Лабораторне дослідження напружено-деформованого стану бурильної колони в локальному перегині свердловини

Abstract

The object of research is the operation of the drill string in the local bend of the well. One of the most problematic aspects in this case is the establishment of its stress-strain state. This is very important information, which, in particular, is used to make decisions on the duration and possibility of operating the drill string in a given geological and technical conditions.Based on a critical literature review, physical modeling of the object of study was chosen to solve this problem. In particular, a special laboratory stand was designed, manufactured and tested, which provides:load model of the drill string axial tensile force and torque;modeling of curvilinear axes of wells with possible local excesses, based on the results of industrial inclinometry and profilometry;measurement of stresses and deformations of the model of the column and their interpretation to the values of the natural object.As a model of a drill string, a copper tube with a weighting agent was used to provide criterial similarity with a full-scale object. To measure normal stresses on a drill string model, strain gauging was used. At the same time, analog voltage values on strain gauges are digitized and transferred to a personal computer for further processing and interpretation.With the help of the proposed laboratory stand, experimental studies of the stress-strain state of a 127-mm drill string model in a local bend of well No. 10 of the Odesa deposit (Ukraine) were carried out. It has been established that the normal bending stresses that arise in this case can more than three times exceed the same values obtained without taking into account the presence of the specified curvature of the borehole axis.Thanks to the proposed experimental method, it is possible to study the deformations and stresses that occur in the drill strings during their work in wells with local axial kinks. There is no need to apply complex analytical transformations and algorithms. In addition, the model has the same physical nature as the object of study. This is an extremely weighty argument, especially in the study of complex cases of interaction between the drill string and the borehole walls.Объектом исследования данной работы является эксплуатация бурильной колонны в локальном изгибе скважины. Одним из самых проблемных аспектов в данном случае считается установление ее напряженно-деформированного состояния. Это очень важная информация, которая, в частности, используется для принятия решений о продолжительности и возможности эксплуатации бурильной колонны в заданных геолого-технических условиях.Опираясь на критический обзор литературы, для решения указанной проблемы избрано физическое моделирование объекта исследования. В частности, был спроектирован, изготовлен и апробирован специальный лабораторный стенд, который обеспечивает:нагрузку модели бурильной колонны осевой силой растяжения и крутящим моментом;моделирование криволинейных осей скважин с возможными локальными изгибами, опираясь на результаты промышленной инклинометрии и профилеметрии;измерение напряжений и деформаций модели колонны и их интерпретация к величинам натурного объекта.В качестве модели бурильной колонны использовано медную трубку с утяжелителем для обеспечения критериального сходства с натурным объектом. Для измерения нормальных напряжений на модели бурильной колонны использован метод тензометрирования. При этом, аналоговые значения напряжений на тензодатчиках оцифровываются и передаются на персональный компьютер для дальнейшей обработки и интерпретации.С помощью предложенного лабораторного стенда были проведены экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния модели бурильной колонны диаметром 127 мм в локальном изгибе скважины № 10 Одесского месторождения (Украина). Установлено, что нормальные напряжения от изгиба, которые при этом возникают, могут больше чем втрое превышать аналогичные величины, полученные без учета наличия указанного искривления оси скважины.Благодаря предложенному экспериментальному методу обеспечивается возможность исследования деформаций и напряжений, возникающих в бурильных колоннах во время их работы в скважинах с локальными изгибами осей. При этом нет необходимости применять сложные аналитические преобразования и алгоритмы. Кроме этого, модель имеет такую же физическую природу, как и объект исследования. Это чрезвычайно весомый аргумент, особенно при исследовании сложных случаев взаимодействия бурильной колонны со стенками скважины.Об’єктом дослідження даної роботи є експлуатація бурильної колони в локальному перегині свердловини. Одним із найбільш проблемних аспектів у даному випадку вважається встановлення її напружено-деформованого стану. Це надзвичайно важлива інформація, яка, зокрема, використовується для прийняття рішень щодо тривалості та можливості експлуатації бурильної колони в заданих геолого-технічних умовах.Опираючись на критичний огляд літератури, для вирішення вказаної проблеми обрано фізичне моделювання об’єкту дослідження. Зокрема, було спроектовано, виготовлено та апробовано спеціальний лабораторний стенд, який забезпечує:навантаження моделі бурильної колони осьовою силою розтягу й крутним моментом;моделювання криволінійних осей свердловин із можливими локальними перегинами, опираючись на результати промислової інклінометрії та профілеметрії;вимірювання напружень і деформацій моделі колони та їх інтерпретація до величин натурного об’єкту.В якості моделі бурильної колони використано мідну трубку із обважнювачем для забезпечення критеріальної подібності із натурним об’єктом. Для вимірювання нормальних напружень на моделі бурильної колони використано метод тензометрування. При цьому, аналогові значення напруг на тензодавачах оцифровуються та передаються на персональний комп’ютер для подальшого оброблення й інтерпретації.За допомогою запропонованого лабораторного стенду було проведено експериментальні дослідження напружено-деформованого стану моделі бурильної колони діаметром 127 мм в локальному перегині свердловини № 10 Одеського родовища (Україна). Встановлено, що нормальні напруження від згину, які при цьому виникають, можуть більше ніж втричі перевищувати аналогічні величини, отримані без врахування наявності вказаного викривлення осі свердловини.Завдяки запропонованому експериментальному методу забезпечується можливість дослідження деформацій і напружень, які виникають у бурильних колонах підчас їх роботи у свердловинах із локальними перегинами осей. При цьому немає необхідності застосовувати складні аналітичні перетворення та алгоритми. Крім того, модель має таку саму фізичну природу, як і об’єкт дослідження. Це є надзвичайно вагомим аргументом, особливо при дослідженні складних випадків взаємодії бурильної колони зі стінками свердловини

    Similar works