Проблема глобального потепління і зміни клімату вимагає глобальних зусиль для зниження негативного впливу на атмосферу. Уловлювання діоксиду вуглецю є ключовою стратегією в досягненні цілей щодо зниження забруднення навколишнього середовища. Зниження забруднення атмосфери можливо досягнути шляхом скорочення частки викопного палива в енергетичному балансі, впровадження технологій виробництва електроенергії з поновлюваних джерел та підвищення енергоефективності виробництв. Важливим кроком на шляху до декарбонізації є впровадження технологій уловлювання діоксиду вуглецю на великих промислових підприємствах. Ці технології передбачають уловлювання діоксиду вуглецю під час спалювання вугілля або газу та його транспортуванням до місця захоронення з наступним його зберіганням без контакту з атмосферою. Найбільш поширеними є технології уловлювання діоксиду вуглецю після спалювання, до спалювання та із спалюванням збагаченого киснем палива. Діоксид вуглецю, що виділяється з димових газів,може бути використаний в комерційних цілях як сировина для харчової та хімічної промисловості. Перспективним напрямом утилізації великих об'ємів діоксиду вуглецю є його нагнітання у виснажені нафтогазові родовища з метою підвищення їх вуглеводневилучення. Використовуючи основні інструменти гідродинамічного моделювання, проведено дослідження з підвищення вуглеводневилучення Гадяцького нафтогазоконденсатного родовища в умовах прояву водонапірного режиму. На основі результатів проведених досліджень встановлено, що у випадку впровадження технології нагнітання діоксиду вуглецю в поклад горизонту В-16 досягається підвищення кінцевого коефіцієнта вилучення газу на 2,95 %, а конденсату на - 1,24 % від заликових запасів вуглеводнів. Результати проведених досліджень свідчать про значні перспективи використання діоксиду вуглецю в нафтогазовому секторі Українив рамках всього процесу декарбонізації енергоємного виробництва.

Керування свердловинами в процесі їх спорудження є одним з важливих чинників забезпечення безпеки технологічного процесу. Для керування свердловинами застосовують противикидне обладнання, до складу якого входять універсальні превентори. Це стосується нафтових та газових свердловин, а також свердловин, що забезпечують дегазацію вугільних пластів для зменшення їх газодинамічної активності. Технологічні процеси безпечного ведення робіт вимагають розширення функціональних можливостей вузла ущільнення універсального превентора з одночасним забезпеченням його високих експлуатаційних характеристик. Одним з визначальних факторів для забезпечення необхідної довговічності ущільнювачів за різноманітних режимів експлуатації є дослідження їхнього напружено-деформованого стану. Розглянуто можливість використання імітаційного тривимірного моделювання для дослідження впливу геометрії армуючих металевих вставок ущільнювача на його напружено-деформований стан в цілому. З цією метою запропоновано спосіб визначення та визначено константи матеріалу для реалізації моделі Муні-Рівліна, якою описується поведінка малостискувальної гуми в програмних продуктах на базі методу кінцевих елементів. Встановлено, що дві константи матеріалу можна застосовувати для імітаційного моделювання ущільнювача універсального превентора з деформаціями, які не перевищують 150 %. Для моделювання ущільнювача з більшими деформаціями (до 600 %) необхідно визначити більше констант. Достовірність отриманих результатів проведених досліджень моделей характеризується сукупною похибкою експериментальних і теоретичних досліджень до 5 %. Таким чином, створено передумови та підтверджено можливість використання імітаційного моделювання для дослідження та проєктування елементів універсальних превенторів з підвищеними експлуатаційними характеристиками.

