Автореферат (1173026), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Взависимости от точечной кривизны траектории в пространстве величинаизгибающего момента меняется;изгибающий момент за счет потери устойчивости, кНм − после достиженияпредельной сжимающей осевой нагрузки БИ принимает спиральную форму и ЗРСиспытывает дополнительный изгибающий момент;группа прочности, предел прочности и предел текучести стали, МПа ─ заводизготовитель каждого элемента БИ в паспорте инструмента указывает прочностныехарактеристики;предел выносливости, МПа − представляет собой минимальное напряжение илисовокупность циклического напряжения, при котором материал может подвергатьсянеограниченному количеству циклических напряжений, не вызывающих трещиныили повреждения;эквивалентное напряжение в зоне концентрации, МПа − необходимосуммировать все воздействующие нагрузки, в зоне концентрации напряжения (т.е.резкого изменения геометрии) с помощью аналитических и численных методов;начальный показатель МУП, % − ресурс ЗРС БИ при поступлении вэксплуатацию;текущий показатель МУП, % − ресурс ЗРС БИ в реальном времени;ЭлектронныйпаспортучетаработыБИ(таблица1)фиксируетвавтоматическом режиме историю воздействия нагрузок на каждый инструмент исоответственно определяет напряжения и выработанный ресурс ЗРС БИ.Разработан алгоритм накопления усталостного повреждения в ЗРС БИ наоснове МКЭ (рисунок 5).Данные станции ГТИ являются исходными для системы мониторингаусталостной прочности ЗРС БИ в процессе бурения (рисунок 5, блок I),обрабатывающей конструкцию элементов на основе МКЭ.
Но эти данныедопускается применять только для самой верхней части бурильного инструмента,так как из-за веса БИ и сопротивления от стенки скважины реальные механическиепараметры отличаются от устьевых показаний измерительных датчиков.17Вычисляется распределение механических параметров (давление, осевые искручивающие нагрузки) по траектории ствола скважины на глубине ЗРС в реальномвремени на основе данных станции ГТИ (рисунок 5, блок II). Модель распределениякрутящего момента и осевой нагрузки определяет крутящий момент в каждой точкес учетом силы трения и профиля траектории ствола скважины.Для запуска процедуры анализа требуются следующие исходные данные:Входные данные БИ:1.
наименование (например, долото, переводник, УБТС, ЦЛС, УБТ, ТБТ, ясс,СБТ),2. вес каждого элемента,3. отдельная длина каждого элемента,4. схема и чертеж на каждый элемент инструмента для построения модели.Данные инклинометрии (онлайн):1. глубина долота по стволу,2. зенитный угол в точке измерения,3. азимутальный угол в точке измерения.Данные ГТИ и скважины (онлайн):1. коэффициент трения,2. удельный вес бурового раствора,3. вес на крюке,4. момент на роторе,5. давление на стояке,6. положение талевого блока,7. количество оборотов ротора.По траектории ствола скважины проверяется потеря устойчивости, ирассчитываются изгибающие нагрузки в каждом ЗРС в зависимости от глубины идругих механических параметров (рисунок 5, блок III).Момент свинчивания влияет на предварительную затяжку ЗРС и определяетпервоначальное распределение напряжения (рисунок 5, блок IV).1819При моделировании, геометрические параметры элементов БИ берутся изчертежей и схем паспортов со ссылкой на ГОСТы.
Моделирование ЗРС БИпроизводится с помощью программных продуктов Rhinoceros или Solidworks исходяиз конструкции элемента в паспорте и чертежах (рисунок 5, блок V).Система МУП учитывает влияние многократного свинчивания на изменениегеометрических параметров и форм профиля резьбы. Поэтому после каждого замерарасстояния между опорными торцами ниппеля и муфты (критерий H) модель ЗРСобновляется (рисунок 5, блок VI). Все механические параметры как крутящиймомент, осевая нагрузка, давление, изгиб за счет искривления и потери устойчивостивводятся в программное обеспечение ANSYS и определяется распределениенапряжения (рисунок 5, блок VII).Следует найти зону концентрации напряжения и рассчитать число циклов доразрушения, в зависимости от типа воздействующих сил с помощью МКЭ (рисунок5, блок VIII).Числоциклическихвоздействийвзонахконцентрациинапряженияопределяется методом «течения дождя» (рисунок 5, блок IX).Для каждого изменения напряжения (с учетом амплитуды напряжения исреднего напряжения) методом Гудмана учитывается эффект среднего напряженияи амплитуда напряжения преобразуется в усталостное повреждение ЗРС БИ наоснове кривой Веллера - кривой усталости (рисунок 5, блок X).На последнем этапе, рассчитывается показатель МУП на основе суммарногоповреждения отдельно для каждого ЗРС БИ с помощью линейного правилаПалмгрен-Минера ∑ni/Nfi от текущих и предыдущих (рисунок 5, блок XI).После расчета показателя МУП принимаются следующие технологическиерешения (рисунок 5, блок XII):1.
