XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022
Разработка технологических элементов для наклонно-направленного бурения скважин газоотвода
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Наклонно направленное бурение скважин является весьма перспективным направлением в научно-техническом и промышленном использовании недр. Управлять буровым устройством находящимся на большой глубине трудная задача для решения которой следует использовать передовые методы моделирования и идентификации состояния машины и пород за пределами визуального контроля.
Пространственное расположение буровой скважины определяется: 1) координатами устья x , y , z ; 2) направлением скважины; 3) углом наклона скважины; 4) азимутом скважины; 5) глубиной. По направлению бурения скважины, форме ствола и их количеству скважины делятся на следующие группы: 1- вертикальные; 2- наклонные; 3- горизонтальные; 4- восстающие; 5- искривленные; 6- многоствольные.
Рисунок 1 Виды скважин: 1-4 при бурении с земной поверхности (прямолинейная, наклонная, криволиней5ная, кустовая, 5,6 при бурении с подземной выработки
В этом направлении достигнут существенный прогресс, что позволяет за счет активного воздействия через скважины управлять нефтегазовыми пластами, активизировать их дебет, а также проводить активную дегазацию угольных пластов, применяя технологии сочетания наклонно-направленного бурения и гидроразрыва пласта. Причем бурение скважин из выработок позволяет управлять состоянием пород в зоне очистных работ, где работают механизированные комплексы для добычи угля, способствовать многим промышленным процессам и в том числе уменьшения давления горных пород на забой, за счет их своевременного обрушения. Огромное значение эти технологии получили и при нарезке скважин влизи авто и железнодорожных трасс, под зданиями и сооружениями. Причем на относительно небольшой глубине создается простая система апробации и исследования разрабатываемых технологий. Пользуясь тем что положение бурового устройства в указанных условиях контролировать легче, а значит создаются условия для их поэтапного исследования и наработки. На рисунке 2 приведена схема бурения в таких условиях. Здесь за счет плоской наклонной головки удается сочетать поворот скважины (её искривление). Это достигается сочетанием вращательного бурения со статическим вдавливание наклонной головки, за счет чего возникает изменение
Рисунок 2 Процессы управления изгибом скважины
траектории движения. Правильное сочетание вращательной проходки и статического вдавливания позволяет управлять траекторией искривления.
Таким образом:
- при прямолинейном движении в зависимости от угла α (угол между осью инструмента и ориентацией плоскости головки) происходит отклонение бура от первоначально оси, а поскольку бур имеет шарнирные звенья то его форма искривляется
- после отклонения включается вращательное бурение, т.е имеем сочетание периодов вращения и подачи внедрения.
- При этом выполняется тестирование локационной головки бура для контроля его положения бура за счет электромагнитных сигналов фиксируемых на специальном экране.
Установка для моделирования
Рисунок 3 Схема модели
Программа Ansys для имитации скважин
/NOPR !переход к объмной задаче
/PMETH,OFF,0
KEYW,PR_SET,1
KEYW,PR_STRUC,1
KEYW,PR_THERM,0
KEYW,PR_FLUID,0
