Дослідження впливу форми коливань на ефективність роботи генератора осьових коливань
DOI:
https://doi.org/10.31471/1993-9868-2025-2(44)-136-147Ключові слова:
генератор осьових коливань; сили тертя; вібрації; похило-скероване буріння; імітаційне моделювання; Modelica.Анотація
У роботі оцінюється ефективність застосування генераторів осьових коливань бурильної колони з різними формами збурювальної сили. Актуальність дослідження обумовлена необхідністю подолання значних сил тертя та підвищенням механічної швидкості буріння похило-скерованих та горизонтальних свердловин. Дослідження проведено на основі чисельного моделювання із використанням розробленої в середовищі Modelica імітаційної моделі бурильної колони. Бурильну колону представлено як складений стрижень з розподіленими параметрами по довжині, із встановленим генератором осьових коливань, що розташований у похило-скерованій свердловині, заповненій промивальною рідиною. Для моделювання використано спрощену (soft-string) модель бурильної колони. Враховано в’язку взаємодію між колоною та промивальною рідиною, а контакт зі стінками свердловини описано за допомогою моделі тертя Стрібека. Розглянуто шість типів форм коливань: гармонічну, трикутну, трапецієподібну, суму двох синхронних гармонічних компонент, а також модифіковані трикутну та трапецієподібну. Обрані форми відповідають типовим робочим характеристикам наявних генераторів осьових коливань або, згідно з оглядом літератури, мають забезпечувати підвищену ефективність у подоланні сил тертя та можуть бути реалізовані технологічно. Усі варіанти моделювалися за однакової частоти збурювальної сили. Амплітуди сигналів обиралися так, щоб середньоквадратичне значення було однаковим для всіх форм, що відповідає рівним енергетичним затратам на створення коливань. Результати моделювання для ділянки бурильної колони, розташованої в похило-скерованій свердловині з азимутальним кутом 39°, показали, що трапецієподібна форма коливань є найефективнішою. Загалом порівняльний аналіз свідчить, що ефективність генератора осьових коливань зростає зі збільшенням СКЗ нормованої функції, яка описує форму коливань. Відтак, найбільш результативними є форми коливань, що є більш плоскими (менш загостреними) та енергонасиченими, що сприяє кращій передачі осьового навантаження та зменшенню сил тертя.
Завантаження
Посилання
1. Tang, L., Zhang, S., Zhang, X., Ma, L., & Pu, B. (2021). A review of axial vibration tool development and application for friction-reduction in extended reach wells. Journal of Petroleum Science and Engineering, 199. 108348. https://doi.org/10.1016/J.PETROL.2021.108348
2. Wang, X., Yao, X., Hu, G., & Chen, P. (2019). Drag reduction performance of an axial oscillating tool with different kinds of waveform using a multiscale friction model. Journal of Petroleum Science and Engineering, 177, 135–153. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2019.01.103
3. Zhang, X., Peng, J., Liu, H., & Wu, D. (2017). Performance Analysis of a Fluidic Axial Oscilla-tion Tool for Friction Reduction with the Absence of a Throttling Plate. Applied Sciences, 7(4), 360. https://doi.org/10.3390/app7040360
4. Tian, J., Hu, S., Li, Y., Yang, Z., Yang, L., Cai, X., Zhu, Y., & Fu, C. (2016). Vibration characte-ristics analysis and experimental study of new drilling oscillator. Advances in Mechanical Engineering, 8(6). 168781401665209. https://doi.org/10.1177/1687814016652090
5. Shor, R. J., Dykstra, M. W., Hoffmann, O. J., & Coming, M. (2015). For Better or Worse: Applications of the Transfer Matrix Approach for Analyzing Axial and Torsional Vibration. SPE/IADC Drilling Conference and Exhibition. https://doi.org/10.2118/173121-MS
6. Jing, J., Liu, W., & Zhou, Y. (2019). A feasible study for the working mechanism and parameter optimization of the agitator. Advances in Mechanical Engineering, 11(5). https://doi.org/10.1177/1687814019846995
7. Liu, Y., Chen, P., Ma, T., & Wang, X. (2017). An evaluation method for friction-reducing performance of hydraulic oscillator. Journal of Petroleum Science and Engineering, 157, 107–116. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2017.07.018
8. Liu, Y., Chen, P., Wang, X., & Ma, T. (2016). Modeling friction-reducing performance of an axial oscillation tool using dynamic friction model. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 33, 397–404. https://doi.org/10.1016/j.jngse.2016.05.034
9. Popov, M. (2020). The Influence of Vibration on Friction: A Contact-Mechanical Perspective. Frontiers in Mechanical Engineering, 6. https://doi.org/10.3389/fmech.2020.00069
10. Popov, M., Popov, V. L., & Popov, N. V. (2017). Reduction of friction by normal oscillations. I. Influence of contact stiffness. Friction, 5(1), 45–55. https://doi.org/10.1007/s40544-016-0136-4
11. Wang, X.-M., & Yao, X.-M. (2018). Vibration Technologies for Friction Reduction to Overcome Weight Transfer Challenge in Horizontal Wells Using a Multiscale Friction Model. Lubricants, 6(2), 53. https://doi.org/10.3390/lubricants6020053
12. Slabyi, O. O., Hrydzhuk, Ya. S., Kondur, T. I., & Mokhniy, I. Yu. (2023). Imitatsiina model burylnoi kolony z ustanovlenym heneratorom osiovykh kolyvan [Simulation model of a drill string with an installed axial oscillation generator]. Rozvidka ta rozrobka naftovykh i hazovykh rodovyshch [Prospecting and Development of Oil and Gas Fields], 3(88), 49–60. https://doi.org/10.31471/1993-9973-2023-3(88)-49-60 [in Ukrainian]
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Нафтогазова енергетика
TЦя робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
.png)
1.png){kind=logo}
