Comprehensive studies of aluminum drill pipe materials

The relevance of the discussed issue is caused by the need to use high quality material of drilling and rock cutting tool for developing remote regions of the Far North and Arctic offshore. The main aim of the study is the enhancement of Light Alloy Drill Pipe material properties based on the results of the comprehensive studies of the aluminum alloy samples series, including its tribological tests on friction machines. The methods used in the research: study of light alloy drill pipe specimens wear in contact with the steel casing (45 D group) on the friction machine UMT 2168 and tester FANN in fluid medium-work-study of light alloy drill pipe specimens in contact «metal-rock» on the friction machine AI-3M in fluid medium-work-study of light alloy drill pipe specimens in «casing - drill pipe» system on the friction machine II-5018 in fluid medium. The results. The paper demonstrates that the methods based on machines UMT-2168, II-5018, AI-3M and tester FANN allow simulating friction process of drill pipe made of light alloy providing physical similarity of tribological process of «drill pipe - casing», «drill pipe - rock» pairs in various drilling fluids. The authors have studied the effect of the applied drilling fluids with lubricants and polymeric additives on performance of tribological drilling fluids properties in relation to the friction pair «metal-rock». It is recommended to apply the severe deformation technique, in particular the equal channel angular pressing, to obtain ultra-fine grain structure in aluminum alloys with the given physical and mechanical properties required to improve the tribotechnical features and increase of operating life of drill pipes

Obtaining drill reagents by modification of neutral-sulphite alkali phosphonic compounds

Relevance of the work is determined by the task of developing low-toxic, biodegradable and inexpensive reagents for water based drilling muds chemical treatment. In this connection, the paper considers the methods for increasing the reactivity of neutral-sulphite liquors used as the basis of such reagents. The aim of the research is to study the feasibility of using phosphonic compounds in preparation of reagents based on neutral-sulphite liquors for treatment of drilling flushing fluids in order to improve their technological parameters Research methods: instrumental methods for determining drilling fluids parameters for taxiway 39-00147001-773-2004 ([ro] is the density, RV is the relative viscosity, [ita]pl is the plastic viscosity, [tau]0 is the yield point, the SSS is the static shear stress, IF is the index filtration, pH is the index of hydrogen ions content) supplemented with neutral sulfite liquors phosphonic compounds in acid nitrilomethylenephosphonic, sodium tripolyphosphate for both separate and combined entering into composition of drilling liquid Results. It was ascertained that inclusion of phosphonic compounds in composition of drilling reagents based on the neutral-sulfite liquor allows improving quality indicators of drilling fluids, contributing to sustainability of drilling system parameters to exposure of higher downhole temperature and mineral aggression providing high-thinning ability and reducing the drilling mud filtration rate. These properties of drilling reagents, modified by phosphonic compounds, allow converting low-reaction liquors used as the basis, to the part of the advanced resource-renewable domestic raw materials. Conclusion. Investigation of physicochemical properties and characteristics of liquors of neutral-sulfite digestion showed that, in spite of the reduced reactivity, they are a very promising component for reagents obtaining, especially in conditions of increased demand for renewable raw materials sources

