WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Рисунок 2 – Вариант имитационной модели выбора параметров демпфера При определении вариантов использования демпфирующих устройств с учетом режимов работы глубинного бурового оборудования следует отметить следующее: демпфер должен пропускать низкие частоты, необходимые для интенсифицирования процесса разрушения забоя; в области высоких частот вибрации системы «забойный двигатель–демпфер» должны уменьшаться вследствие увеличения затухания колебаний в демпфере; эффективность работы глубинного оборудования при гашении высокочастотных колебаний не должна снижаться при условии сохранения действия динамических импульсов, возникающих при низкочастотных колебаниях; силы вязкого демпфирования, незначительно влияющие на частоту и период колебаний, должны вызывать быстрое затухание колебаний; для оптимального режима работы виброзащитной системы глубинного оборудования необходим предварительный расчет жесткости и массы демпфирующих устройств.

Для выяснения влияния воздействия случайных колебаний на глубинное оборудование в зависимости от параметров демпфера был произведен динамический расчет имитационной модели глубинного оборудования. На рисунке 3 показана схема виброзащитной системы «долото–демпфер», отличающаяся от известных схем введением положений равновесия (О1 и О2).

Отклонение виброзащитной системы от положений равновесия при воздействии случайных колебаний не должно превосходить амплитуды наименьшего отскока долота.

Рисунок 3 – Расчетная модель виброзащитной системы Движение системы «долото–демпфер» описывается следующими дифференциальными уравнениями:

&& & & m1x1 + c1x1 - c1x2 -1(x2 - x1) = P(t), (3) && & & x2 +2(x2 - x1) - c1x1 + (c1 + c2)x2 = 0, mгде P(t) – случайное воздействие;

m,c, – масса, жесткость и коэффициент сопротивления (индекс относится к демпферу, индекс 2 – к долоту);

x – виброперемещение системы.

При отскоке долота осевая суммарная нагрузка становится равной нулю, поэтому принимаем P(t) = 0. Решение системы (3) приводит к характеристическому уравнению 4-го порядка:

m1m24 +(m1 + m2)3 +[(m1 + m2)c1 + m1c2]2 +c2 + c1c2 = 0. (4) Корни характеристического уравнения дают представление о переходных колебательных процессах, происходящих в динамической системе. Большая мнимая часть характеризует незатухающие колебания. При надлежащем подборе величин m1 и c1 вынужденные колебания долота, обусловленные действием на него возмущающей силы, могут быть снижены. Увеличение параметра m1 уравнения (4) ведет к снижению мнимой части корней и к стабилизации переходного процесса при воздействии случайных колебаний на глубинное оборудование (рисунок 4).

Рисунок 4 – Годограф корней характеристического уравнения Демпфирующие устройства должны обеспечивать минимальную (или равную нулю) амплитуду перемещения глубинного бурового оборудования при случайных колебаниях: при заданной жесткости c условие = 0 соответствует минимальным потерям энергии продольных колебаний на демпфирование и лучшему разрушению забоя, а большая масса демпфера m1 обеспечивает затухание колебательного процесса.

В подтверждение полученных результатов была разработана конструкция демпфера продольных колебаний [9], демпфирующий элемент которого имеет заданную частоту собственных колебаний, определяемую длиной элемента и осевой нагрузкой на глубинное буровое оборудование, гасящего случайные продольные колебания, возникающие в процессе бурения (рисунок 5).

Рисунок 5 – Демпфер продольных колебаний Вводя демпфирующий элемент определенной длины, можно добиться значения критической нагрузки на бурильную колонну, при этом демпфирующий элемент входит в «нулевой» резонанс, исполняя тем самым роль экрана энергии, положительно влияя на процесс бурения.

Третья глава посвящена анализу изменения параметров колебательных процессов, характеризующих вибронагруженное состояние глубинного оборудования, и их оценке вероятностно-статистическими методами.