Purpose. To increase the stability of the wellbore during its construction in unstable rocks. Methodology. To solve the set tasks, an integrated approach is used in the work, which includes critical analysis and generalization of scientific and technical achievements in combination with theoretical and experimental research. Findings. Factors influencing the stability of the borehole walls in conditions prone to rock slides and rock falls are analyzed. Expediency of using baths for strengthening the walls of wells in deposits of clay rocks, including clay shales, has been established and substantiated. A formulation of a fuel-bituminous bath has been proposed, the installation of which in a well for 7 - 8 hours makes it possible to increase the initial compressive strength of rocks, which will ensure the integrity of the borehole walls. It is recommended to use corrugated casing pipes to cover the sections of the wellbore where there is intensive crumbling and collapse of rocks. Originality. For the first time, the main factors of wall destruction have been established and a method has been developed to prevent the destruction of walls of directional wells composed of rocks prone to loss of stability under the action of drill string loads. Practical value. To combat the collapse of the walls of the well composed of rocks, prone to loss of stability, the authors suggested setting up fuel-bituminous baths in the range of complications. In case when the collapse of the walls of the well can not be prevented with a fuel-bitumen bath, it is proposed to overlap the area of collapse with the casing using advanced corrugated casing pipes with the injection of adhesive into the rock mass in the near-wellbore zone. The use of an adhesive material increases the contact area of the metal shell with the rock, which collapses increasing the stability of the borehole walls.

Підвищення ефективності ремонтних робіт при ліквідації аварій з бурильними трубами у свердловині є надзвичайно актуальним завданням нафтопромислових підприємств, що досягається застосуванням спеціальних пристроїв та інструментів. Проведено огляд досліджень і публікацій по цій темі. Авторами запатентований пристрій для відгвинчування труб у свердловині, у вузлі фіксації якого запропоноване використання блоку ексцентрикових кулачків, і виготовлена його експериментальна робоча модель для досліджень в обсадній колоні з номінальним діаметром D = 114 мм. Цикл роботи пристрою для відгвинчування труб у свердловині складається з основних трьох періодів: вільного ходу, заклинювання водила пристрою для відгвинчування прихоплених труб і періоду розклинювання. Проаналізовано умови роботи вузла фіксації пристрою в перших двох періодах. Виведено залежності силових і геометричних параметрів вузла фіксації пристрою від кута повороту кулачків. Запропоновано математичну модель для визначення сили притискання кулачків до обсадної колони під час вільного ходу, моменту сил тертя і потужності для конкретного випадку. Встановлено залежність максимально допустимого початкового кута заклинювання від коефіцієнта тертя і геометричних параметрів пристрою. Визначений кут підйому робочої поверхні кулачків. Це дає можливість вибрати геометричні параметри, в тому числі і форму контактуючої поверхні кулачка механізму фіксації. Опорно контактуюча поверхня утворена переміщенням формоутворюючої твірної по спіралі Архімеда. Після обгрунтування додаткових параметрів блоку кулачків для виконання умови міцності його матеріалів планується проведення випробувань пристрою для відгвинчування труб в промислових умовах ТОВ "Факторіал" м. Полтава.

Досліджено вплив концентрації твердої фази бурових стічних вод на змінення швидкості осідання твердої фази у процесі агрегатоутворення під час фізико-хімічного методу очистки води з використанням флокулянтів і коагулянтів. Це є важливим, тому що зміна концентрації твердої фази у стічній воді є неконтрольованим процесом під час реагентної очистки та суттєво впливає на механізм агрегатоутворення та кінетику осідання твердої фази. Дослідження проведено на модельній стічній воді, виготовленій шляхом розбавлення відпрацьованого бурового розчину водопровідною водою. Встановлено, що застосування флокулянтів без коагулянтів є не ефективним і не призводить до агрегатоутворення. Встановлено, що оптимальною дозою коагулянту сульфату алюмінію для порушення стійкості дисперсної системи бурової стічної води є 65 мг/г, а збільшення дозування коагулянта не впливає на швидкість осадження пластівців. Серед флокулянтів найбільшу активність проявляє аніонний флокулянт А-19. У процесі згущування шламу спостерігається руйнування флокул і за 9 хв швидкість осадження флокул знижується вдвічі. Збільшення концентрації флокулянта з 0,8 до 1,6 мг/г призводить до збільшення швидкості осадження твердої фази в 2 - 2,5 разу. Показано, що концентрація твердої фази впливає на швидкість осадження флокул, оптимальні умови агрегатоутворення спостерігаються за концентрації 4 - 6 г/л. Механічні дії на агрегати призводять до руйнування флокул залежно від концентрації твердої фази. Встановлено, що зміни в дисперсній системі можна спостерігати за зміною водневого показника, який змінюється залежно від концентрації твердої фази в буровій стічній воді. Зростання концентрації твердої фази з 1 до 10 г/л призводить до зміни рН від 7,2 до 8,3, після введення коагулянта спостерігається зниження рН, а подальше руйнування агрегатів призводить до збільшення водневого показника. Одержані в результаті досліджень дані і запропонована методика можуть бути використані для підбору оптимальних дозувань реагентів у процесі очищення бурових стічних вод.

