Взаємодія бурильної колони зі стінками свердловини в місцях утворення жолобів та каверн
We consider stress-deformed state borehole of well on the walls wich is a gutter or cavity.
 Used model sufficient beams on the four pillars wich loaded both radial and axial efforts. The
 conclusions about the need this calculation in practice.
Saved in:
| Published in: | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2010
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/23385 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Взаємодія бурильної колони зі стінками свердловини в місцях утворення жолобів та каверн / Р.В. Рачкевич, А.А. Козлов, В.М. Сенчішак, Т.Ф. Тутко, В.В. Гриців // 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. 47-51. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860024970869997568 |
|---|---|
| author | Рачкевич, Р.В. Козлов, А.А. Сенчішак, В.М. Тутко, Т.Ф. Гриців, В.В. |
| author_facet | Рачкевич, Р.В. Козлов, А.А. Сенчішак, В.М. Тутко, Т.Ф. Гриців, В.В. |
| citation_txt | Взаємодія бурильної колони зі стінками свердловини в місцях утворення жолобів та каверн / Р.В. Рачкевич, А.А. Козлов, В.М. Сенчішак, Т.Ф. Тутко, В.В. Гриців // 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. 47-51. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| description | We consider stress-deformed state borehole of well on the walls wich is a gutter or cavity.
Used model sufficient beams on the four pillars wich loaded both radial and axial efforts. The
conclusions about the need this calculation in practice.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:49:30Z |
| format | Article |
| fulltext |
РАЗДЕЛ 1. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
47
Выводы
1. Выполнен сравнительный статистический анализ законов распределения времени без-
отказной работы долот ИСМ и показана подчиненность нормальному закону в однородных
рассматриваемых условиях.
2. Предложен методический подход, позволяющий с помощью показателей надежности
долот прогнозировать продолжительность их безотказной работы как в однородных, так и
неоднородных по свойствам горных пород условиях.
Литература
1. Абрамсон М. Г., Позднякова Л. А. Исследование закона распределения показателей
надежности шарошечных долот серии ГН. М.: Изд-во ВНИИОЭНГ, РНТС «Буре-
ние», 1983, вып. 1.с. 5-7.
2. Эфендиев Г. М., Джафарова Н. М., Кулиев В. Т. Оценка надежности долот ИСМ по
статистической информации. // НТС ВНИИОЭНГ, сер. «Нефтегазовая геология, гео-
физика и бурение».М.,1985. вып. 6. с. 36-38.
3. Эфендиев Г. М. О характере изнашивания долот ИСМ и математической модели их
надежности. // В кн.: Разрушение горных пород при бурении скважин. Уфа, 1982. т.
II, с. 55-58.
4. Технико-экономическая эффективность бурения скважин долотами, армированными
сверхтвердым материалом на площадях Азербайджана. / Садыхов Ю. В., Дадашев Н.
Г., Рыскин Е. П., Керимов Н. Г. // ОИ АзИНТИ, сер. «Нефтедобывающая промышлен-
ность». Баку, 1976.
5. Базовский И. Надежность. Теория и практика. М.: Мир, 1965.
6. Вентцель Е. С. Теория вероятностей. М., 1962..
Поступила 09.06.10
УДК 622.245.23
Р.В. Рачкевич
1
, А.А. Козлов
2
; В.М. Сенчішак
1
; Т.Ф. Тутко
1
, кандидати технічних наук,
В.В. Гриців
1
1
Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, Україна
2
ДАТ «Чорноморнафтогаз», м. Сімферополь, Україна
ВЗАЄМОДІЯ БУРИЛЬНОЇ КОЛОНИ ЗІ СТІНКАМИ СВЕРДЛОВИНИ В МІСЦЯХ
УТВОРЕННЯ ЖОЛОБІВ ТА КАВЕРН
We consider stress-deformed state borehole of well on the walls wich is a gutter or cavity.
Used model sufficient beams on the four pillars wich loaded both radial and axial efforts. The
conclusions about the need this calculation in practice.
