Вибрационные процессы низа бурильной колонны при различных способах бурения скважин

Vibratory processes of the bottom of the drill string with various methods of drilling wells

M.V. DVOINIKOV,
A.A. KUNSHIN,
D.I. SIDORKIN,
V.G. GORELIKOV,
K.S. KUPAVYH

Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Saint Petersburg Mining University»
St. Petersburg, 199106,
Russian Federation

В процессе бурения скважин бурильная колонна испытывает значительные колебательные и вибрационные воздействия. Данные вибрации достигают критических значений в нижней сжатой части бурильной колонны. Причем, при различных способах бурения колебательные процессы носят различный характер. В статье описан механизм возникновения и влияния вибраций на процесс бурения скважин при роторном, бурении с гидравлическими забойными двигателями, а также с использованием роторно-управляемых систем. Также описан алгоритм связи продольных и поперечных вибраций в процессе разрушения горной породы долотом.

In the process of drilling wells, the drill string experiences significant oscillatory and vibrational effects. These vibrations reach critical values in the lower compressed part of the drill string. Moreover, with different drilling methods, oscillatory processes are of a different nature. The article describes the mechanism of occurrence and influence of vibrations on the process of drilling wells during rotary drilling, drilling with hydraulic downhole motors, as well as using rotary-steerable systems. An algorithm for the connection of longitudinal and transverse vibrations in the process of rock destruction by a bit is also described.

Если вас интересует полный текст статьи, Вы можете заказать ее в издательстве.