Висвітлено проблему ліквідації відкритого нафтогазового фонтану. Проаналізовано умови ліквідації відкритого фонтану. Здійснено аналітичний огляд методів та конструктивних рішень нестандартного устаткування для демонтажу пошкодженого гирлового обладнання. Проаналізовано праці, пов'язаних із дослідженням устаткування та процесу гідро-абразивного різання. Встановлено взаємозв'язок між геометричними формами, параметрами та тривалістю безвідмовної роботи різального гідро-абразивного пристрою на гранично низьких тисках. На основі отриманих результатів теоретичних та експериментальних досліджень розроблено конструкцію гідро-абразивного ріжучого пристрою для різання на гранично низькому тиску та запропоновано методику проведення робіт з відрізання обладнання в умовах відкритого палаючого фонтану.

Проведено дослідження умов виникнення екологічно небезпечних аварійних ситуацій у нафтогазовидобувній галузі. Одними з найбільш складних аварій є нафтогазоводопрояви та відкриті некеровані фонтани. Високий ступінь екологічного ризику, який присутній при виникненні таких аварійних ситуацій вимагає проведення заходів щодо запобігання їх появі. Для вдосконалення системи управління екологічними ризиками в нафтогазовій галузі проведено різностороннє вивчення як внутрішньо технологічних процесів та стану обладнання, так і зовнішніх впливів. Здійснено аналіз причин виникнення аварійних нафтогазових фонтанів на різних етапах життєвого циклу нафтогазових свердловин. Наведено фактори, що передували виникненню газонафтоводопроявів та відкритих фонтанів на понад 100 свердловинах за різних умов їх експлуатації. Фактори згруповано в окремі напрямки та виділено найбільш впливові. Встановлено основні види небезпек для довкілля, які виникають при аварійних нафтогазових фонтанах. Проведено вибір критеріїв системи управління екологічними ризиками для запобігання виникнення небажаних наслідків на досліджуваних об'єктах. Наведено основні складові критеріїв та можливості визначення їх числових значень. Запропоновані критерії дають змогу адекватно оцінити реальну загрозу та розробити коректні дії для запобігання виникнення аварійних ситуацій.

На основі аналізу теоретичних і практичних досліджень буріння стовбурів великого діаметра запропоновано методику для проектування компоновок низу бурильної колони з двома породоруйнівними інструментами, що враховує геологічні і технічні фактори, які мають вплив на формування траєкторії. Проведено розрахунок двовибійних компоновок низу бурильної колони з різною кількістю опорно-центрувальних елементів для різних геологічних умов буріння і проведено аналіз їхньої роботи в процесі поглиблення. Наведено графічні залежності зміни інтенсивності викривлення і зенітного кута з поглибленням стовбура великого діаметра для компоновок, які можна використовувати для спорудження умовно вертикальних і похило спрямованих ділянок.

