Modeling pellet impact drilling process

The paper describes pellet impact drilling which could be used to increase the drilling speed and the rate of penetration when drilling hard rocks. Pellet impact drilling implies rock destruction by metal pellets with high kinetic energy in the immediate vicinity of the earth formation encountered. The pellets are circulated in the bottom hole by a high velocity fluid jet, which is the principle component of the ejector pellet impact drill bit. The experiments conducted has allowed modeling the process of pellet impact drilling, which creates the scientific and methodological basis for engineering design of drilling operations under different geo-technical conditions

Modeling pellet impact drilling process

The paper describes pellet impact drilling which could be used to increase the drilling speed and the rate of penetration when drilling hard rocks. Pellet impact drilling implies rock destruction by metal pellets with high kinetic energy in the immediate vicinity of the earth formation encountered. The pellets are circulated in the bottom hole by a high velocity fluid jet, which is the principle component of the ejector pellet impact drill bit. The experiments conducted has allowed modeling the process of pellet impact drilling, which creates the scientific and methodological basis for engineering design of drilling operations under different geo-technical conditions

Methods to ensure optimal off-bottom and drill bit distance under pellet impact drilling

The paper describes pellet impact drilling which could be used to increase the drilling speed and the rate of penetration when drilling hard rock for various purposes. Pellet impact drilling implies rock destruction by metal pellets with high kinetic energy in the immediate vicinity of the earth formation encountered. The pellets are circulated in the bottom hole by a high velocity fluid jet, which is the principle component of the ejector pellet impact drill bit. The paper presents the survey of methods ensuring an optimal off-bottom and a drill bit distance. The analysis of methods shows that the issue is topical and requires further research

Arresting and supplying apparatus for increasing pellet impact drilling speed per run

The paper describes pellet impact drilling which might be used to increase the drilling rate and the penetration rate of hard and tough rock drilling. Pellet impact drilling implies rock destruction by metal pellets having high kinetic energy in the immediate vicinity of the earth formation encountered. The pellets are recirculated in the bottom of the bore hole by a high velocity fluid jet, which is the principle component of the ejector pellet impact drill bit. The arresting and supplying apparatus is supposed to increase speed per run in pellet impact drilling, as it not only replenishes the pellets but also supplies and then picks up the pellets from the bottom hole. The paper presents the design of the pellet-supplying component which ensures a portion of pellets supply to the bottom hole

Analysis of oil and gas well casing designs in order to identify promising areas for further research

Актуальность. С каждым годом, ввиду истощения легкодоступных запасов углеводородов, возникает потребность в повышении темпов разработки месторождений, расположенных в сложных горно-геологических условиях. Строительство и эксплуатация скважин в сложных геологических условиях часто сопровождаются различными осложнениями и авариями, такими как флюидопроявления, открытые фонтаны, возникновение межколонных давлений, негерметичность обсадной колонны, протаивание и обрушение мерзлых пород в околоствольном пространстве скважин и т. д. Все это приводит к значительному увеличению стоимости строительства скважин, а также к росту затрат на их содержание и эксплуатацию. При проектировании скважин на месторождениях со сложными горно-геологическими условиями особое внимание уделяется конструкции скважины ввиду того, что помимо дополнительных финансовых затрат неправильный выбор конструкции может привести к полной потере скважины. Актуальным вопросом является выбор конструкции скважин, позволяющей достичь высоких экономических показателей при отсутствии сопутствующих осложнений при строительстве и эксплуатации нефтяных и газовых скважин в сложных горно-геологических условиях. Цель: определить перспективные направления совершенствования конструкций нефтяных и газовых скважин и обсадных колонн. Методы: оценка и анализ действующих конструкций нефтяных и газовых скважин и обсадных колонн на возможность дальнейшей оптимизации и применимости к строительству скважин в сложных горно-геологических условиях. Результаты. Авторами разработаны классификации конструкций нефтяных и газовых скважин и обсадных колонн. Выделены основные классификационные признаки для конструкций нефтяных и газовых скважин и обсадных колонн. Определены перспективные направления дальнейших исследований.The relevance. Every year, the demand for increasing the pace of developing deposits located in complex subsurface conditions is becoming more and more urgent due to the depletion of soft hydrocarbon reserves. The construction and operation of wells in complex subsurface conditions are often accompanied by various complications and accidents, such as fluid kicks, blowouts, occurrence of intercasing pressures, leakage of the casing, thawing and collapse of permafrost in the borehole space of wells, etc. All this leads to a significant increasing of well construction costs, as well as to the increase in the costs of their maintenance and operation. When designing wells in fields with complex subsurface conditions, special attention is paid to the well casing design, due to the fact that in addition to ancillary financial costs, the wrong choice of well casing design can lead to loss of the well. An urgent issue is the choice of well casing design that allows achieving high economic performance in the absence of concomitant complications during the construction and operation of oil and gas wells in complex subsurface conditions. The main aim: identify promising areas for improving oil and gas well casing designs and well casings. Methods: evaluation and analysis of existing oil and gas well casing designs and well casings for the possibility of further optimization and applicability to the construction of wells in complex subsurface conditions. Results. The authors have developed classifications of oil and gas well casing designs and well casings. The main classification features for the oil and gas well casing designs and well casings were highlighted. Promising areas of further research were identified

Using unsupervised machine learning algorithm to prevent the sticking of drilling and casing strings