На практиці, форма стовбура свердловин значно відрізняється від циліндричної. У на-
слідок притискання бурильної колони до стінок свердловини, осипання та вимивання буро-
вим розчином більш м’яких порід утворюються жолоби та каверни. Процес утворення
останніх детально описано в [1 – 3].
Слід зазначити, що жолоби та каверни істотно ускладнюють умови роботи бурильної
колони, яка під їх впливом зазнає поперечних деформацій навіть у прямолінійному стовбурі
свердловини (рис. 1).
Выпуск 13. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
48
Рис. 1.Загальний вигляд бурильної колони у стовбурі свердловини
з каверною або жолобом
Напружено-деформаваний стан колони в такому випадку розглянуто в [4]. як розрахун-
кову схему взято вагому балку, навантажену поперечними зосередженими силами. Недолік
такої методики розрахунку полягає в неможливості її використання у випадку, коли на колону
діють поздовжні сили розтягу (або стискання). у цій статті викладено удосконалення методи-
ки, наведеної в [4], шляхом уведення в розрахункову модель поздовжньої сили (рис. 1).
Рис. 2. Схема розрахункової моделі
У такій постановці балка двічі статично невизначена, тому для її аналізу застосуємо
метод, викладений у [5]. Згідно з цим методом, балку розбивають на частини, так, як це по-
казано на рисунку 2. У результаті отримуємо три статично визначені балки:
11
BA ,
22
BA та
33
BA . З метою врахування взаємодії цих балок (адже насправді балка суцільна) уведемо зги-
нальні моменти
1
M та
2
M .
Запишемо диференціальні рівняння пружної осі для кожної із балок:
;
2
5,0
d
d
11
2
1
1
1
2
2
1
11
zyS
z
qz
l
Mlq
z
zy
EI
n
n
(1)
;
2
5,0
d
d
221
2
2
2
21
2
2
2
22
zySM
lz
qlz
l
MMlq
z
zy
EI
n
m
mn
(2)
;
2
5,0
d
d
332
2
3
3
2
2
2
3
33
zySM
llz
qllz
l
Mlq
z
zy
EI
m
nm
n
(3)
де E – модуль пружності першого роду для матеріалу бурильних труб;
n
q – перпендикуляр-
на до осі свердловини складова ваги одиниці довжини бурильної колони
Зn
aq sin ;
11
zy ,
22
zy ,
33
zy – прогин балки відповідно
11
BA ,
22
BA та
33
BA ; S – осьова сила; I –
момент інерції поперечного перерізу бурильних труб;
З
– зенітний кут свердловини у місці
жолоба чи каверни; l ,
m
l – довжини відповідних прогонів згідно із рис. 2.
Розв’язки рівнянь (1 – 3) мають такий вигляд:
РАЗДЕЛ 1. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
49
;
2
22
cossin
2
11
2
1
112111
Sl
lEIqSlzqMlqz
Сz
EI
S
Сz
EI
S
zy
nnn
(4)
324222
cossin Сz
EI
S
Сz
EI
S
zy
;
2
22
2
2211
2
2
2
2
Sl
qlEIzlMMlMzlqlzlqS
m
mmnmn
(5)
536333
cossin Сz
EI
S
Сz
EI
S
zy
.
2
25,05,022
2
323
2
Sl
qlEIzllMzllqlqS
nmmnn
(6)
Силу, розтягу бурильної колони, розміщеної безпосередньо над жолобом або кавер-
ною, розраховуємо за формулою
,cos llqS
НПЗ
де
НП
l – відстань від нейтрального перерізу бурильної колони до початку жолоба чи каверни
(у напрямку від вибою до устя).
Для визначення змінних інтегрування
61
CC , невідомих моментів
1
M і
2
M та дов-
жини l використаємо систему крайових умов
.00
;
;
;02
;0
;0
;0
;0
;00
1
32
21
3
3
2
2
1
1
y
llylly
lyly
lly
lly
lly
ly
ly
y
mm
m
m
m
(7)
Розв’язавши (7) перевіремо виконання наступної умови
,5,05,0
2
dhlly
ЖКm
(8)
де
ЖК
h – максимальна глибина жолоба чи каверни; d – зовнішній діаметр бурильної колони.