Мета роботи - вдосконалення методології визначення меж безпечного ведення гірничих робіт у бурових свердловин шляхом врахування похибок положення свердловини в масиві гірських порід. У роботі було застосовано загальні наукові методи аналізу та синтезу, методи математичної обробки маркшейдерсько-геодезичних вимірювань, методи геометричного моделювання. Проаналізовано існуючи методики визначення меж небезпечних зон за проривами води навколо бурових свердловин і складові розрахункових формул для визначення ширини цих зон. Розглянуто питання аналізу точності інклінометричних вимірювань у контексті врахування похибок координат стовбуру свердловини у разі побудови меж небезпечних зон за проривами води у незатампонованих або неякісно затампонованих свердловин. Порівняно результати розрахунку координат точок свердловин, одержаних за різними методами апроксимації траєкторії стовбура. Одержано формули для розрахунку параметрів зон та дослідженоі зони розсіювання похибок у вигляді еліпсів, одержано також за різними методами розрахунку траєкторії свердловини. Показано, що збільшення розмірів зони розсіювання координат за правилом "трьох сигм" надає змогу достатньою мірою "згладити" похибки менш точного методу розрахунку. Порівняно розміри кругових та еліптичних зон середньоквадратичних похибок навколо точки осі свердловини. Побудовано графік зміни розміру зони розсіювання координат по глибині свердловини. Проаналізовано вплив нерівномірності розсіювання похибок координат на форму межи небезпечної зони. Науковою новизною роботи є запропонована методика врахування похибок вимірювань під час визначення меж зон безпечного ведення гірничих робіт у бурових свердловин. Також вперше було встановлено, що вплив глибини свердловини на розміри зони похибок носить характер квадратичної залежності, яка може бути застосована для оцінювання похибок у точках свердловини. Практичним результатом роботи можна вважати підвищення надійності встановлення меж зон безпечного ведення гірничих робіт у бурових свердловин, що сприяє запобіганню проривам води в гірничі виробки шахт, а, отже, підвищує безпеку праці робітників.

Зазначено, що у дисертації поставлено нову задачу про теоретичне моделювання та виявлення найбільш загальних закономірностей впливу лінійних і нелінійних сил контактного та в'язкого тертя на рухомість бурильної колони при проведенні технологічних операцій буріння й особливості перебігу вимушених і самозбурених коливань. Зауважено, що завдяки спільному застосуванню методів будівельної механіки аналізу пружного деформування гнучких криволінійних стержнів, методів теоретичної механіки, методів диференціальної геометрії та обчислювальних методів, побудовано нові математичні моделі та диференціальні рівняння, які описують операції протягування з обертанням бурильних колон у криволінійних свердловинах з невпорядкованою хвилястістю, тривимірна геометрія траєкторій яких задана в дискретній (табличній) формі за результатами геофізичних вимірів (свердловинної навігації). Вони дозволяють обчислити сили контактного та фрикційного опору та прогнозувати стани їх прихватів. З його використанням розроблено нову методику проєктного з'єднання ділянок траєкторії свердловини з різними функціями кривизни. Запропоновано застосовувати для цієї мети сегменти дуг спіралей Корню або кубічних парабол. Комп'ютерним моделюванням встановлено, що таке трасування траєкторії свердловини дозволяє суттєво знизити сили фрикційного опору. На основі аналізу відомих у літературі функцій сил нелінійної фрикційної взаємодії долота з породою (сил різання) запропоновано нові математичні моделі торсіонних автоколивань бурильних колон у в'язкому середовищі промивної рідини. Виконано комп'ютерне моделювання біфуркаційних переходів від станів простого обертання колони до станів їхніх торсіонних автоколивань.