Comprehensive studies of aluminum drill pipe materials

Актуальность работы обусловлена необходимостью в использовании высококачественных материалов бурильного инструмента для поиска трудноизвлекаемых углеводородов Крайнего Севера и освоения арктического шельфа. Цель работы: совершенствование свойств материала легкосплавных бурильных труб (ЛБТ), основанное на результатах комплексного изучения серии образцов алюминиевых сплавов, включая их триботехнические испытания на машинах трения. Методы исследования: анализ процесса изнашиваний: образцов ЛБТ в контакте со стальной (45 группы прочности «D») обсадной колонной с использованием машины трения УМТ 2168 в среде промывочной жидкости и на тестере Fann; образцов ЛБТ в контакте «металл - горная порода» в среде промывочной жидкости на машине трения АИ-3М; тестирование образцов легкосплавных бурильных труб в системе «обсадная колонна - бурильная труба» в среде промывочной жидкости на машине трения ИИ-5018. Результаты. Показано, что методы, базирующиеся на установках УМТ-2168, ИИ-5018, АИ-3М и тестере Fann, позволяют моделировать процесс трения бурильных труб, изготовленных из легкого сплава, обеспечивая физическое подобие процесса трения пары «бурильная труба - обсадная колонна», «бурильная труба - горная порода» в среде различных буровых промывочных жидкостей. Проанализировано влияния применяемых в бурении растворов с полимерными и смазочными добавками на показатели триботехнических свойств различных буровых промывочных жидкостей применительно к паре трения «металл - горная порода». Рекомендовано применение методов интенсивной деформации, в частности равноканально-углового прессования, для получения ультрамелкозернистой структуры в алюминиевых сплавах с заданными физико-механическими свойствами, необходимых для улучшения триботехнических свойств и увеличения срока службы бурильных труб.The relevance of the discussed issue is caused by the need to use high quality material of drilling and rock cutting tool for developing remote regions of the Far North and Arctic offshore. The main aim of the study is the enhancement of Light Alloy Drill Pipe material properties based on the results of the comprehensive studies of the aluminum alloy samples series, including its tribological tests on friction machines. The methods used in the research: study of light alloy drill pipe specimens wear in contact with the steel casing (45 D group) on the friction machine UMT 2168 and tester FANN in fluid medium-work-study of light alloy drill pipe specimens in contact «metal-rock» on the friction machine AI-3M in fluid medium-work-study of light alloy drill pipe specimens in «casing - drill pipe» system on the friction machine II-5018 in fluid medium. The results. The paper demonstrates that the methods based on machines UMT-2168, II-5018, AI-3M and tester FANN allow simulating friction process of drill pipe made of light alloy providing physical similarity of tribological process of «drill pipe - casing», «drill pipe - rock» pairs in various drilling fluids. The authors have studied the effect of the applied drilling fluids with lubricants and polymeric additives on performance of tribological drilling fluids properties in relation to the friction pair «metal-rock». It is recommended to apply the severe deformation technique, in particular the equal channel angular pressing, to obtain ultra-fine grain structure in aluminum alloys with the given physical and mechanical properties required to improve the tribotechnical features and increase of operating life of drill pipes

Graphic method of selecting drill bits

Актуальность исследования обусловлена необходимостью выбора перспективных буровых долот на стадии проектирования технологии бурения. Это направление является ресурсосберегающим, минимизирующим объем промысловых испытаний при поиске оптимальных технологических решений. Цель: разработать уточненную методику выбора буровых долот по статистическим данным о показателях механических свойств горных пород. Объекты: идентификация буровых долот различных фирм и их выбор в соответствии со статистическими характеристиками механических свойств горных пород. Эти вопросы слабо изучены и вызывают затруднения при проектировании режимов бурения скважин. Методы: графоаналитическое изучение соответствия типов буровых долот прочностным характеристикам горных пород, определяемым методом одноосного сжатия и методом статического вдавливания штампа с плоским основанием. Результаты. Для идентификации долот различных изготовителей Международная ассоциация буровых подрядчиков (МАБП) разработала единую классификацию в кодах МАБП. Для отечественной практики возникла дилемма: горные породы охарактеризованы твердостью горных пород по штампу и в категориях, а долота – прочностью горных пород при одноосном сжатии и в кодах МАБП. Предложен переход к показателю прочности горных пород, выраженному в кодах МАБП долота. Это обеспечивает единство характеристик как для долот, так и для горных пород. Соответственно предложены номограммы для выбора долот по статистическим величинам прочности горных пород в кодах МАБП, рассчитанных с надежностью 0,95. Показано, что можно аналогично выбирать долота и при представлении твердости горных пород в категориях. В случае лопастных алмазно-твердосплавных долот их выбор распадается на два этапа: выбор типа вооружения в соответствии с прочностью горной породы в кодах или твердостью в категориях и расчет числа лопастей долота, которое зависит как от прочностных характеристик горной породы, так и от диаметра долота. Для упрощения выбора долот предложено характеризовать буримость выделяемых интервалов бурения не словесно (мягкие, средние и т. д.), а их статистическими характеристиками в кодах МАБП или в категориях буримости с заданной вероятностью.The relevance of the research is caused by the need to select promising drilling bits at the design stage of drilling technology. This direction is resource saving, minimizing the volume of field trials in the search for optimal technological solutions. The main aim of the research was to develop an improved method for selecting drilling bits from statistical data on the mechanical properties of formations. Objects: identification of drilling bits of different firms and their selection in accordance with the statistical characteristics of the mechanical properties of formations. These issues are poorly understood and cause difficulties in the design of well drilling regimes. Methods: graphoanalytical study of the correspondence of the types of drill bits to the strength characteristics of formations determined by Unconfined Compression Strength and the method of Static indentation of a stamp with a flat base. Results. The International Association of Drilling Contractors (IADC) has developed a single classification in IADC codes for identification of bits of various manufacturers. For domestic drillers a dilemma arose: formations are characterized by hardness according to the stamp and in categories, and the bits are made in accordance with the strength of the formations in the IADC codes. The authors pro- pose a transition to the index of formation strength, expressed in the codes of the IADC of bits. This ensures the uniformity of characteristics for both bits and rocks. Accordingly the authors proposed nomograms for selection of bits on statistical value of toughness of formations in codes IADC, calculated with reliability of 0,95. It is shown that it is possible to select bit similarly when representing hardness of formations in categories. In the case of blade diamond carbide bits, their choice is divided into two stages: the choice of the type of a bit in accordance with the strength of the formation in codes or with hardness in categories and the calculation of the number of blades of the bit, which depends both on the toughness characteristics of the formation, and on the diameter of the bit. To simplify the choice of bits, it was suggested to characterize the drillability of formations of the allocated intervals not verbally (soft, medium and so on), but by their statistical characteristics in IADC codes or in the categories with a given probability