Литература

1. Любимова С.В. Повышение эффективности бурения наклонно-направленных скважин с горизонтальными участками путем снижения прихватоопасности / С.В. Любимова // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. – Уфа: УГНТУ, – 2012. – 195 с.
2. Berro M.J. Laboratory investigations of a hybrid mud pulse telemetry (HMPT) – A new approach for speeding up the transmitting of MWD / LWD data in deep boreholes / M.J. Berro,
M. Reich // Journal of Petroleum Science and Engineering. – Netherlands: Elsevier. – 2019. – V. 183. DOI: 10.1016/j.petrol.2019.106374.
3. Двойников М.В., Сидоров Д.А., Камбулов Е.Ю., Лав-
рик А.Ю. Солеотложение и рапопроявление: анализ проблем, возникающих при строительстве скважин // Neftegaz.ru.
– 2022. – № 10 (130) г.
4. Dvoynikov M.V. Development of Hydraulic Turbodrills for Deep Well Drilling / M.V. Dvoynikov, D. I. Sidorkin, A.A.
Kunshin, D.A. Kovalev // Applied Science. – 2021. – V. 11. DOI: 10.3390/app11167517., Mitchell, R.F. Fundamentals of Drilling Engineering / R.F. Mitchell, S. Miska, B.S. Aadnøy. – USA: Society of Petroleum Engineers, 2011. – 696 p. : ISBN: 978-1-55563-207-6.
5. Нескоромных В.В. Анализ сопротивлений и разработка технических средств для бурения в горизонтальном стволе скважины: научное издание / В.В. Нескоромных, Л. Баочанг, П.Г. Петенев // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – M.: РГУ нефти и газа (НИУ) им. И.М. Губкина. – 2020. – № 3. – C. 10–14. DOI: 10.33285/0130-3872-2020-3(327)-10-14.
6. Хнычкин Э.В. Стабилизация зенитного угла наклонно- направленных скважин при бурении компоновками с кривым переводником / Э.В. Хнычкин, Ю.А. Пуля, В.Т. Лукьянов // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – М.: ВНИИОЭНГ. – 2012. – № 5. – С. 18–22.
7. Underwood L.D. Directional Drilling in Petroleum Well Construction, Chapter 2 / L. D. Underwood, M. L. Payne. – USA: John Wiley and Sons, 1997.
8. Балденко Д.Ф. Особенности рабочего процесса и характеристики винтовых забойных двигателей в режиме вращения бурильной колонны / Д.Ф. Балденко, Ф.Д. Балденко // Бурение и нефть. – М.: ООО «Бурнефть». – 2019. – № 11.
– С. 10–14.
9. Курочкин Б. О возможности проведения наклонных и горизонтальных скважин с помощью устройства с винтовой парой / Б. Курочкин, А. Вакула, И. Кагарманов, Р. Ахметшин // Бурение и нефть. – 2004. – № 1.
10. Литвиненко В.С. Обоснование выбора параметров режима бурения скважин роторными управляемыми системами / В.С. Литвиненко, М.В. Двойников // Записки Горного института. – СПб: СПГУ. – 2019. – Т. 235. – С. 24–29. DOI: 10.31897/PMI.2019.1.24.
11. Лягов И.А. Методология расчета технической эффективности силовых секций малогабаритных винтовых забойных двигателей для системы «Перфобур» / И.А. Лягов,
Ф.Д. Балденко, А.В. Лягов, В.У. Ямалиев, А.А. Лягова // Записки Горного института. – СПб: СПГУ. – 2019. – Т. 240. – С. 694–700. DOI:10.31897/PMI.2019.6.694.
12. Chen S.L. Field Investigation of the Effects of Stick-Slip, Lateral, and Whirl Vibrations on Roller-Cone Bit Performance /
S.L. Chen, K. Blackwood, E. Lamine // SPE Drilling & Completion. – 2002. – V. 17. – USA: SPE. – pp. 15–20. DOI: 10.2118/76811-PA.
13. Galle E.M. Best Constant Weight and Rotary Speed for Rotary Rock Bits / E. M. Galle, H. B. Woods // AIME Drilling and Production Practice. – American petroleum institute (API): USA.
– 1963. – pp. 48–55. Paper Number: API-63-048.
14. Spanos P.D. Modeling of Roller Cone Bit Lift-Off Dynamics in Rotary Drilling / P.D. Spanos, A.K. Sengupta, R.A. Cunningham, P.R. Paslay // ASME J. Energy Resour. Technol. – USA: American Society of Mechanical Engineers. – 1995. – V. 117. – pp. 197–207. DOI: 10.1115/1.2835341.