Актуальность. С каждым годом истощение легкодоступных запасов углеводородов определяет необходимость разработки месторождений, характеризующихся сложными горно-геологическими условиями. Строительство скважин в данных условиях часто сопровождается различными осложнениями и авариями. Повышенные риски их возникновения обусловлены усложнением конструкции скважины, траектории ствола, а также недостаточно достоверными данными о горно-геологических условиях бурения. Прихват бурильной или обсадной колонны является одной из самых сложных аварий, которая оказывает существенное влияние на эффективность бурения и стоимость строительства скважины. Зачастую при возникновении прихвата требуется проведение дорогостоящих мероприятий по его ликвидации. В настоящее время признаки прихвата определяются по параметрам бурения инженерным составом, однако ввиду особенностей человеческого восприятия и сменного режима работы это происходит несвоевременно. Недостатки используемого в настоящий момент подхода предопределили использование алгоритмов машинного обучения. Интеллектуальная система может автоматически анализировать тенденции изменения параметров бурения, обнаруживать аномалии в реальном времени, заблаговременно прогнозировать вероятность возникновения аварии и предупреждать инженера по бурению на ранней стадии, что позволит реализовать превентивные мероприятия до того, как колонна будет прихвачена. Цель: создание алгоритма, позволяющего прогнозировать вероятность возникновения прихвата бурильной или обсадной колонны в процессе бурения скважины на основании анализа данных геолого-технологических исследований. Методы: анализ современных достижений в области определения аномалий во временных рядах при помощи алгоритмов машинного обучения; создание алгоритма прогнозирования прихвата на языке программирования Python с использованием библиотек с открытым исходным кодом. Результаты. Авторами разработан алгоритм прогнозирования прихвата, проведена оценка его эффективности на тестовой выборке, а также масштабируемость на прочие аварии и осложнения, возникающие в процессе бурения. Определены перспективные направления дальнейших исследований.The relevance. Drilling failures and accidents will continue to attract attention in drilling for oil and gas as more complex wells are being drilled across depleted zones to reach deeper reservoir targets. Stuck pipe incident continue to be a major contributor to non-productive time in drilling operations for oil and gas. When a stuck pipe incident occurs, costly corrective actions may include fishing operations, sidetracking the hole, or completely having to drill a new well. Stuck pipe warning signs are often undetected early enough for the deployment of effective mitigation strategies due to human mistakes and crew changes during drilling operations. The unsupervised machine learning algorithm is programmed to automatically detect abnormalities in real-time drilling parameter trends and predict potential stuck pipes, communicate observations in the form of alerts to engineers in advance to allow proactive corrective actions. Early detection of a stuck pipe and mitigating the incident in real time not only help to prevent its occurrence, but also help in making informed decisions to the appropriate freeing mechanism to adopt if it occurs. The main aim: create the stuck pipe detection model which predicts failure probability during the well drilling using mud logging service data. Objects: multivariate-sensing time-series data of mud logging service. Methods: analysis of current anomaly detection techniques achievments in the field of using machine learning; developing the stuck pipe detection model with open-source Python frameworks. Results. The authors have developed stuck pipe detection model with HTM algorithm, evaluated performance with test dataset. Promising areas of further research were identified

Developing recommendations for optimizing the design of the drilling bit for pellet impact drilling

Актуальность. Несмотря на активное развитие возобновляемых источников энергии, ископаемое топливо все еще занимает лидирующую позицию среди известных энергоресурсов. При этом, согласно прогнозам, в ближайшие десятилетия Россия останется одним из их крупнейших мировых экспортеров. Поэтому в нашей стране все более остро стоит вопрос по сохранению объема добычи полезных ископаемых, что требует разведки новых месторождений, разработки новых решений, позволяющих осуществлять работы в сложных условиях. Одним из таких решений может стать шароструйное бурение. Над развитием шароструйного бурения работали ряд исследователей. Было предложено большое количество различных снарядов для шароструйного бурения. При этом до сих пор не существует конструкции, принятой за наиболее рациональную. Цель: разработка рекомендаций к конструкции снаряда для шароструйного бурения, наиболее полно отвечающего требованиям геологоразведочных и горнодобывающих отраслей промышленности. Объектом исследования является буровой снаряд для шароструйного бурения. Методы: обзор литературных источников; систематизация классификационных признаков различных конструкций снарядов для шароструйного бурения; анализ известных конструкций согласно разработанной классификации. Результаты. Установлено, что наибольшая механическая скорость бурения шароструйным способом будет достигаться при использовании снаряда, состоящего из одной камеры смешения цилиндрической формы. При этом подъем шаров выше впускных окон должен быть ограничен задерживающим устройством, а расстояние между снарядом и забоем необходимо поддерживать без использования элементов, контактирующих с забоем скважины. Предложена конструкция снаряда, удовлетворяющего перечисленным критериям.Relevance. Despite the active development of renewable energy sources, fossil fuels still occupy a leading position among the known energy resources. According to forecasts, in the coming decades Russia will remain one of the largest world exporters of fossil fuels. In Russia, the issue of maintaining the volume of extraction of minerals is becoming more and more acute. This requires the exploration of new deposits, as well as the development of new solutions that allow carrying out the work in difficult conditions. Pellet impact drilling can be one of such solutions. Some researchers have worked on the development of this drilling method. A large number of different pellet impact drilling bits have been proposed. At the same time, there is still no design accepted as the most rational one. Purpose: development of recommendations for the design of a drilling bit for pellet impact drilling, which most fully meets the requirements of geological exploration and mining industries. The object of the research is a drilling bit for pellet impact drilling. Methods: review of literary sources; systematization of the classification features of various designs of drilling bits for pellet impact drilling; analysis of previously developed designs according to the classification developed in this work. Results. It was found that the highest mechanical speed of pellet impact drilling is achieved when using a drilling bit consisting of one mixing chamber, cylindrical in shape, with a diffuser on the lower edge. In this case, the rise of the pellets above the inlet ports must be limited by a retarding device, and the distance between the drilling bit and the well bottom must be maintained without using the elements contacting with the well bottom. The paper proposes a design of the drilling bit which meets the mentioned criteria