Колонa обсадних труб у криволінійній свердловині працює як довгий нерозрізний стрижень. Вона встановлена на опори-центратори і повторює складний профіль свердловини, внаслідок чого отримує великі деформації. Для їх описання складено систему диференціальних рівнянь рівноваги внутрішніх та зовнішніх сил і моментів, яку доповнено до замкненого вигляду диференціальним рівнянням кривизни. Вона є неоднорідною, тому що враховує власну розподілену вагу стрижня. Запропоновано два шляхи розв'язання задачі: методом математичної компресії рівнянь системи у комплексне неоднорідне диференціальне рівняння або методом проекціювання рівнянь рівноваги сил на глобальну (вертикаль-горизонталь) та на локальну (дотична-нормаль) системи координат. Показано, що перший інтеграл системи можна знайти також за рівняннями рівноваги ділянки викривленого стрижня скінченої довжини. Цей інтеграл має вигляд неоднорідного диференціального рівняння другого порядку зі змінними коефіцієнтами та є основним рівнянням, яке описує деформування довгого пружного стрижня під дією поздовжньої і поперечної складових сил розподіленої ваги. Головною вимогою технології є встановлення колони труб на центрувальних опорах, метою якого є забезпечення співвісності труб і стінок свердловини та створення між ними цементного кільця однакової товщини і міцності. Врахування цієї вимоги дозволило лінеаризувати основне рівняння. За його розв'язком знайдено вирази прогинів, кутових деформацій, внутрішніх згинальних моментів та поперечних сил у стрижні з довільними розташуванням опор і граничними умовами в опорних перетинах. Розв'язок основного диференціального рівняння кутових деформацій довгого стрижня знайдено у вигляді лінійної комбінації функцій Ейрі і Скорера та у вигляді трьох лінійно незалежних поліноміальних рядів у сумі з частинним розв'язком. Одержані вирази деформаційних і силових параметрів дають змогу розрахувати напруження і деформації колони труб під час технологічного процесу кріплення свердловини довільного профілю, що дозволяє підвищити надійність і довговічність її експлуатації.

Для випадку, коли компресорна станція, де працюють паралельно включені газоперекачувальні агрегати, має надлишкову потужність, виникає задача оптимального вибору кількості агрегатів за певним критерієм. Сформований в роботі критерій має дві складові. Перша складова - вартість паливного газу, який споживає компресорна станція. Друга складова - екологічний податок, що нараховується за викиди оксидів азоту в навколишнє середовище. Для обчислення другої складової синтезовано емпіричну модель у вигляді полінома заданої степені, параметри і структура якої визначені з використанням генетичних алгоритмів. Така модель характеризує залежність потужності викидів оксидів азоту від технологічних параметрів, які характеризують процес спалювання природного газу в камері згоряння. У сформованій задачі потужності викидів обчислюються за середніми значеннями технологічних параметрів, що породжує їх нечіткість. Кожний параметр як нечітка величина характеризується трикутною функцією належності, яка апроксимована гаусовою функцією. Формалізована задача вибору оптимальної кількості паралельно працюючих агрегатів має у своєму складі критерій оптимальності як нечітку величину і обмеження визначаються заданим обсягом на перекачкуванні природного газу компресорною станцією і максимально допустимою кількістю агрегатів у кожній групі нагнітачів. Введення нечіткості породжує дискретну задачу нелінійного програмування з лінійними обмеженнями. Для її розв'язування використано метод меж і гілок, на основі якого розроблено алгоритмічне і програмне забезпечення. Програмне забезпечення апробоване на розробленому прикладі, де використані дані, що визначають роботу компресорної станції.