Измерение технологических параметров производилось на основе данных лаборатории геолого-технологических исследований «ГЕОТЕСТ». На рисунке 6 представлена структурная схема снятия измерений технологических параметров, которые использовались для оценки эффективности применения демпфирующих устройств. Оцифрованные записи колебаний осевой нагрузки и давления промывочной жидкости обрабатывались в программной среде MathCAD 2000 Pro.

Датчик измерения давления промывочной Аналогожидкости Пульт цифровой Персональный бурильщика преобразователь компьютер Датчик измерения осевой нагрузки на долото Рисунок 6 – Структурная схема измерений параметров бурения В качестве параметров вибронагруженности были приняты спектральнокорреляционные характеристики работы глубинного бурового оборудования.

По данным записей колебаний осевой нагрузки сравнивались результаты вычисления корреляционной функции и спектральной плотности следующих видов:

2 2 D + + kx ( ) = De- cos ; Sx () = ; (5) 2 + ( - )2 + ( + )2 D 2( + ) kx ( ) = De- (cos + sin ) ; Sx () = ; (6) 2 2 2 2 ( + - )2 + 1 D 2 kx ( ) = De- (1+ + ) ; Sx () =. (7) 3(2 + 2)Функция (5) является наиболее распространенной, описывающей процессы изменения колебаний осевой нагрузки и давления промывочной жидкости. Функции вида (6) и (7) также описывают распределение случайных событий. Дополнительный гармонический член в корреляционной функции (6) обозначает вероятность появления более сложного события – реализации случайных колебаний.

Сравнительный анализ корреляционных функций показал (рисунок 7), что функция вида (6) также отражает процесс колебаний осевой нагрузки, как и функция (5), и при воздействии случайных колебаний на глубинное оборудование может быть использована для анализа записей изменений технологических параметров.

С использованием функции вида (6) были исследованы случайные колебания технологических параметров при различных режимах работы глубинного бурового оборудования. Произведены вычисления корреляционной функции и спектральной плотности для измеренных колебаний осевой нагрузки в начале и конце бурения каждого интервала нескольких скважин. Выявлено, что, например, для роторного бурения характерен узкополосный процесс со смещением преобладающей частоты в область высоких частот в конце отработки долота; при турбинном бурении сохраняется узкополосный процесс с преобладающей частотой и уменьшением амплитуды последней в конце долбления; при бурении винтовыми двигателями наблюдается преобладание широкополосного спектра с более высокой преобладающей частотой; бурение электробурами характеризуется отсутствием преобладающей частоты и приближением спектра к «белому шуму» (т.к. при электробурении информация об изменениях технологических параметров получается не по гидравлическому каналу связи).

а – вычисления по функции вида (5);

б – вычисления по функции вида (6);

в – вычисления по функции вида (7) Рисунок 7 – Результаты вычислений функций распределения по записям колебаний осевой нагрузки Для оценки технического состояния глубинного бурового оборудования при использовании демпфирующих устройств производились сравнительные вычисления корреляционной функции и спектральной плотности по функции вида (6) для колебаний осевой нагрузки двух интервалов одной скважины. При стандартной компоновке (рисунок 8, а) наблюдается широкополосный спектр, увеличение преобладающей частоты и износа долота (В3П3). Установка дополнительной массы на валу турбобура (рисунок 8, б) позволяет сохранить узкополосный спектр, работу в области низких частот, снижение амплитудного пика и уменьшение степени износа долота (В1П2). Под дополнительной массой имеется в виду введение в стандартную компоновку УБТ (в данном случае длиной 2–3 м, диаметром 196 мм).

а б а – бурение без дополнительной массы, интервал бурения 1560–1656 м;

б – бурение с дополнительной массой, интервал бурения 1656–1827 м;

1 – начало долбления; 2 – конец долбления Рисунок 8 – Результаты вычисления корреляционной функции и спектральной плотности по колебаниям осевой нагрузки Эффективная работа глубинного оборудования достигается, как правило, при узкополосном спектре в области низких частот; смещение преобладающей частоты в область высоких частот и расширение спектра свидетельствует об износе глубинного бурового оборудования.