15. Yigit A.S. Stick-Slip and Bit-Bounce Interaction in Oil-Well Drill strings / A.S. Yigit, A.P. Christoforou // Journal of Energy Resources Technology. – USA: American Society of Mechanical Engineers. – 2006. – V. 128. DOI: 10.1115/1.2358141.
16. Симонянц С.Л. Стимулирование процесса бурения верхним силовым приводом с использованием винтового забойного двигателя / С.Л. Симонянц, М. Аль Тии // Записки Горного института. – СПб: СПГУ. – 2019. – Т. 238. – С. 438–442. DOI: 10.31897/PMI.2019.4.438.
17. Бадретдинов Т.В. Анализ колебаний бурильной колонны и применения демпфирующих устройств / Т.В. Бадретдинов, В.У. Ямалиев // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». – Уфа: УГНТУ, 2016. –№ 6. – C. 5–22.
18. Панфилов Г.А. Исследование частотной характеристики передаточного звена «колонна бурильных труб–скважина» / Г. А. Панфилов // Проблемы нефти и газа Тюмени: Сб. науч. тр. – Тюмень: ЗапСибНИГНИ. – 1980. – № 48. – С. 31–35.
19. Хузина Л.Б. О передаче осевой нагрузки на забой горизонтальной скважины / Л.Б. Хузина, А.Ш. Янтурин // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море.
– М.: ВНИИОЭНГ. – 2006. – № 10. – С. 4–7.
20. Янтурин А.Ш. Передовые методы эксплуатации и механика бурильной колонны / А.Ш. Янтурин. – Уфа: Башкирское книжное издательство, 1988. – 167, [1] с.: ил.: ISBN 5-295-00186-5.
21. Янтурин Р.А. О некоторых аспектах увеличения длины эффективного бурения горизонтального интервала или бокового ответвления ствола скважины / Р.А. Янтурин, А.Х. Габзалилова, А.Ш. Янтурин // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – М.: ВНИИОЭНГ. – 2012. – № 2.
– С. 28–31.
22. Молоканов Д.Р. Вопросы и способы снижения сил сопротивления при бурении горизонтальных скважин / Д.Р. Молоканов, Г.В. Буслаев // Инженер нефтяник. – М.: ООО «Ай Ди Эс Дриллинг». – 2008. – № 3. – С. 16–17.
23. Хегай В.К. Управление динамикой бурильной колонны в направленных скважинах / В.К. Хегай // Диссертация на соискание степени доктора технических наук. – Ухта: УГТУ,
– 2005. – 339 с.
24. Юнин Е.К. Волновые процессы при наклонно-направленном бурении: Научное издание / Е.К. Юнин, В.Н. Рубановский, В.К. Хегай. – Ухта: УГТУ, 2002. – 60 c.: ил.: ISBN 5-88179-245-9.
25. Любимова С.В., Хузина Л.Б. Разработка вспомогательного оборудования, снижающего коэффициент трения бурильной колонны о стенки скважины при бурении скважин с горизонтальным участком / С.В. Любимова, Л.Б. Хузина // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – М.: ВНИИОЭНГ. – 2012. – № 2. – С. 12–15.
26. Патент № 96160, Российская Федерация, МПК E21B 7/00. Скважинный осциллятор: № 2008139867/22: заявл. 2008.10.07: опубл. 2010.07.20 / Хузина Л.Б., Любимова С.В., Набиуллин Р.Б.; заявитель ГОУ ВПО АГНИ. – 8 с.: ил.
27. Любимова С.В. Технико-технологическое решение для снижения коэффициента трения бурильной колонны о стенки скважины при бурении скважин с горизонтальным участком / С.В. Любимова, Л.Б. Хузина // Нефтегазовое дело. – Уфа: УГНТУ. – 2012. – № 2. – С. 22–24.
28. Saldivar M.B. An Overview on the Modeling of Oilwell Drilling Vibrations / M.B. Saldivar, I. Boussaada, H. Mounier,
S. Mondié, S.I. Niculescu. // IFAC Proceedings Volumes. – 2014. – V. 47. – South Africa: Elsevier. – pp. 5169-5174. DOI: 10.3182/20140824-6-ZA-1003.00478.
29. Saldivar M.B. Stick-slip oscillations in oil well drill strings: distributed parameter and neutral type retarded model approaches / M.B. Saldivar, S. Mondi ́e, J.J. Loiseau, V. Rasvan // 18th IFAC World Congress. – Italy: IFAC. – 2011. – pp. 284–289. DOI: 10.3182/20110828-6-IT-1002.00084.

