Аналітичні оцінки інерційних властивостей зігнутої ділянки бурильної колони при її обертанні

Автор(и)

  • Jaroslav Grydzhuk Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу вул. Карпатська, 15, м. Івано-Франківськ, Україна, 76019, Україна https://orcid.org/0000-0002-1429-8640
  • Igor Chudyk Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу вул. Карпатська, 15, м. Івано-Франківськ, Україна, 76019, Україна https://orcid.org/0000-0002-7402-6962
  • Andriy Velychkovych Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу вул. Карпатська, 15, м. Івано-Франківськ, Україна, 76019, Україна https://orcid.org/0000-0003-2685-8753
  • Andriy Andrusyak Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу вул. Карпатська, 15, м. Івано-Франківськ, Україна, 76019, Україна https://orcid.org/0000-0003-2099-9045

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.154827

Ключові слова:

бурильна колона, бурильна труба, зігнутий стержень, зосереджена маса, розподілена маса, момент інерції

Анотація

Запропоновано підходи щодо аналітичних оцінок моменту інерції зігнутих ділянок бурильної колони при її обертанні. Дослідження обертання криволінійних ділянок бурильної колони на даний час пов’язані з певними труднощами, які виникають через відсутність точних виразів для оцінки моментів інерції зігнутої труби за параметрами її деформації. Вирішення таких завдань є важливими для аналізу динамічної стійкості бурильних колон при роторному і роторно-турбінному способах буріння при дослідженнях напружено-деформованого стану її елементів, уточнення енергетичних затрат на процес обертання зігнутих ділянок у свердловині, а також аналізу критичних частот обертання. Проведено дослідження моменту інерції зігнутої ділянки бурильної колони на моделях із зосередженими та розподіленими масами. На основі цього встановлено точні та асимптотичні аналітичні залежності для визначення інерційних характеристик криволінійних ділянок бурильної колони та подано рекомендації щодо застосування цих залежностей.

Сучасною тенденцією розвитку і модернізації бурового обладнання є застосування бурильних труб, виготовлених із нетрадиційних матеріалів. Враховуючи науковий і практичний інтерес до застосування цих матеріалів, проведено розрахунки моментів інерції для зігнутих ділянок бурильних колон, що можуть комплектуватися сталевими, алюмінієвими, титановими чи склопластиковими бурильними трубами. Аналітичне оцінювання моменту інерції зігнутих ділянок відноситься до різного масштабу деформованого стану бурильної колони. Формула моменту інерції, встановлена на простих моделях, є коректною у тих випадках, коли криволінійна ділянка бурильної колони зазнає великих переміщень. У випадку малих переміщень слід застосовувати аналітичний результат, здобутий на моделі із розподіленими параметрами. Встановлені закономірності є важливими для аналізу динаміки бурильної колони в глибоких умовно вертикальних, похило-скерованих чи горизонтальних свердловинах із складним гірничо-геологічним профілем

Біографії авторів

Jaroslav Grydzhuk, Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу вул. Карпатська, 15, м. Івано-Франківськ, Україна, 76019

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра технічної механіки

Igor Chudyk, Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу вул. Карпатська, 15, м. Івано-Франківськ, Україна, 76019

Доктор технічних наук, професор

Кафедра буріння свердловин

Andriy Velychkovych, Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу вул. Карпатська, 15, м. Івано-Франківськ, Україна, 76019

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра будівництва

Andriy Andrusyak, Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу вул. Карпатська, 15, м. Івано-Франківськ, Україна, 76019