Розглянуто теоретичні аспекти теорії катастроф та описано можливості застосування методів теорії катастроф для оцінювання фактичних даних геолого-технічного контролю процесу поглиблення свердловин. Досліджено метод розпізнавання динамічного режиму поглиблення свердловини з метою управління цим процесом. Доведено доцільність використання не тільки елементарної катастрофи Р. Тома типу "збірка", але й феноменологічної моделі Vapor Pressure. В результаті досліджень визначено таку ознаку як "час буріння 1 м породи" для розпізнавання динамічної стійкості процесу, який схильний до стрибкоподібних змін. Визначено основні аргументи для застосування теорії катастроф щодо моделювання динамічної стійкості процесу поглиблення свердловин. Показано, що поведінку системи в катастрофічному стані можна описати не лише канонічним кубічним рівнянням, розв'язання якого виконується за формулами Кардано, але і феноменологічною моделлю, побудованою на засадах холістичного підходу. Використовуючи холістичний підхід до розв'язання задач моделювання динамічної стійкості процесу поглиблення свердловин, запропоновано структуру базової феноменологічної математичної моделі динаміки розвитку катастроф. Доведено, що на початкових етепах розвитку катастроф, коли спостерігається збільшення часу, що витрачається на буріння одного метра порід по глибині свердловини, за допомогою запропонованої феноменологічної математичної моделі можна змоделювати динаміку розвитку катастроф. Під час подальшого поглиблення свердловини, коли спостерігається зменшення часу, що витрачається на буріння одного метра порід, динаміку розвитку катастрофи можна описати цим самим законом, але коефіцієнти моделі та їх знаки будуть іншими. Вона має змогу ідентифікувати параметри моделі за єдиним алгоритмом, а також прогнозувати появу катастрофи на етапі її розвитку. Це сприяє запобіганню ускладнень та аварій у процесі поглиблення свердловини. За результатами імітаційного моделювання підтверджено теоретичні висновки щодо вибору типу моделі як оптимальної для опису катастроф у процесі поглиблення свердловин і встановлено, що запропонована феноменологічна модель є адекватною реальним процесам. Водночас слід дотримуватись базових принципів теорії катастроф, що надає можливість забезпечити ефективне прогнозування та виявлення передаварійних ситуацій і ускладнень, які виникають в процесі поглиблення свердловин. Отримані дані є корисними та важливими тому, що надають можливість удосконалити математичне і програмне забезпечення системи автоматизованого управління процесом поглиблення свердловин і зменшити аварійність в бурінні.

Обгрунтовано застосування основних теоретичних законів розподілу ймовірності виникнення геологічних ускладнень різного ступеня важкості на родовищах ДП "Укрбургаз". Запропоновано застосовувати емпіричний закон розподілу результативності нової техніки як критерій її ефективності. У якості математичної моделі відповідного потоку виникнення ускладнень прийнято потік Пуассона, характеристики якого дозволили з достатньою точністю визначити основні параметри системи, пов'язаної з виконанням заявок на ліквідацію ускладнень та аварій, спричинених втратою рухомості бурильної колони. Визначено оптимальну кількість технічних засобів, призначених для реалізації дискретно-розподілених ударних навантажень у стаціонарному стані системи. Розглянуто у часі перехідний період, пов'язаний із відновленням стаціонарності стану.

Разработан и обоснован способ изоляции поглощающих горизонтов термопластичными материалами, для реализации которого необходимо выполнить следующие технологические операции: доставку термопластичных материалов на забой скважины, плавление термопластичных материалов и задавливание термопластичных материалов в каналы поглощения. Для различных геолого-технических условий бурения предложены технологические схемы изоляции поглощающих горизонтов термопластичных материалов. В качестве тампонажного материала для изоляции поглощающих горизонтов буровых скважин предложено использование бытовых отходов на основе полиэтилентерефталата.

Запропоновано конструкцію магнітної системи ловильного пристрою з сегментними радіально намагніченими постійними магнітами із рідкісноземельних матеріалів. Встановлено раціональні геометричні співвідношення елементів систем, що забезпечують високі силові та магнітні характеристики. Розроблено 3 типорозміри ловильних пристроїв невеликого діаметра для очищення свердловин від феромагнітних предметів. Проведено експериментальні дослідження силових характеристик магнітних систем ловильних пристроїв.