Виконання умови (8) означає, що бурильна колона не торкається дна жолоба чи каве-
рни, відтак нормальні напруження згину в її поперечному перерізі:
,
2
11
1
I
dlyEI
вип
вип
(9)
де
11 вип
ly – функція
11
zy отримана з використанням формул (1 – 7).
Якщо умова (8) не виконується, це означає, що бурильна колона доторкається до дна
жолобу чи каверни, де й виникає додаткова реакція. Для її врахування у розрахункову мо-
дель, що зображена на рис. 2, додамо опору по середині прогону
22
BA . Отримуємо тричі
статично невизначену балку. Проте, відносно реакції в зазначеній опорі балка симетричною.
Відтак розглянемо тільки її половину (рис. 3).
Выпуск 13. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
50
Рис. 3. Схема розрахункової моделі
Для розглядуваного навантаження диференціальні рівняння пружної осі та їх
розв’язки матимуть такий вигляд:
для першого прогону рівняння та розв’язок аналогічні відповідно (1) та (4);
для другого – відповідно
;
28
88
d
d
221
2
2
2
21
2
2
2
22
zySM
lz
qlz
l
MMlq
z
zy
EI
n
m
mn
(10)
та
;
16
1616168
2
2211
2
2
2
2
Sl
qlEIzlMMlMzlqlzlqS
m
mmnmn
(11)
Як і в попередньому випадку, застосуємо систему крайових умов для знаходження
змінних інтегрування
41
CC , згинальних моментів
1
M та
2
M і довжини l
.00
;05,0
;
;5,05,0
;0
;0
;00
1
2
21
2
2
1
1
y
lly
lyly
dhlly
ly
ly
y
m
ЖКm
(12)
Далі визначаємо нормальні напруження згину у поперечному перерізі бурильної колони
,
2
21
2
I
dlyEI
вип
вип
(13)
де
21 вип
ly – функція
11
zy отримана з використанням формул (10 – 12).
Залежностями (1) – (13) проаналізуємо напружено-деформівний стан колони буриль-
них труб ТБПК 127 із товщиною стінки 9 мм, розміщені над жолобом чи каверною глибиною
10 см. Результати розрахунку за відсутності та наявності сили розтягу, наведені в таблиці.
Згідно з розрахунком найбільші нормальні напруження згину в поперечному перерізі
бурильної колони виникають над початком та закінченням жолоба або каверни (див. рис. 1).
Як і очікували, напруження зростає зі збільшенням довжини жолоба (каверни) та зенітного
кута свердловини. Зі збільшенням сили розтягу напруження згину знижується.
РАЗДЕЛ 1. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
51
Нормальні напруження згину в поперечному перерізі бурильної колони
Зенітний кут
свердловини, º
Сила розтягу, кН
Нормальні напруження згину, МПа / каверни, м
5 10 15 20
30
0 3,9 15,6 34,5 71,0*
60
0 6,8 27,1 60,3 84,5*
90
0 7,8 31,5 70,5 90,0*
30
125 3,5 11,4 20,2 29,0
60
72 6,4 22,0 41,7 61,9
90
5 7,8 31,0 68,0 90,0
Примітка: знаком * позначено напруження, що визначені за формулою (13), всі інші – за формулою (9)
Припустимо, що бурильні труби ТБПК 127 виготовлені зі сталі групи міцності «Д».
Згідно з [6] межа текучості матеріалу МПа
u
380 , межа втомної міцності при віднульо-
вому циклі навантаження МПа100...90
0
. Як випливає з даних таблиці, навіть у прямолі-
нійному стовбурі свердловини з жолобом (каверною) можливі умови, за яких тільки напру-
ження згину у поперечному перерізі бурильних труб досягає границі втомної міцності.