KEYW,PR_ELMAG,0
KEYW,MAGNOD,0
KEYW,MAGEDG,0
KEYW,MAGHFE,0
KEYW,MAGELC,0
KEYW,PR_MULTI,0
KEYW,PR_CFD,0
/GO
/prep7!вход в препроцесор ансис
/units,si!используем систему СИ
MPTEMP,,,,,,,, !ВВОД МАТЕРИАЛА (МОДУЛЯ УПРУГОСТИ
!И КОЭФФИЦЕНТА ПУОССОНА) породы
MPTEMP,1,0
MPDATA,EX,1,,7E10 !модуль упугости буровой колонны
MPDATA,PRXY,1,,0.3 !коэфициент Пуассона
MPDATA,DENS,1,,7000!плотность трубы
MPTEMP,,,,,,,, !ВВОД МАТЕРИАЛА (МОДУЛЯ УПРУГОСТИ И
!КОЭФФИЦЕНТА ПУОССОНА) породы
MPTEMP,1,0
MPDATA,EX,2,,3E5 !модуль упугости породы
MPDATA,PRXY,2,,0.35 !коэфициент Пуассона
MPDATA,DENS,2,,2500!плотность породы(нефть)
ET,1,SOLID92 !ВЫБОР КОНЕЧНОГО ЭЛЕМЕНТА СОЛИД92
CYL4,0,1.5,0.12,0,0,360,2.5 !хс,ус,рад1,theta1,рад2,
!theta2,,depht
block,-1,1,0,3,0,3 !х1,х2,у1,у2,z1,z2
vsbv,2,1
CYL4,0,1.5,0.12,0,0.09,360,2.5 !хс,ус,рад1,
!theta1,рад2,theta2,,depht
VGLUE,all
K,101,-0.25,1.5,0
k,102,-0.5,1.5,0
K,103,-0.35,1.51,0
K,104,-0.35,1.49,0
a,102,103,101,104
FLST,2,1,5,ORDE,1 !Выдавливаем(делаем линии обемными)
FITEM,2,2
VEXT,P51X, , ,0,0,0.1,,,,
FLST,3,1,6,ORDE,1 !копируем объёмы для трещин
FITEM,3,3
VGEN,2,P51X, , ,0.75, , , ,0
FLST,3,2,6,ORDE,2 !вырезаем полости трещин
FITEM,3,3
FITEM,3,-4
VSBV, 2,P51X
lesize, 5,0.01
lesize, 1,0.01
lesize, 10,0.01
lesize, 44,0.01
lesize, 8,0.01
lesize, 43,0.01
lesize, 9,0.01
lesize, 4,0.01
lesize, 2,0.01
lesize, 3,0.01
lesize, 6,0.01
lesize, 7,0.01
lesize, 28,0.01
lesize, 29,0.01
lesize, 27,0.01
lesize, 30,0.01
lesize, 25,0.02
lesize, 26,0.02
lesize, 23,0.02
lesize, 24,0.02
lesize, 39,0.01
lesize, 41,0.02
lesize, 42,0.02
lesize, 40,0.02
lesize, 45,0.01
lesize, 48,0.01
lesize, 54,0.01
lesize, 49,0.01
lesize, 52,0.01
lesize, 50,0.01
lesize, 51,0.01
lesize, 53,0.01
lesize, 56,0.01
lesize, 50,0.01
lesize, 51,0.01
lesize, 45,0.01
lesize, 48,0.01
lesize, 54,0.01
lesize, 49,0.01
lesize, 52,0.01
lesize, 46,0.01
lesize, 47,0.01
lesize, 55,0.01
lesize, 12,0.1
lesize, 13,0.1
lesize, 14,0.1
lesize, 11,0.1
lesize, 22,0.1
lesize, 20,0.1
lesize, 19,0.1
lesize, 16,0.1
lesize, 15,0.1
lesize, 18,0.1
lesize, 17,0.1
lesize, 21,0.1
lesize, 39,0.05
lesize, 41,0.05
lesize, 42,0.05
lesize, 40,0.05
block,-1,1,3,200,0,3
vglue,all
lesize, 60,0.1
lesize, 72,0.1
lesize, 71,0.1
lesize, 14,0.1
lesize, 20,0.1
lesize, 15,0.1
lesize, 19,0.1
lesize, 70,0.1
lesize, 69,0.1
lesize, 61,0.1
lesize, 60,0.1
lesize, 66,0.1
lesize, 65,0.1
TYPE, 1 !труба
MAT, 1
MSHKEY,0!сомнение,регламетирует вид сетки
VMESH,1
TYPE, 1 !порода
MAT, 2
MSHKEY,0!сомнение,регламетирует вид сетки
VMESH,3
TYPE, 1 !порода
MAT, 2
MSHKEY,0!сомнение,регламетирует вид сетки
VMESH,2
FINISH
/SOL
EQSLV,PCG,1E-8
! /ANG,1,-30,XS,1
! /REP,FAST
FLST,2,1,5,ORDE,1
FITEM,2,7
!*
/GO
DA,P51X,all,
ACEL,0,10,0,
FLST,2,2,5,ORDE,2
FITEM,2,3
FITEM,2,18
/GO
!*
SFA,P51X,1,PRES,360000
FLST,2,2,5,ORDE,2
FITEM,2,4
FITEM,2,11
/GO
!*
SFA,P51X,1,PRES,360000
FLST,2,2,5,ORDE,2
FITEM,2,24
FITEM,2,-25
/GO
!*
SFA,P51X,1,PRES,360000
FLST,2,2,5,ORDE,2
FITEM,2,22
FITEM,2,-23
/GO
!*
SFA,P51X,1,PRES,360000
!Расчёт напряжений
/POST1
!Деформированная форма
SET,FIRST
PLDISP,1
!Поля напряжений
AVPRIN,0,0,
PLNSOL,S,X,0,1!Напряжения сигма х
AVPRIN,0,0,
*VWRITE, s,x
A4, E10.3, 2X, D8.2
PLNSOL,S,Y,0,1!Напряжения сигма у
AVPRIN,0,0,
PLNSOL,S,XY,0,1!Напряжения сигма тау ху
AVPRIN,0,0,
!PLNSOL,S,EQV,0,1!Интенсивность !напряжений сигма i