System of device for controlling fluid injection in a well

Актуальность исследования состоит в том, что решением преждевременного прорыва воды или газа в горизонтальной скважине из-за неоднородности профилей притока вдоль оси горизонтального ствола, является изменение пластового давления на различных участках, а также при разработке контактных месторождений, особенно по мере истощения залежи, могут служить устройства контроля притока флюида. Различают активные Interval Control Valve (ICV) или пассивные Inflow Control Device (ICD) устройства. Устройства ICD способны выровнять приток вдоль горизонтальной скважины за счет создания дополнительного сопротивления потоку жидкости, зависящего от величины притока на данном горизонтальном участке. Недостаток современных ICD в том, что они не имеют возможности регулирования и приведения пассивных устройств в действие после установки в стволе скважины. В связи с тем, что имеются риски связанные с неопределенностью в описании свойств пласта, которые присутствуют на всех стадиях разработки месторождения недостаток ICD оказывается существенным. Системы ICV приводятся в действие дистанционно с поверхности скважины, но не способны определять характер поступающего флюида (нефть, газ, вода) в скважину и принимать решение в автоматическом режиме. Цель: разработка новой конструктивной схемы устройства контроля притоком с возможностью непрерывного мониторинга характера поступающей жидкости, и программного обеспечения для управления клапаном с устья скважины. Объекты: горизонтальная скважина и устройство контроля притоком флюида. Методы: имитационное моделирование Simulink, нейронные сети, матричные методы, методы линеаризации нелинейных уравнений. Результаты. Предложена новая конструктивная схема устройства контроля притока в горизонтальной скважине, позволяющая непрерывно оценивать характер поступающего флюида. Данная конструкция позволяет в автоматическом режиме регулировать положение исполнительного механизма по данным измерительных приборов. Дано математическое описание работы клапана. Разработана модель клапана в среде моделирования Simulink, с использованием матричного подхода и нейронных сетей, для построения качественной зависимости положения клапана от значения создаваемого перепада давления. Приведены результаты работы блока нейронной сети и конечный результат моделирования.The relevance of the research is in the fact that fluid flow control devices can serve as a practical solution to premature breakthrough of water or gas in a horizontal well due to heterogeneity of inflow profile along the axis of the horizontal trunk, changes in reservoir pressure at various sites, as well as development of contact fields, especially as the deposits are depleted, serve as fluid control devices. There are active Interval Control Valve (ICV) or passive Inflow Control Device (ICD). ICD devices are able to equalize the inflow along the horizontal well, creating additional resistance to fluid flow, depending on the amount of inflow in this horizontal section. The drawback of modern ICDs is that they do not have the ability to regulate and activate ICD after installation in the wellbore. This creates certain risks associated with the uncertainty in description of reservoir properties that are present at all stages of field development. ICV systems are operated remotely from the surface of the well, but are not able to determine the nature of the incoming fluid (oil, gas, water) into the well and make a decision in automatic mode. Objects of the research are a horizontal wells and a fluid flow control device. Methods: simulation Simulink, neural networks, matrix methods, methods of linearization of nonlinear equations. The main aim of the research is to development of a new design scheme of the inflow control device, with the possibility of continuous monitoring of the nature of the incoming liquid, and software for controlling the valve with the wellhead. Results. The authors have proposed a new design scheme of inflow control device in a horizontal well, which helps continuous assessment the nature of the incoming fluid. This design allows you automatically adjust the position of the actuator mechanism, as reported by measuring instruments. The mathematical description of the valve operation is given. The model of the valve was developed in Simulink simulation environment, using the matrix approach and neural networks, to build a qualitative dependence of the valve position on pressure drop value. The results of the neural network block operation and the final result of modeling are presented