Частими відмовами стандартних різьбових з'єднань пустотілих насосних штанг є їх втомні поломки, самовідгвинчування та втрата герметичності. В основному, це спричинено такими недоліками конструкції, як нерівномірний розподіл навантаження по витках різьби, недостатня площа опори, концентрація напружень у зарізьбовій канавці, низький опір навантаженням згину і кручення. За допомогою ітеративного проектування, яке базується на параметричному геометричному моделюванні та методі скінченних елементів, обгрунтовано доцільність застосування двоопорних різьбових з'єднань для пустотілих насосних штанг та удосконалено їх конструкцію. Удосконалене з'єднання має два опорних торця, модифіковані зарізьбові канавки з еліптичним профілем, корекцію першого витка різьби ніпеля та оптимальні величини натягів. Завдяки цьому з'єднання володіє більшою герметичністю, міцністю під час згину, кручення та стиску, вищим опором до самовідгвинчування, більш рівномірним розподілом навантаження на витки та більшою втомною міцністю у порівнянні зі стандартним. Збільшено значення коефіцієнта запасу втомної міцності в зоні першого витка ніпеля на 13 - 14 одиниць, в зоні останнього витка муфти на 2,6 - 4, в зоні зарізьбової канавки ніпеля на 0 - 0,4. Застосування пружного елемента на додатковій опорі дозволило збільшити допуск натягу на ній до 0,2 мм, що робить непотрібним контроль натягу перед згвинчуванням. Навіть після пошкодження пружної частини та втрати натягу на додатковій опорі з'єднання буде міцнішим за стандартне. У разі ремонту штанг удосконалені ніпелі можна легко впровадити шляхом приварювання їх до тіла штанги. Існує також можливість впровадження двоопорних циліндричних з'єднань без значної модифікації стандартного ніпеля.

Робота присвячена проблемі перевірки противикидного обладнання устя свердловин на герметичність перед уведенням в експлуатацію. Вказане обладнання включає стволову частину, систему трубопроводів з арматурою та систему керування. Класична методика випробувань потребує мобільної насосної установки, що забезпечує створення тиску 35 МПа. Вартість таких випробувань досить висока. Для проведення випробувань без насосної установки розроблено конструкцію пристрою підвищеної герметичності, який включає в себе вузол герметизації устя від основної колони та поршневий вузол створення високого тиску у випробуваному об'ємі. Створення високого тиску відбувається шляхом підіймання поршня лебідкою, якою обладнана свердловина. Недоліки запропонованої раніше конструкції пристрою наступні. Між сталевими рухомими деталями вузла герметизації виникає значне тертя. Переважно це пари "пробка - чашка" та "цанга - конус". Елементами, які створюють герметичність, служать гумові кільцеві манжети. Переви- щення осьового навантаження на конуси призводить до руйнування манжет. Вдосконалено конструкцію вузла герметизації наступним чином. Між торцями натискної пробки і нижньої чашки введено кульковий опорний підшипник - замінено тертя ковзання тертям кочення. На зовнішні поверхні розтискних конусів, що контактують з пелюстками цанги, пропонується наклеїти тканинний антифрикційний матеріал типу Нафтлен або аналогічний. Коефіцієнт тертя у таких парах на порядок нижчий, ніж у парах сталь по сталі. Створено комп'ютерну модель пристрою в середовищі Solid Works. Виконані комп'ютерні дослідження процесу навантаження деталей вузла герметизації в програмі Simulation, що базується на методі скінченних елементів. В результаті досліджень визначено рекомендовані значення осьової сили, яку потрібно створити гвинтовою парою "шток - пробка" для достатньої радіально-осьової деформації еластичних манжет з одночасним недопусканням їхнього руйнування. Також оптимізовано конструктивні розміри натискних чашок пристрою, а саме взаємне осьове розміщення торця, що тисне на конус, та конічного пояска, який стискає манжету. Визначення вказаних параметрів дослідним шліхом є процесом тривалим і високовартісним.