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра будівельної механіки

Посилання

  1. Kapitaniak, M., Vaziri Hamaneh, V., Páez Chávez, J., Nandakumar, K., Wiercigroch, M. (2015). Unveiling complexity of drill–string vibrations: Experiments and modelling. International Journal of Mechanical Sciences, 101-102, 324–337. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2015.07.008
  2. Zhu, X., Tang, L., Yang, Q. (2014). A Literature Review of Approaches for Stick-Slip Vibration Suppression in Oilwell Drillstring. Advances in Mechanical Engineering, 6, 967952. doi: https://doi.org/10.1155/2014/967952
  3. Gulyayev, V. I., Hudoliy, S. N., Glushakova, O. V. (2011). Simulation of torsion relaxation auto-oscillations of drill string bit with viscous and Coulombic friction moment models. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part K: Journal of Multi-Body Dynamics, 225 (2), 139–152. doi: https://doi.org/10.1177/1464419311405571
  4. Ghasemloonia, A., Geoff Rideout, D., Butt, S. D. (2015). A review of drillstring vibration modeling and suppression methods. Journal of Petroleum Science and Engineering, 131, 150–164. doi: https://doi.org/10.1016/j.petrol.2015.04.030
  5. Velichkovich, A., Dalyak, T., Petryk, I. (2018). Slotted shell resilient elements for drilling shock absorbers. Oil & Gas Science and Technology – Revue d’IFP Energies Nouvelles, 73, 34. doi: https://doi.org/10.2516/ogst/2018043
  6. Pryhorovska, T. (2018). Rock heterogeneity numerical simulation as a factor of drill bit instability. Engineering Solid Mechanics, 315–330. doi: https://doi.org/10.5267/j.esm.2018.8.002
  7. Goloskov, E. G., Filippov, A. P. (1977). Nestacionarnye kolebaniya deformiruemyh sistem. Kyiv: Naukova dumka, 339.
  8. Pukach, P. Y. (2012). On the unboundedness of a solution of the mixed problem for a nonlinear evolution equation at a finite time. Nonlinear Oscillations, 14 (3), 369–378. doi: https://doi.org/10.1007/s11072-012-0164-6
  9. Velichkovich, A. S., Popadyuk, I. I., Shopa, V. M. (2011). Experimental study of shell flexible component for drilling vibration damping devices. Chemical and Petroleum Engineering, 46 (9-10), 518–524. doi: https://doi.org/10.1007/s10556-011-9370-9
  10. Sesyunin, N. A. (1983). Ob izgibe vesomogo sterzhnya v naklonnoy cilindricheskoy polosti. Izv. vuzov. Neft' i gaz, 9, 22–25.
  11. Royzman, V. P. (2015). Possibility of creating non-resonance design, non-critical rotors and rods stable to compression. Vibracii v tekhnike i tekhnologiyah, 3 (79), 38–43.
  12. Velichkovich, A. S., Dalyak, T. M. (2015). Assessment of Stressed State and Performance Characteristics of Jacketed Spring with a Cut for Drill Shock Absorber. Chemical and Petroleum Engineering, 51 (3-4), 188–193. doi: https://doi.org/10.1007/s10556-015-0022-3
  13. Dutkiewicz, M., Gołębiowska, I., Shatskyi, I., Shopa, V., Velychkovych, A. (2018). Some aspects of design and application of inertial dampers. MATEC Web of Conferences, 178, 06010. doi: https://doi.org/10.1051/matecconf/201817806010
  14. Velichkovich, A. S. (2005). Shock Absorber for Oil-Well Sucker-Rod Pumping Unit. Chemical and Petroleum Engineering, 41 (9-10), 544–546. doi: https://doi.org/10.1007/s10556-006-0015-3
  15. Gołębiowska, I., Dutkiewicz, M. (2017). The effectiveness of vibration damper attached to the cable due to wind action. EPJ Web of Conferences, 143, 02029. doi: https://doi.org/10.1051/epjconf/201714302029
  16. Popadyuk, І. Y., Shats’kyi, І. P., Shopa, V. М., Velychkovych, A. S. (2016). Frictional Interaction of a Cylindrical Shell with Deformable Filler Under Nonmonotonic Loading. Journal of Mathematical Sciences, 215 (2), 243–253. doi: https://doi.org/10.1007/s10958-016-2834-x
  17. Panevnik, D. A., Velichkovich, A. S. (2017). Assessment of the stressed state of the casing of the above-bit hydroelevator. Oil Industry Journal, 1, 70–73.
  18. Kukhar, V., Balalayeva, E., Nesterov, O. (2017). Calculation method and simulation of work of the ring elastic compensator for sheet-forming. MATEC Web of Conferences, 129, 01041. doi: https://doi.org/10.1051/matecconf/201712901041
