Диссертация (1173027), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Но эти данныедопускается применять только для самой верхней части бурильного инструмента,так как из-за веса БИ и сопротивления от стенки скважины реальные108механические параметры отличаются от устьевых показаний измерительныхдатчиков.Вычисляется распределение механических параметров (давление, осевые искручивающие нагрузки) по траектории ствола скважины на глубине ЗРС вреальном времени на основе данных станции ГТИ (рисунок 4.1, блок II). Модельраспределения крутящего момента и осевой нагрузки определяет крутящиймомент в каждой точке с учетом силы трения и профиля траектории стволаскважины.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. фактор 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 и109других механических параметров (рисунок 3.4, блок III).
Влияние моментасвинчивания на предварительную затяжку ЗРС (рисунок 3.4, блок IV). Примоделировании геометрические параметры элементов БИ берутся из чертежей исхем паспортов со ссылкой на ГОСТы. Моделирование ЗРС БИ производится спомощью программных продуктов Rhinoceros или Solidworks исходя изконструкции элемента в паспорте и чертежах (рисунок 3.4, блок V).Система МУП учитывает влияние многократного свинчивания на изменениегеометрических параметров и форм профиля резьбы. Поэтому после каждогозамера расстояния между опорными торцами ниппеля и муфты (критерий H)модель ЗРС обновляется (рисунок 3.4, блок VI). Все механические параметры каккрутящий момент, осевая нагрузка, давление, изгиб за счет искривления и потериустойчивости вводится в программное обеспечение ANSYS и определяетсяраспределение напряжения (рисунок 3.4, блок VII).
Следует найти зонуконцентрации напряжения и рассчитать число циклов до разрушения, взависимости от типа воздействующих сил с помощью МКЭ (рисунок 3.4, блокVIII).Число циклическихвоздействий в зонах концентрации напряженияопределяется методом «течения дождя» (рисунок 3.4, блок IX).Для каждого изменения напряжения (с учетом амплитуды напряжения исреднегонапряжения)методомГудманаучитываетсяэффектсреднегонапряжения и амплитуда напряжения преобразуется в усталостное повреждениеЗРС БИ на основе кривой Веллера - кривой усталости (рисунок 3.4, блок X).Напоследнемэтапе,рассчитываетсяпоказательМУПнаосновенакопленного повреждения отдельно для каждого ЗРС БИ с помощью линейногоправила Палмгрен-Минера ∑ni/Nfi от текущих и предыдущих (рисунок 3.4, блокXI).После расчета показателя МУП принимаются следующие решения (рисунок4.1, блок XII):1.
МУП > 0,8 продолжать бурить;1102. МУП = 0,4─0,8 бурить в неосложненных интервалах;3. МУП = 0─0,4 подъем БИ;4. Отбраковка БИ.1111123.4. Основные результаты и выводы1. Система МУП ЗРС БИ позволила перейти от традиционных методов(заполнениетаблицыавтоматизированномуинструментазасчетэксплуатациицифровому«вручную»)мониторингуэлектронногопаспорта,кобъективномуусталостнойпрочностиразличающегоисториюэксплуатации каждой трубы комплекта и позволяющего минимизировать ущербот дополнительных рейсов долота.1. Анализтеорийнапряженногосостояниябурильногоинструмента,разработанных Самуэлом Р., Сарояном А.Е., Лубинским А. (стандарт АНИ, 7G),показал их идентичность. В связи с простотой и широким применением впрограммных продуктах, например Лэндмарк, принимаем в дальнейших расчетахтеорию Самуэла Р.2. Требуется микроскопическое изучение каждого элемента в зависимости отего геометрии и формы конструкции (резьбовые соединения, зоны сварки,минимальной толщины, нестандартные и новые конструкции).
Тогда резкоеизменение напряжения в зонах концентрации напряжения выделяется и егоможно применять для расчетов усталостного разрушения.3. Макроскопическое изучение целой системы как нитки, расположенной вогранивающем цилиндре ствола скважины, помогает получить представление овеличине трения по траектории ствола скважины и передаче нагрузки на долото.5. Разработанное автором программное обеспечение на основе мониторингаусталостной прочности снимает противоречие отсутствия визуального осмотраЗРС БИ при бурении скважины под эксплуатационную колонну минимальнымчислом долблений и контролем состояния бурильного инструмента в процессебурения.113ГЛАВА 4. ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯМОНИТОРИНГА УСТАЛОСТНОЙ ПРОЧНОСТИ ЗАМКОВЫХРЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ БУРИЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТАМониторингусталостнойпрочностиБИпредназначенобеспечитьэффективный процесс строительства скважин с минимизацией инцидентовпринятием обоснованных решений по эксплуатации БИ, связанных со спускомстарых и изношенных инструментов в интервалы с высокой вероятностьюосложнения и экстремальных нагрузок.