Дослідження технічних показників устаткування для гідроабразивного відрізання обладнання з фонтануючої нафтогазової свердловини виконується з метою можливості проведення надійного, оперативного демонтажу пошкодженого гирлового обладнання. Дослідження проводяться на прикладі експлуатаційної нафтогазової свердловини, де виникла аварія - відкритий фонтан. Вибрані методи дослідження - це системний аналіз експлуатаційних параметрів та математичне і комп'ютерне моделювання. Результати даних досліджень є основою для проектування, виготовлення та подальших експериментальних і промислових досліджень устаткування для гідроабразивного відрізання обладнання з фонтануючої свердловини. Створення високоефективного устаткування для демонтажу пошкодженого обладнання забезпечить значне прискорення ліквідації складних техногенних аварій - відкритих нафтогазових фонтанів.

На підставі статичного розв'язку теорії пружності та методу плоскої хвилі проаналізовано динаміку прихопленої секції бурильної колони (БК) у разі використання ударного пристрою. Математично змодельовано коливальні рухи перерізів бурильної труби, визначено швидкості та момент зустрічі компоновок БК, побудовано хвильову діаграму ударних сил на межах зустрічі секцій і місця прихоплення. Одержані аналітичні залежності для оцінки динамічних характеристик удару, швидкості звільнення прихопленої частини БК та її переміщення за час удару надали можливість створити алгоритм числового розв'язування нелінійних динамічних рівнянь за допомогою комп'ютерних пакетів символьної математики. Проведено числове дослідження на прикладі заданої компоновки БК. Для цієї БК розраховано тривалість удару, коефіцієнт поновлення, накопичену енергію внаслідок пружних деформацій БК, енергію, втрачену на удар; побудовано ударний імпульс плоскої хвилі у місці прихоплення.

На основі розробленої авторами математичної моделі роботи аварійного компонування бурильної колони досліджено основні динамічні характеристики удару механічного яса, що застосовується для ліквідації прихоплень бурильної колони. У процесі моделювання враховано хвильові явища в бурильних трубах. У пакеті символьної математики проведено числовий розрахунок динамічних характеристик механічної системи (час розгону, тривалість удару, коефіцієнт поновлення, набута і втрачена енергії) залежно від маси секції обважнених бурильних труб в аварійному компонуванні. Надано рекомендації з вибору довжини секції обважнених бурильних труб для ефективної ліквідації прихоплень бурильної колони.

Індекс рубрикатора НБУВ: И131.093 + И131.115-561.5

Рубрики:

Аварії з бурильними трубами та долотами

Буріння свердловин гідравлічним струменем

Шифр НБУВ: Ж23665 Пошук видання у каталогах НБУВ 

На основі розробленої математичної моделі динаміки сумісної роботи талевої системи, бурильної колони і ударного механізму побудовано хвильову діаграму бурильної колони під час ліквідації прихоплень ударним способом. Проведено числовий розрахунок тривалості удару, коефіцієнта передачі енергії, накопиченої пружною деформацією і втраченої внаслідок удару енергії. Створено комп'ютерну програму для покрокової побудови ударного імпульсу, яка враховує хвильові явища в бурильних трубах. Запропоновано інженерне обгрунтування одержаних результатів.

Викладено основні етапи реалізації технології ліквідації та попередження заклинювань колон труб з допомогою дискретно-розподілених ударних навантажень. Сформульовано основні результати досліджень. Показано, що за певних умов в аварійній колоні бурильних труб можуть виникати резонансні явища, які потрібно враховувати під час конструювання нових технічних засобів. Запропоновано конструкцію секційного механічного яса для реалізації нової технології. Запропоновано математичну модель для визначення умов роботи механічного яса. Виконано основні дослідження на базі запропонованої моделі. Дослідження виконувалися для умов як доударної так і післяударної фаз коливальних процесів у колоні труб. Розрахунки виконувалися для різних типів защемлення нижнього кінця колони труб з метою виявлення впливу природи заклинювання на коливальні процеси.