References

1. Lyubimova S.V. Povysheniye effektivnosti bureniya naklonno-napravlennykh skvazhin s gorizontal'nymi uchastkami putem snizheniya prikhvatoopasnosti [Improving the efficiency of drilling directional wells with horizontal sections by reducing the risk of sticking] Dissertatsiya na soiskaniye uchenoy stepeni kandidata tekhnicheskikh nauk. Ufa. UGNTU Publ, – 2012, – p. 195. (In Russian).
2. Berro M.J. Laboratory investigations of a hybrid mud pulse telemetry (HMPT) – A new approach for speeding up the transmitting of MWD / LWD data in deep boreholes / M.J. Berro, M. Reich. Journal of Petroleum Science and Engineering. – Netherlands. Elsevier. – 2019. – Vol. 183. DOI: 10.1016/j.petrol.2019.106374.
(In English).
3. Dvoynikov M.V., Sidorov D.A., Kambulov Ye.Yu., Lavrik A.Yu. Soleotlozheniye i rapoproyavleniye: analiz problem, voznikayushchikh pri stroitel'stve skvazhin [Scale and brine development: analysis of problems arising during well construction] Neftegaz.ru [Neftegaz.ru], – 2022, – no. 10 (130). (In Russian).
4. Dvoynikov M.V. Development of Hydraulic Turbodrills for Deep Well Drilling. M. V. Dvoynikov, D. I. Sidorkin, A.A. Kunshin, D. A. Kovalev. Applied Science. – 2021. – V. 11. DOI: 10.3390/app11167517., Mitchell R.F. Fundamentals of Drilling Engineering. R.F. Mitchell, S. Miska, B.S. Aadnøy. – USA: Society of Petroleum Engineers, – 2011. – 696 p. : ISBN: 978-1-55563-207-6. (In English).
5. Neskoromnykh V.V. Analiz soprotivleniy i razrabotka tekhnicheskikh sredstv dlya bureniya v gorizontal'nom stvole skvazhiny 9Resistance analysis and development of technical means for drilling in a horizontal wellbore]. Stroitel'stvo neftyanykh i gazovykh skvazhin na sushe i na more [Construction of oil and gas wells on land and at sea], – 2020, – no. 3, – pp. 10–14. DOI: 10.33285/0130-3872-2020-3(327)-10-14. (In Russian).
6. Khnychkin E.V. Stabilizatsiya zenitnogo ugla naklonno napravlennykh skvazhin pri burenii komponovkami s krivym perevodnikom [Stabilization of the zenith angle of deviated wells when drilling with a curved sub assembly]. Stroitel'stvo neftyanykh i gazovykh skvazhin na sushe i na more [Construction of oil and gas wells on land and at sea], – 2012, – no. 5, – pp. 18–22. (In Russian).
7. Underwood, L.D. Directional Drilling in Petroleum Well Construction, Chapter 2. L. D. Underwood, M. L. Payne. – USA. John Wiley and Sons, 1997. (In English).
8. Baldenko D.F. Osobennosti rabochego protsessa i kharakteristiki vintovykh zaboynykh dvigateley v rezhime vrashcheniya buril'noy kolonny [Peculiarities of the working process and characteristics of downhole motors in the mode of rotation of the drill string]. Bureniye i neft' [Drilling and oil], – 2019, – no. 11,
– pp. 10–14. (In Russian).
9. Kurochkin B. O vozmozhnosti provedeniya naklonnykh i gorizontal'nykh skvazhin s pomoshch'yu ustroystva s vintovoy paroy [On the possibility of conducting inclined and horizontal wells using a device with a screw pair]. Bureniye i neft' [Drilling and oil], – 2004, – no. 1. (In Russian).
10. Litvinenko V.S. Obosnovaniye vybora parametrov rezhima bureniya skvazhin rotornymi upravlyayemymi sistemami [Justification of the choice of parameters for drilling wells with rotary controlled systems]. Zapiski Gornogo institute [Notes of the Mining Institute], – 2019, – Vol. 235, – pp. 24–29. DOI: 10.31897/PMI.2019.1.24. (In Russian).
11. Lyagov I.A. Metodologiya rascheta tekhnicheskoy effektivnosti silovykh sektsiy malogabaritnykh vintovykh zaboynykh dvigateley dlya sistemy «Perfobur» [Methodology for calculating the technical efficiency of power sections of small-sized screw downhole motors for the Perfobur system]. Zapiski Gornogo instituta [Notes of the Mining Institute], – 2019, – Vol. 240, – pp. 694–700. DOI:10.31897/PMI.2019.6.694. (In Russian).
12. Chen S.L. Field Investigation of the Effects of Stick-Slip, Lateral, and Whirl Vibrations on Roller-Cone Bit Performance.
S.L. Chen, K. Blackwood, E. Lamine. SPE Drilling & Completion. – 2002. – V. 17. – USA. SPE, pp. 15–20. DOI: 10.2118/76811-PA. (In English).
13. Galle E.M. Best Constant Weight and Rotary Speed for Rotary Rock Bits. E. M. Galle, H. B. Woods. AIME Drilling and Production Practice. – American petroleum institute (API): USA.
– 1963. – pp. 48–55. Paper Number: API-63-048. (In English).
14. Spanos P.D. Modeling of Roller Cone Bit Lift-Off Dynamics in Rotary Drilling . P.D. Spanos, A.K. Sengupta, R.A. Cunningham, P.R. Paslay. ASME J. Energy Resour. Technol. – USA. American Society of Mechanical Engineers. – 1995. – V. 117. – pp. 197–207. DOI: 10.1115/1.2835341. (In English).