Разработаны алгоритм и программныйпродуктнаосновеэлектронногопаспорта,позволяющиеоператору(супервайзеру, буровому мастеру, инженеру по ННБ и пр.) моделировать процессэксплуатации БИ при бурении скважины, проектировщикам − оптимизироватьконструкцию БИ, ученым − исследовать процессы взаимодействия БИ со стволомскважины, экспертам − выявлять истинные причины происшедших аварий иосложнений.4.1. Исследования скважин оптимизированного дизайна ВатинскогоместорожденияСкважинами по оптимизированному дизайну (СОД) называют скважины сменьшим числом спущенных обсадных колонн [Приложения 1, 2]. К примеру, вскважину по оптимизированному дизайну №2220 куста №214бис Ватинскогоместорождения спустили кондуктор до глубины 900 м и эксплуатационнуюколонну до глубины 3700 м, а для предотвращения осложнения в несовмещённыхинтервалах применяли раствор на углеводородной основе (РУО).
Цельюстроительства таких скважин является переход на 2-х колонную конструкцию,исключающую третью колонну – хвостовик малого диаметра, сокращениеколичества рейсов и СПО и существенный рост коммерческой скорости бурения.При бурении СОД возникает вопрос усталостной прочности ЗРС стальныхбурильных труб (СБТ). Поскольку бурильный инструмент находится в скважине3-4 суток на глубине 2000-3000 м, то высока вероятность превышения114допустимой усталостной прочности СБТ, их промыва или слома. Траекторияствола скважины №2220 имеет сложную пространственную архитектуру (рисунок4.1), что создаёт дополнительные изгибающие нагрузки на БИ.Рисунок 4.1 – Траектория ствола скважиныНа научно-техническом совещании в ОАО «Славнефть-Мегионнефтегаз» оповышении качества геолого-технологических исследований при бурении на РУОгоризонтальных скважин с МГРП по оптимизированному дизайну приняторешение о проведении опытно-промышленных испытаний (ОПИ) по интеграциибурового супервайзинга с услугами ГТИ (геосупервайзинг) на базе цифровойстанции «Кедр 101».
Протокол научно-технического совещания (НТС) утверждензаместителемгенеральногодиректораОАО«Славнефть-Мегионнефтегаз»(Приложение 1) [32]. В процессе ОПИ проведены испытания мониторингаусталостной прочности ЗРС БТ/КНБК и согласно протокола НТС о повышенииэффективности управления подрядными предприятиями при бурении на РУОгоризонтальных скважин с МГРП по оптимизированному дизайну приняторешениепродолжитьмониторингнадежностибурильногоинструмента(Приложение 2).На совещании ООО «Газпромнефть НТЦ» и АО «НИПЦ ГНТ» по развитиювысокотехнологичных сегментов строительства скважин и ВСР в ПАО «Газпромнефть» принято решение согласно протокола от 24.09.18п.2.3 «Определить115возможность совместной разработки отдельных модулей цифровых инструментовинженерно-расчетного сопровождения бурения, в т.ч. мониторинга надежностибурильного инструмента и КНБК» (Приложение 3).4.1.1. Критерии успешного проведения опытно-промышленных испытанийКритериями успешного проведения ОПИ являются:- фактические данные об истинном сроке службы элементов БИ;- создание объективного инструмента мониторинга БИ операторам буровогообъекта для принятия решения на подъем КНБК;- мотивация всех подрядчиков на применение надёжных инструментов;- предупреждение о вибрации БИ с целью проведения соответствующихмероприятий для ее устранения.4.1.2.
Материалы и методы исследованияДля оценки зависимости показателя МУП от других параметров в программеANSYS создана конечно-элементная модель резьбового соединения. Плоская(осесимметричная) модель выполнена вырезанием из твёрдотельной системыавтоматизированного проектирования (CAПР) модели ЗРС разных габаритовх: З102 (NC 38) стандартные, З-102 (NC 38) двухупорные, завод-изготовитель ТМК:З-133 (NC 50), З-147 (5 ½ FH) (рисунок 4.1).Шаг сетки в зоне контакта (в резьбах) задали 0,3 мм, а общее количествоэлементов составило около 3609. Для учёта возможности возникновения в местахконцентрации напряжений, превышающих предел текучести, задана билинейная скинематическим упрочнением модель материала в соответствии с механическимисвойствами стали 40ХНМА. Дискретность всех расчетов 32 шага, то есть для всехусловий рассматривается 32 случая.
На рисунке 4.2 представлены исследуемыеместа ЗРС.116а)б)Рисунок 4.2 ─ Исследуемые места ЗРС: а) впадина первой резьбы; б) впадинавторой резьбыДалее строятся 2 матрицы 32х32, на которых в месте концентрациинапряжения указана для каждого типа резьбовых соединений какая доляповреждения при каких условиях оператор с использованием компьютерногомоделирования создает базу данных комбинаций всех вероятных напряжений.База данных в ПП МУП помогает определить долю повреждения (0-1) послекаждого цикла воздействия любой нагрузки. Так как затяжки и посадки могутпроизойти в открытом стволе, программный продукт МУП практически всё времяи по всей глубине рассчитывает усталостное разрушение всех соединений БИ.Формируется таблица 32х32 всех комбинаций вероятных результирующихнапряжений (каждое изменение напряжения попадает в какой-то промежутокнапряжения, их всего 32) и среднего напряжения; отмечены и на основерезультатов расчетов в ПП МУП определяется величина накопленногоповреждения (таблица 4.1).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