З огляду на викладене доходимо висновку про необхідність проведення аналізу на-
пружено-деформівного стану колони бурильних труб у прямолінійних ділянках свердловин з
великими зенітними кутами та порушенням цілісності стінок свердловини.
Література
1. Жестовский А. Д. Определение аналитическим путем ориентации в пространстве же-
лобных выработок в скважине // Нефтяное хазяйство, 1972. – № 2. – С. 13 – 17.
2. Пейсиков Ю. В. Кавернообразование при бурении скважин // Геология нефти и газа,
1992. – №6. – C. 6 – 11.
3. Фролов Е. П., Кошелев Н. Н., Алишанян Р. Р. Механизм желобообразования и неко-
торые основные факторы, определяющие его развитие // РНТС, ВНИИОЭНГ, сер. Бу-
рение, 1970. – №7. – С. 3 – 5.
4. В. М. Івасів, Р. В. Рачкевич, М. М. Яворський, А. В. Козлов Напружено-
деформований стан бурильної колони у свердловинах ускладнених виробками //
Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ, 2004. – №4 (13). – С. 113 – 116.
5. Тимошенко С. П. , Дж. Гере Механика материалов . – М.: Мир, 1975. – 670 с.
6. Иогансен К.В. Спутник буровика. – М.: Недра, 1981. – 200 с.
Надійшла 04.06.10
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-23385 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | XXXX-0065 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:49:30Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Рачкевич, Р.В. Козлов, А.А. Сенчішак, В.М. Тутко, Т.Ф. Гриців, В.В. 2011-07-04T13:19:45Z 2011-07-04T13:19:45Z 2010 Взаємодія бурильної колони зі стінками свердловини в місцях утворення жолобів та каверн / Р.В. Рачкевич, А.А. Козлов, В.М. Сенчішак, Т.Ф. Тутко, В.В. Гриців // 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. 47-51. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. XXXX-0065 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/23385 622.245.23 We consider stress-deformed state borehole of well on the walls wich is a gutter or cavity.
 Used model sufficient beams on the four pillars wich loaded both radial and axial efforts. The
 conclusions about the need this calculation in practice. uk Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения Взаємодія бурильної колони зі стінками свердловини в місцях утворення жолобів та каверн Article published earlier |
| spellingShingle | Взаємодія бурильної колони зі стінками свердловини в місцях утворення жолобів та каверн Рачкевич, Р.В. Козлов, А.А. Сенчішак, В.М. Тутко, Т.Ф. Гриців, В.В. Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения |
| title | Взаємодія бурильної колони зі стінками свердловини в місцях утворення жолобів та каверн |
| title_full | Взаємодія бурильної колони зі стінками свердловини в місцях утворення жолобів та каверн |
| title_fullStr | Взаємодія бурильної колони зі стінками свердловини в місцях утворення жолобів та каверн |
| title_full_unstemmed | Взаємодія бурильної колони зі стінками свердловини в місцях утворення жолобів та каверн |
| title_short | Взаємодія бурильної колони зі стінками свердловини в місцях утворення жолобів та каверн |
| title_sort | взаємодія бурильної колони зі стінками свердловини в місцях утворення жолобів та каверн |
| topic | Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения |
| topic_facet | Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/23385 |
| work_keys_str_mv | AT račkevičrv vzaêmodíâburilʹnoíkolonizístínkamisverdlovinivmíscâhutvorennâžolobívtakavern AT kozlovaa vzaêmodíâburilʹnoíkolonizístínkamisverdlovinivmíscâhutvorennâžolobívtakavern AT senčíšakvm vzaêmodíâburilʹnoíkolonizístínkamisverdlovinivmíscâhutvorennâžolobívtakavern AT tutkotf vzaêmodíâburilʹnoíkolonizístínkamisverdlovinivmíscâhutvorennâžolobívtakavern AT gricívvv vzaêmodíâburilʹnoíkolonizístínkamisverdlovinivmíscâhutvorennâžolobívtakavern |