15. Yigit A.S. Stick-Slip and Bit-Bounce Interaction in Oil-Well Drill strings / A.S. Yigit, A.P. Christoforou. Journal of Energy Resources Technology. – USA: American Society of Mechanical Engineers. – 2006. – V. 128. DOI: 10.1115/1.2358141.(In English).
16. Simonyants S.L. Stimulirovaniye protsessa bureniya verkhnim silovym privodom s ispol'zovaniyem vintovogo zaboynogo dvigatelya [Stimulation of the drilling process by the top power drive using a screw downhole motor]. Zapiski Gornogo instituta [Notes of the Mining Institute], – 2019, – Vol. 238, – pp. 438–442. DOI: 10.31897/PMI.2019.4.438. (In Russian).
17. Badretdinov T.V. Analiz kolebaniĭ buril'noĭ kolonny i primeneniya dempfiruyushchikh ustroĭstv [Analysis of drill string vibrations and the use of damping devices]. Elektronnyy nauchnyy zhurnal Neftegazovoye delo [Electronic scientific journal «Oil and Gas Business»], – 2016, – no. 6, pp. 5–22 (In Russian).
18. Panfilov G.A. Issledovaniye chastotnoy kharakteristiki peredatochnogo zvena «kolonna buril'nykh trub–skvazhina» [Investigation of the frequency response of the transmission link "column of drill pipes-well"], Tyumen': ZapSibNIGNI Publ., – 1980, – no. 48, pp. 31–35. (In Russian).
19. Khuzina L.B. O peredache osevoy nagruzki na zaboy gorizontal'noy skvazhiny [On the transfer of axial load to the bottom of a horizontal well]. Stroitel'stvo neftyanykh i gazovykh skvazhin na sushe i na more [Construction of oil and gas wells on land and at sea], – 2006, – no. 10, – pp. 4–7. (in Russian).
20. Yanturin A.Sh. Peredovyye metody ekspluatatsii i mekhanika buril'noy kolonny [Advanced methods of operation and mechanics of the drill string]. Ufa. Bashkirskoye knizhnoye izdatel'stvo Publ., 1988, p. 167, [1] s. : ISBN 5-295-00186-5. (In Russian).
21. Yanturin R.A. O nekotorykh aspektakh uvelicheniya dliny effektivnogo bureniya gorizontal'nogo intervala ili bokovogo otvetvleniya stvola skvazhiny [On some aspects of increasing the length of effective drilling of a horizontal interval or a lateral branch of a wellre]. Stroitel'stvo neftyanykh i gazovykh skvazhin na sushe i na more [Construction of oil and gas wells on land and at sea],
– 2012, – no. 2, – pp. 28–31. (In Russian).
22. Molokanov D.R. Voprosy i sposoby snizheniya sil soprotivleniya pri burenii gorizontal'nykh skvazhin [Questions and ways to reduce the resistance forces when drilling horizontal wells]. Moscow, «Ay Di Es Drilling» LLC Publ., – 2008, – no. 3, – pp. 16–17 (In Russian).
23. Khegay V.K. Upravleniye dinamikoy buril'noy kolonny v napravlennykh skvazhinakh [Control of drill string dynamics in directional wells]. Dissertatsiya na soiskaniye stepeni doktora tekhnicheskikh nauk. Ukhta, UGTU Publ., – 2005, – p. 339
(In Russian).
24. Yunin Ye.K. Volnovyye protsessy pri naklonno-napravlennom bureni [Wave processes in directional drilling]. Ukhta, UGTU Publ., – 2002, – p. 60, ISBN 5-88179-245-9. (In Russian).
25. Lyubimova S.V., Khuzina L.B. Razrabotka vspomogatel'nogo oborudovaniya, snizhayushchego koeffitsiyent treniya buril'noy kolonny o stenki skvazhiny pri burenii skvazhin s gorizontal'nym uchastkom [Development of auxiliary equipment that reduces the coefficient of friction of the drill string against the walls of the well when drilling wells with a horizontal section]. Stroitel'stvo neftyanykh i gazovykh skvazhin na sushe i na more [Construction of oil and gas wells on land and at sea], – 2012, – no. 2,
– pp. 12–15. (In Russian).
26. Khuzina L.B., Lyubimova S.V., Nabiullin R.B Skvazhinnyy ostsillyator [Downhole oscillato] Patent № 96160, Rossiyskaya Federatsiya, MPK E21B 7/00 № 2008139867/22: zayavl. 2008.10.07: opubl. 2010.07.20 zayavitel' GOU VPO AGNI. – 8. (In Russian).
27. Lyubimova S.V. Tekhniko-tekhnologicheskoye resheniye dlya snizheniya koeffitsiyenta treniya buril'noy kolonny o stenki skvazhiny pri burenii skvazhin s gorizontal'nym uchastkom [Technical and technological solution for reducing the coefficient of friction of the drill string against the walls of the well when drilling wells with a horizontal section]. Neftegazovoye delo [Oil and gas business], – 2012, – no. 2, – pp. 22–24. (In Russian).
28. Saldivar M.B. An Overview on the Modeling of Oilwell Drilling Vibrations. M.B. Saldivar, I. Boussaada, H. Mounier, S. Mondié, S.I. Niculescu. IFAC Proceedings Volumes. – 2014. – V. 47. – South Africa: Elsevier. – pp. 5169-5174. DOI: 10.3182/20140824-6-ZA-1003.00478. (In English).
29. Saldivar M.B. Stick-slip oscillations in oil well drill strings: distributed parameter and neutral type retarded model approache. M.B. Saldivar, S. Mondi ́e, J.J. Loiseau, V. Rasvan. 18th IFAC World Congress. – Italy: IFAC. – 2011. – pp. 284-289. DOI: 10.3182/20110828-6-IT-1002.00084. (In English).

