения1.