На даний час недостатньо досліджено ефективні методи очищення насосної штанги від асфальтосмолистих та парафінових речовин і солей з використанням обертачів колони штанг. Досі не розроблено штангообертачів, які суттєво зменшують знос тіла насосної штанги чи можуть застосовуватись для колон штанг із полімерних композитів. Особливо актуальним є розроблення ефективного обертача насосних штанг, який забезпечував би безперервне обертання колони насосних штанг для очищення від парафінових відкладів. Вибір такого методу боротьби з АСПВ за умов збереження якості продукції та виконання нормативних показників супутніх робіт із забезпеченням необхідних техніко-економічних показників у сучасних умовах є важливим і актуальним питанням. Розроблено конструкцію штангообертача, яка забезпечує безперервне обертання колони насосних штанг від незалежного привода. Дана модернізація конструкції штангообертача дає можливість зменшити кількість швидкозношуваних деталей; забезпечує незалежність обертання від ходу верстата-гойдалки, що дає змогу провертати колону штанг у моменти, коли балансир знаходиться у верхній чи нижній точці; обертання здійснюється плавно та без ривків, оскільки при механічному приводі можливі невеликі поштовхи (коли насосні штанги труться до НКТ); забезпечує легкість заміни зношених деталей загалом і доступність огляду та заміни привода. За допомогою програми SolidWorks проведено скінченно-елементний аналіз, складено корпус і кришку штангообертача, які з'єднано за допомогою наскрізних болтів із крутним моментом, що створює стягуючу силу, рівну 120 кН. З отриманих даних видно, що в місцях кріплення кришки до корпусу обертача за допомогою болтів виникають незначні напруження, які є допустимими для даних матеріалів. Проведено оцінку дії ваги колони штанг на корпус обертача. Встановлено, що деформації, які виникають в місцях кріплення кришки до основи, знаходяться в межах допуску. Таким чином, дані удосконалення забезпечують безперервну дію штангообертача, що дасть змогу зменшити обсяги відкладів парафінів у свердловині, сповільнити знос штанг та НКТ. Проведено скінченно-елементний аналіз обертача, який свідчить про його працездатність у випадку прикладання експлуатаційних навантажень.

Індекс рубрикатора НБУВ: И131-561.3-04

Рубрики:

Буріння свердловин

Шифр НБУВ: Ж24005 Пошук видання у каталогах НБУВ 

За допомогою математичної моделі, створеної на основі методу електрогідравлічної аналогії, розроблено методологію експрес-оцінки енергетичної ефективності відцентрового насоса. Визначено розрахунковий кут навантаження для аналізу ефективності режимів роботи гідравлічних машин. Встановлено залежність споживаної з валу приводного двигуна потужності та сумарного коефіцієнта корисної дії відцентрового насоса від його розрахункового кута навантаження. Визначено взаємозв'язок між кутом навантаження та коефіцієнтом швидкохідності, який є прототипом електромагнітного кута навантаження, що характеризує режим роботи електричної синхронної машини. Встановлено залежність витрати магістрального насоса від розрахункового кута навантаження та диференційного напору, що створюється відцентровим насосом. Розроблена методологія дає можливість уникнути значних труднощів технічного та фінансового характеру, оскільки витратоміри мають велику вартість та певні вимоги до встановлення, а манометри встановлені штатними вимогами технологічного процесу. Визначено розрахункове значення кута навантаження відцентрового насоса через його каталогові параметри. Розраховано та побудовано робочі характеристики для магістрального відцентрового насоса типу НМ-7000-210 без експериментального визначення його витрати. Такий підхід показав хороший збіг розрахункових та отриманих експериментально характеристик. Відносна похибка енергетичних характеристик не перевищує десяти відсотків. Запропоновану методологію можна використати для експрес оцінки ефективності енергетичних перетворень цілого електроприводного насосного агрегата. Експрес-аналіз є запорукою успішного ведення енергетичного господарства через своєчасне виявлення неефективних режимів роботи електроприродних насосних агрегатів та здешевлення проведення енергетичних дослідження.