Obtaining drill reagents by modification of neutral-sulphite alkali phosphonic compounds

Актуальность работы обусловлена задачей создания низкотоксичных, биоразлагаемых и недорогих реагентов для химической обработки буровых промывочных жидкостей на водной основе. В связи с этим рассматриваются способы повышения реакционной способности нейтрально-сульфитных щелоков, используемых в качестве основы таких реагентов. Цель работы: исследование возможности применения фосфоновых соединений при получении реагентов на основе нейтрально-сульфитных щелоков для обработки буровых промывочных жидкостей с целью улучшения их технологических параметров. Методы исследования: инструментальные методы определения параметров буровых растворов по РД 39-00147001-773-2004 (где [ро] - плотность; УВ - условная вязкость; [эта]пл - пластическая вязкость; [тау]0 - динамическое напряжение сдвига; СНС - статическое напряжение сдвига; ПФ - показатель фильтрации; рН - показатель содержания ионов водорода) с добавками нейтрально-сульфитных щелоков, фосфоновых соединений в составе нитрилметиленфосфоновой кислоты, триполифосфата натрия как при отдельном, так и совместном их вводе в состав буровых промывочных жидкостей. Результаты. Установлено, что вовлечение фосфоновых соединений в состав реагентов на основе нейтрально-сульфитного щелока позволяет улучшать качественные характеристики технологических промывочных жидкостей, способствуя устойчивости параметров буровой системы к воздействию повышенных забойных температур и минеральной агрессии, обеспечивая высокую разжижающую способность и снижая показатель фильтрации бурового раствора. Указанные свойства буровых реагентов, модифицированных фосфоновыми соединениями, позволяют перевести низкореакционные нейтральные щелока, используемые в качестве основы, в состав перспективного ресурсовозобновляемого отечественного сырья. Вывод. Исследование физико-химических свойств и особенностей щелоков нейтрально-сульфитной варки показало, что они, несмотря на сниженную реакционную способность, являются весьма перспективным компонентом для получения реагентов, особенно в условиях повышенного спроса на возобновляемые сырьевые источники.Relevance of the work is determined by the task of developing low-toxic, biodegradable and inexpensive reagents for water based drilling muds chemical treatment. In this connection, the paper considers the methods for increasing the reactivity of neutral-sulphite liquors used as the basis of such reagents. The aim of the research is to study the feasibility of using phosphonic compounds in preparation of reagents based on neutral-sulphite liquors for treatment of drilling flushing fluids in order to improve their technological parameters Research methods: instrumental methods for determining drilling fluids parameters for taxiway 39-00147001-773-2004 ([ro] is the density, RV is the relative viscosity, [ita]pl is the plastic viscosity, [tau]0 is the yield point, the SSS is the static shear stress, IF is the index filtration, pH is the index of hydrogen ions content) supplemented with neutral sulfite liquors phosphonic compounds in acid nitrilomethylenephosphonic, sodium tripolyphosphate for both separate and combined entering into composition of drilling liquid Results. It was ascertained that inclusion of phosphonic compounds in composition of drilling reagents based on the neutral-sulfite liquor allows improving quality indicators of drilling fluids, contributing to sustainability of drilling system parameters to exposure of higher downhole temperature and mineral aggression providing high-thinning ability and reducing the drilling mud filtration rate. These properties of drilling reagents, modified by phosphonic compounds, allow converting low-reaction liquors used as the basis, to the part of the advanced resource-renewable domestic raw materials. Conclusion. Investigation of physicochemical properties and characteristics of liquors of neutral-sulfite digestion showed that, in spite of the reduced reactivity, they are a very promising component for reagents obtaining, especially in conditions of increased demand for renewable raw materials sources