МУП > 0,8 продолжать бурить;2. МУП = 0,4 ─ 0,8 бурить в неосложненных интервалах;3. МУП = 0 ─ 0,4 подъем БИ;4. Отбраковка БИ.Четвертая глава посвящена промысловому испытанию системы мониторингаусталостной прочности замковых резьбовых соединений бурильного инструмента.20На Приразломном месторождении Западной Сибири при обратной проработке(СВП без вращения − сработал ограничитель вращения на моменте 25,4 кНм)интервала 3916-3914 м во время расхаживания (вес на «майна» 38 т, на «вира» 114 т)и разгрузке до 38 т ( 3915,7 м) плавно пошли на «вира» (вес 45,3 т на глубине 3915,4м) и зафиксировали падение давления с 195 атм (рабочее) до 93 атм.
Обороты СВП(120 об/мин) возобновились, момент снизился с 25,4 кНм до 11,1 кНм. Проверилисигнал с роторной управляемой системы (РУС): при подходе к глубине 3915 м сигналпоявлялся, при подъеме сигнал пропадал. Собственный вес БИ (нормальный 61 т)при бурении данного интервала составил 64 т.При расследовании инцидента применили разработанный программныйпродукт «Мониторинг усталостной прочности» для определения:• распределения осевой нагрузки по траектории скважины,• распределения зенитного угла по траектории скважины,• критических нагрузок и момента потери устойчивости• потери крутящего момента по траектории ствола скважины,• суммарная интенсивность искривления в пространстве• распределения осевых нагрузок и среднего значения циклов нагрузки и числациклов на ЗРС на глубине прихвата, где сломалось при расхаживании,• распределения осевых нагрузок по времени.Система МУП ЗРС БИ является критерием для определения числа попытокосвобождения прихваченного БИ и показывает насколько интенсивно можнорасхаживать инструмент, чтобы освободить его, не превышая предельнодопустимой усталостной прочности.
Распределение осевых нагрузок и среднегозначения циклов нагрузки и число циклов на ЗРС на глубине прихвата, где сломалосьпри расхаживании, показывает, что сумма повреждения на ЗРС составила 1 (рисунок4).Если все напряжения от осевой нагрузки уменьшали на 50 МПа, то суммаповреждения равна 0,5 (рисунок 6), а если все напряжения от осевой нагрузкиуменьшили на 100 МПа, то сумма повреждения практически незначительна, то есть0,001 (рисунок 7).Для расчета показателя МУП подсчитывается число циклов и соответствующиеим повреждения от каждой комбинации напряжений.21Рисунок 6 ─ Распределение осевых нагрузок и среднего значения циклов нагрузки и числоциклов на ЗРС на глубине прихвата, где сломалось при расхаживании, когда напряжение отосевой нагрузки на 50 МПа меньше реального случаяРисунок 7 ─ Распределение осевых нагрузок и среднего значения циклов нагрузки и числоциклов на ЗРС на глубине прихвата, где сломалось при расхаживании, когда напряжение отосевой нагрузки на 100 МПа меньше реального случаяЗАКЛЮЧЕНИЕ1.
Разработано математическое обеспечение для расчета механическихнагрузок на БИ на основе параметров, измеряемых станцией ГТИ, и разработанпрограммный продукт для моделирования скручивающих и осевых нагрузок на БИ.2. Разработанная автором система мониторинга усталостной прочностизамкового резьбового соединения БИ в процессе бурения скважины позволяет:- автоматизировать объективное определение усталостной прочности ЗРС БИ вреальном времени,22- найти зоны максимальной концентрации напряжения с максимальнойвероятностью слома,- сохранять историю каждого инструмента для накопления базы данных иуточнения меры риска слома ЗРС БИ,- адаптировать БИ к конкретным технико-технологическим и горногеологическим условиям оптимизацией компоновки бурильных труб и изменениемрежимов бурения.3.
Система МУП ЗРС БИ позволила перейти от традиционных методов(заполнениетаблицыэксплуатации«вручную»)кобъективномуавтоматизированному цифровому мониторингу усталостной прочности бурильногоинструмента за счет разработанного электронного паспорта, дифференцирующегоисторию эксплуатации каждой трубы комплекта минимизируя количество рейсовдолота.4. Методика накопления усталостного повреждения применительно к ЗРС наоснове линейного правила повреждения и метода «течения дождя» позволяетминимизироватьколичествопопытокосвобожденияприхваченногоБИирекомендовать, режим расхаживания бурильного инструмента для его освобождениябез превышения предельно-допустимой усталостной прочности.5.
Создана в соавторстве и защищена патентом мобильная станция ГТИ длясупервайзера, содержащая систему мониторинга усталостной прочности ЗРС БИ дляуправления рисками осложнений и аварийных ситуаций при бурении.ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИОсновноесодержаниедиссертацииопубликовановстатьяхведущихрецензируемых научных изданий, рекомендованных ВАК и базы данных Scopus:1. Якунин С. А., Штыфель А. П., Кульчицкий В. В., Чудинов В. А., Кашин Е.А.,Якунина А.С., Насери Я., Оптимизация строительства горизонтальных скважин набаженовскую свиту. М.: Инженер-нефтяник. 2015. №4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