Комментарии посетителей сайта

    Функция комментирования доступна только для зарегистрированных пользователей

    Авторизация


    регистрация

    Двойников М.В.

    Двойников М.В.

    д.т.н., профессор, директор – научный руководитель

    кафедра «Бурение нефтяных и газовых скважин», Тюменский государственный нефтегазовый университет

    Куншин А.А.

    Куншин А.А.

    к.т.н., ассистент кафедры Бурения скважин

    ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский горный университет» г. Санкт-Петербург, 199106, РФ

    Сидоркин Д.И.

    Сидоркин Д.И.

    к.т.н., заместитель директора

    НЦ «Арктика»

    Гореликов В.Г.

    Гореликов В.Г.

    д.т.н., старший научный сотрудник, профессор механики

    ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский горный университет» г. Санкт-Петербург, 199106, РФ

    Купавых К.С.

    Купавых К.С.

    к.т.н., исполнительный директор

    НЦ «Арктика»

    Ключевые слова: бурение скважин; способы бурения; режимы бурения; динамика бурильной колонны; виброускорение; вибрации и шоки долота; эффект Бойкотта
    Keywords: drilling of the wells; drilling methods; drilling practices; drill string dynamics; vibration acceleration; bit vibrations and shocks; Boycott

    Просмотров статьи: 1622

    Рейтинг@Mail.ru

    admin@burneft.ru