Ефективне використання машин і обладнання нафтогазової галузі неможливе без вирішення завдань, пов'язаних із підвищенням зносостійкості їх вузлів та деталей. Одним із видів обладнання, що піддається інтенсивному зношуванню, є елементи фонтанних арматур (засувки, дроселі тощо). Під час експлуатації запірні елементи дроселя (наконечник та насадка) піддаються руйнівному впливу робочого середовища, у результаті чого відбувається гідро- і газодинамічне зношення наконечника та насадки. Як наслідок, неможливим стає регулювання режиму роботи фонтанної свердловини. Мета роботи - застосування імітаційного моделювання для дослідження процесу зношування елементів дроселя фонтанної арматури і визначення ділянок, які піддаються найбільшому зносу, з врахуванням розмірів абразивних частинок у потоці газу. За результатами імітаційного моделювання встановлено, що величина та місце максимального зносу елементів дроселя є різним і залежить від розміру піщинок. Величина зносу наконечника дроселя становить 15 мм/рік, причому найбільше зношується не наконечник, а насадка (46 мм/рік). Встановлено, що величина зносу поверхонь, що розміщені перед насадкою, у порівнянні із зносом наконечника та насадки, є значно меншою та становить 3 мм/рік. Виходячи з наведеного алгоритму імітаційного моделювання та отриманих результатів, побудована модель регульованого дроселя може слугувати базою для подальших його досліджень, а саме: оптимізації конуса наконечника з метою зменшення величини зносу самого наконечника; дослідження впливу швидкості перепаду тиску на величину зносу елементів дроселя.

Важливим аспектом підвищення ефективності нафтогазовидобувного комплексу є продовження стабільної роботи обводнених газових і газоконденсатних свердловин. Проаналізовано існуючі конструкції плунжер-ліфтів. Встановлено ефективність використання плунжер-ліфтів на обводнених та низько дебітних свердловинах. Розроблено конструкцію пристрою для очищення внутрішньої поверхні насосно-компресорних труб від рідини. Проведено дослідження підвищення ефективності роботи свердловини на основі математичної моделі. На основі проведених розрахунків побудовано графічні залежності швидкості руху очисного пристрою від його координат в системі насосно-компресорних труб. Встановлено, що збільшення питомої маси рідини в насосно-компресорних трубах призводить до зниження швидкості руху пристрою. На основі математичної моделі отримано закономірність характеру руху очисного пристрою в насосно-компресорних трубах свердловини.

Контроль за процесом обводнення продуктивних пластів дає можливість проводити ефективну та раціональну експлуатацію родовища вуглеводнів. Контроль за процесом обводнення вимагає створення геолого-фільтраційних моделей. Основою фільтраційної моделі родовища є коефіцієнт проникнення, достовірність визначення якого залежить від різних чинників. Доведено, що на достовірність визначення коефіцієнта проникнення Хідновицького родовища суттєво впливає карбонатність. Проведено дослідження зв'язку інтенсивності природного гамма-поля з інтенсивністю радіаційного захоплення нейтронів на основі використання свердловинних геолого-геофізичних досліджень Хідновицького газового родовища. Модель нейтронних властивостей породиколектора відображає вміст водню в поровому просторі і характеристику мінерального складу цементу породи-колектора. Така характеристика дає обгрунтування можливості використання методу нейтронного-гамма каротажу для оцінки впливу карбонатності при визначені коефіцієнта проникнення. Для оцінки карбонатності пропонується використовувати відносний параметр G, який вказує на частку дисперсної фракції породи в одиниці водневмісту. За результатами лабораторних вимірів на керновому матеріалі та даних геофізичних досліджень в свердловині комплексом методів радіоактивного каротажу побудована залежність величини параметру G від карбонатності. Отримана залежність дозволить за значенням параметра G визначати частку карбонатів в глинистому цементі і вносити поправку в рівняння для визначення коефіцієнта проникнення.

Описано механізм виникнення утримуючих бурильні труби труб, викликаних осаджуванням шламу, осипанням, обвалюванням, а також випинанням і плинністю пластичних порід, утворенням сальників. Розглянуто сучасні уявлення про сили тертя. Розроблено математичну модель фрикційних автоколивань процесу вивільнення прихопленої бурильної колони. Обгрунтовано необхідність застосування методу вібраційного згладжування автоколивань, що виникають у процесі ліквідації аварії. За допомогою складеної комп'ютерної програми проведено параметричні розрахунки зміни швидкостей вивільнення прихопленої бурильної труби. Проведено чисельні дослідження впливу швидкості талевого каната та частоти осцилятора на ефективність процесу ліквідації прихоплення.