  19. Shatskyi, I., Popadyuk, I Velychkovych, A. (2018). Hysteretic Properties of Shell Dampers. Springer Proceedings in Mathematics & Statistics, 343–350. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-319-96601-4_31
  20. Shatskii, I. P., Perepichka, V. V. (2013). Shock-wave propagation in an elastic rod with a viscoplastic external resistance. Journal of Applied Mechanics and Technical Physics, 54 (6), 1016–1020. doi: https://doi.org/10.1134/s0021894413060163
  21. Shatskyi, I., Perepichka, V. (2018). Problem of Dynamics of an Elastic Rod with Decreasing Function of Elastic-Plastic External Resistance. Springer Proceedings in Mathematics & Statistics, 335–342. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-319-96601-4_30
  22. Levchuk, K. G. (2018). Engineering Tools and Technologies of Freeing of the Stuck Metal Drilling String. METALLOFIZIKA I NOVEISHIE TEKHNOLOGII, 40 (1), 45–137. doi: https://doi.org/10.15407/mfint.40.01.0045
  23. Kryzhanivs’kyi, E. I., Rudko, V. P., Shats’kyi, I. P. (2004). Estimation of admissible loads upon a pipeline in the zone of sliding ground. Materials Science, 40 (4), 547–551. doi: https://doi.org/10.1007/s11003-005-0076-z
  24. Shats’kyi, I. P., Struk, A. B. (2009). Stressed state of pipeline in zones of soil local fracture. Strength of Materials, 41 (5), 548–553. doi: https://doi.org/10.1007/s11223-009-9165-9
  25. Vazouras, P., Karamanos, S. A., Dakoulas, P. (2012). Mechanical behavior of buried steel pipes crossing active strike-slip faults. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 41, 164–180. doi: https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2012.05.012
  26. Zhang, J., Liang, Z., Han, C. J. (2015). Finite element analysis of wrinkling of buried pressure pipeline under strike-slip fault. Mechanics, 21 (3). doi: https://doi.org/10.5755/j01.mech.21.3.8891
  27. Shats’kyi, I. P., Lyskanych, O. M., Kornuta, V. A. (2016). Combined Deformation Conditions for Fatigue Damage Indicator and Well-Drilling Tool Joint. Strength of Materials, 48 (3), 469–472. doi: https://doi.org/10.1007/s11223-016-9786-8
  28. Vlasiy, O., Mazurenko, V., Ropyak, L., Rogal, A. (2017). Improving the aluminum drill pipes stability by optimizing the shape of protector thickening. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (7 (85)), 25–31. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.65718
  29. Vytvytskyi, I. I., Seniushkovych, M. V., Shatskyi, I. P. (2017). Calculation of distance between elastic-rigid centralizers of casing. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 5, 29–35.
  30. Orynyak, I. V., Radchenko, S. A., Batura, A. S. (2007). Calculation of free and forced vibrations of a pipeline system. Part 1. The analysis of vibrations of a spatial rod system. Problemy prochnosti, 1, 79–93.
  31. Introduction to Rotor Dynamics. Available at: http://www.springer.com/cda/content/document/cda_downloaddocument/9781447142393-c2.pdf?SGWID=0-0-45-1334803-p174512894
  32. Tadeo, A. T., Cavalca, K. L. (2003). A Comparison of Flexible Coupling Models for Updating in Rotating Machinery Response. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, XXV (3), 235–246. doi: https://doi.org/10.1590/s1678-58782003000300004
  33. Andrusyak, A., Grydzhuk, J., Dzhus, A., Steliga, I. (2017). Developing a method for the assessment of axial load in arbitrary cross-sections of the column of pumping rods. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (7 (85)), 32–37. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.92860
  34. Saroyan, A. E. (1990). Teoriya i praktika raboty buril'noy kolonny. Moscow: Nedra, 263.

##submission.downloads##

Опубліковано

2019-01-22

Як цитувати

Grydzhuk, J., Chudyk, I., Velychkovych, A., & Andrusyak, A. (2019). Аналітичні оцінки інерційних властивостей зігнутої ділянки бурильної колони при її обертанні. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1(7 (97), 6–14. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.154827

Номер

Том 1 № 7 (97) (2019): Прикладна механіка

Розділ

Прикладна механіка

Ліцензія

Авторське право (c) 2019 Jaroslav Grydzhuk, Igor Chudyk, Andriy Velychkovych, Andriy Andrusyak

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.