Розглянуто стохастичну математичну модель результативності ударного способу вивільнення прихопленої КНБК на базі розігрування методом Монте-Карло ймовірності відповідного результату. Побудовано гістограми розподілу та визначено закон розподілу сили прихоплення для різних випадків. Визначено умови, за якими ймовірність росту утримувальної сили є недопустимо високою. З використанням окремих елементів теорії масового обслуговування змодельовано час роботи бурового яса та кількість нанесених ударів для ймовірного вивільнення інструменту. Наведено результати лабораторних досліджень механічних властивостей деяких гірських порід Прикарпаття та запропоновано підхід до їх врахування у якості критеріїв руйнування породи при ударному способові ліквідації прихоплень.

Розглянуто результати лабораторних і геолого-геофізичних методів дослідження порід-колекторів складного типу візейських і турнейських відкладів Качалівського нафтогазоконденсатного родовища. Обгрунтовується зв'язок структурних і літологічних характеристик з геофізичними параметрами. В окремих випадках у візейських та турнейських відкладах багатокомпонентний склад матриці породи впливає на дійсне значення геофізичного параметра, що призводить до помилкових висновків про породу-колектор, характер насичення та глибину залягання. У результаті статистичної обробки експериментальних лабораторних досліджень та даних геофізичних досліджень свердловин візейських та турнейських відкладів Качалівського нафтогазоконденсатного родовища побудовано петрофізичні моделі порід-колекторів, що дозволяють достовірно визначати фільтраційно-ємнісні параметри колекторів даного типу. Встановлені моделі можна використовувати як для визначення колекторських параметрів порід-колекторів даних відкладів, так і при проведенні оперативної інтерпретації результатів геофізичних досліджень свердловин.

Для того, щоб Україна повністю відмовилась від імпорту газу, необхідно все більше приділяти увагу пошукам нетрадиційних джерел вуглеводнів та залученню у пошуковий процес територій, які раніше вважали безперспективними або малоперспективними. Однією з таких перспективних нафтогазоносних ділянок на газ є південно-східна частина Дніпрово-Донецького авлакогену (ДДА). Для виділення перспективних нафтогазоносних ділянок південно-східної частини ДДА запропоновано використовувати відбиваючу здатність вітриніту. Для ряду родовищ ДДА автором побудовано графіки зміни градієнта відбиваючої здатності вітриніту з глибиною і створено прогнозну карту латерального і вертикального поширення коефіцієнта відбиваючої здатності вітриніту на глибині 5 км. За результатами проведених досліджень геологічної будови південно-східної ділянки ДДЗ зроблено попередні оцінки катагенетичної зрілості керогену щодо генерації та акумуляції вуглеводнів, зокрема в ущільнених тріщинуватих породах авлакогену. Розглянуто методики визначення вмісту органічної речовини та прогнозування газоперспективних дрібнозернистих глинисто-алевритових порід з високим вмістом керогену за комплексом геофізичних методів дослідження свердловин.

Визначено умови, за яких при спуско-підіймальних операціях можливе руйнування бурильних труб, що містять зовнішню або внутрішню поперечні кільцеві тріщини. При цьому за результатами експериментальної оцінки силового критерію руйнування металу резервних і експлуатованих бурильних труб встановлено взаємозв'язок між глибиною критичних зовнішніх або внутрішніх поперечних кільцевих тріщин в бурильних трубах та вагою бурильної колони (з урахуванням впливу динамічних навантажень при спуско-підіймальних операціях). Встановлено, що динамічні навантаження при опусканні колони експлуатованих бурильних труб є більш небезпечними на глибинах понад 3,7 км, тоді як на менших глибинах більш небезпечні динамічні навантаження, що виникають при їх підійманні. Показано, що внутрішні поперечні кільцеві тріщини при підійманні експлуатованих бурильних колон на глибинах понад 1,1 км є більш небезпечними за зовнішні, в той час як на глибинах до 1,1 км більш небезпечними є зовнішні поперечні кільцеві тріщини.

Встановлено, що основними геологічними чинниками, які визначають колекторські параметри теригенних порід Передкарпатського прогину, є їх мінеральний склад і структурно-текстурні особливості та термобаричні фактори. Мінеральний склад породотвірних мінералів, форма, розмір уламкових зерен і пор, їх взаємне розміщення, тип флюїду і термодинамічний стан визначають ємнісно-фільтраційні властивості теригенних порід. Кращі колекторські властивості мають пісковики, складені більш крупними і відсортованими зернами. Збільшення вмісту глинистого і карбонатного матеріалу різко погіршує ємнісно-фільтраційні властивості колекторів. Ущільнення і вторинні процеси (скременіння, кальцитоутворення, піритизація) негативно впливають на колекторські властивості порід, понижують їхню пористість і проникність. Визначено залежності, які дають змогу прогнозувати максимальну пористість пісковиків при їх зануренні на глибині. Наведені дані зміни пористості піщано-глинистих порід свідчать, що на великих глибинах більшу міжгранулярну пористість і проникність мають відсортовані кварцові пісковики з незначним вмістом глинистого і карбонатного матеріалу.

Наведено причини виникнення аварійних ситуацій на тривало експлуатованих промислових трубопроводах. Виявлено, що найбільший ризик виникнення аварій на цих об'єктах пов'язаний з повздовжніми руйнуваннями, які можуть відбуватися як по основному металу труб, так і в зоні зварних швів, внаслідок утворення корозійних "свищів" та "гільйотинних" розривів. Промислові газопроводи є об'єктами підвищеної небезпеки. У випадку відмови газопроводів виникає ударна хвиля, яка є одним із чинників, що уражають. Визначено умовну ймовірність спалахування аварійних викидів вуглеводневих енергоносіїв з урахуванням розташування джерел загоряння. Визначено пробіт-функції при термічному ураженні людей. Запропоновано методику для визначення аварійних втрат газу у випадку розриву трубопроводу. Виконано порівняльний аналіз масової витрати газу при розриві трубопроводу в залежності від діаметра трубопроводу, початкового тиску, часу та віддалі від місця пошкодження труб.

Розроблено спрощений метод, який дає змогу врахувати вплив зміни швидкості за лінійним та нелінійним законами на інтенсивність сумішоутворення різносортних нафт або нафтопродуктів у процесі послідовного перекачування трубопроводом. Запропоновано розрахункові формули для розподілу концентрацій рідин уздовж зони суміші, для об'єму суміші та її розкладання в кінцевому пункті трубопроводу.

Запропоновано алгоритми для виявлення та інваріантної ідентифікації перехідних процесів у лініях електропересилань типу накидів, коротких замикань, та пуску потужних електроприводів, за якими визначено функції пристрою релейного захисту високовольтних ліній електропересилань. Подано структуру малогабаритного мікроелектронного швидкодіючого пристрою релейного захисту з розширеними функціональними можливостями розпізнавання накидів та захисту високовольтних ЛЕП (ліній електропересилань) від коротких замикань, здійснено синтаксис його функцій. Це дозволило успішно застосовувати розроблений метод та пристрій для одночасного розпізнавання накидів, коротких замикань та пуску потужних електроприводів. Викладено інформаційну технологію проектування структурних рішень спецпроцесора релейного захисту високовольтних ліній електропересилань.

Процес видобутку, збору, підготовки і транспортування вуглеводневих газів, що включає питання підняття продукції пласта на поверхню, постачання продукції в пункти сепарації і очищення, заснований на переміщенні сумішей природних і попутних газів, пластової води і механічних частинок на велику відстань. Результати досліджень показують, що переважна частина руйнувань транспортуючих гази трубопроводів пов'язана з механічним їх пошкодженням або мають корозійний характер. Основними факторами корозійного руйнування в трубопроводах є зміна гідродинамічного режиму перекачування, корозійна активність і неякісне очищення транспортованого газу. Для захисту газопроводів від руйнування створено методику вибору гідродинамічного режиму таким чином, щоб швидкість руху газу забезпечила транспортування механічних частинок газовим потоком. За цією методикою можна розрахувати регулятори тиску з урахуванням реальних умов для всіх можливих значень падіння тиску в регуляторі. Для підвищення точності розрахунків запропонований поправочний коефіцієнт залежно від температури газу і молекулярного ваги.