Далее оценка технического состояния глубинного бурового оборудования проводилась с использованием коэффициента Джини, вычисленного для колебаний осевой нагрузки (Gn). При определении коэффициента Джини строится идеальная кривая, характеризующая равномерное распределение, и фактическая кривая, отражающая случайные колебания параметров бурения.

Чем больше отклонение фактической кривой от идеальной кривой, тем больше коэффициент Джини приближается к единице и тем больше отличие фактического распределения от полностью равномерного.

На рисунке 9 показано вычисление коэффициента Джини случайных колебаний осевой нагрузки на долото.

а б а – бурение без дополнительной массы, интервал 1560–1656 м;

б – бурение с дополнительной массой, интервал 1656–1827 м Рисунок 9 – Коэффициент Джини по колебаниям осевой нагрузки Интервал 1560–1656 м бурился без установки дополнительной массы на валу турбобура (рисунок 9, а); значения коэффициента Джини в начале бурения Gn1=0,212 и в конце бурения Gn2=0,414; износ долота составил В3П3.

Следующий интервал (1656–1827 м) бурился с дополнительной массой на валу турбобура (рисунок 9, б); проходка увеличилась с 96 м в предыдущем долблении до 171 м; коэффициент Джини – Gn1=0,060 и Gn2=0,096; износ долота – В1П2.

Исследования показали, что фактические кривые больше приближаются к идеальным, а глубинное оборудование меньше изнашивается в случае введения дополнительной массы на вал турбобура.

По коэффициенту Джини можно судить о состоянии глубинного бурового оборудования и предотвратить преждевременный износ забойного двигателя и элементов бурильной колонны: установив критическое значение коэффициента (например, Gn=0,414), зависящее от колебаний осевой нагрузки, и оптимальное (Gn=0,096), вычисленное при установке дополнительной массы на валу турбобура, можно поддерживать эти значения путем регулирования осевой нагрузки.

Другим критерием оценки состояния глубинного оборудования является число выбросов случайных колебаний осевой нагрузки. При решении вопросов виброзащиты глубинного оборудования с помощью выбросов можно оценить влияние собственной частоты и параметров демпфирующих устройств.

Например, при воздействии спектра «белый шум» число выбросов за фиксированный уровень c v =, (8) 2m где c – жесткость; m – масса демпфера.

На число выбросов оказывают влияние только жесткость и масса виброзащитной системы, демпфирование не играет роли: с уменьшением частоты собственных колебаний или с увеличением массы объекта уменьшается число выбросов. При воздействии на глубинное оборудование широкополосного спектра, близкого к «белому шуму», что наблюдается при сильном износе глубинного оборудования, конструирование демпфирующих устройств должно быть основано на изменении собственной частоты демпфера (0 = c / m ).

Для оценки технического состояния глубинного бурового оборудования при использовании демпфирующих устройств производились вычисления числа выбросов по корреляционной функции вида (6). Для каждого интервала бурения определено число выбросов в начале v1 и в конце v2 долбления. На рисунке 10 показано изменение числа выбросов v в зависимости от степени износа долот, где H – глубина скважины. При износе долота наблюдается снижение числа выбросов в конце долбления. При бурении интервала 1656– 1827 м на вал турбобура была установлена дополнительная масса, износ долота уменьшился, что характеризуется увеличением числа выбросов в конце долбления.

1 – начало бурения; 2 – конец бурения; А – бурение с дополнительной массой Рисунок 10 – Изменение числа выбросов в зависимости от степени износа долот Использование числа выбросов за фиксированный уровень в качестве диагностического признака позволяет управлять процессом бурения путем выбора оптимальной осевой нагрузки, для чего определяют максимальное и минимальное число выбросов (например, наименьшее и наибольшее значения числа выбросов при бурении с дополнительной массой на валу турбобура), устанавливают пределы осевой нагрузки, которые далее поддерживаются в процессе бурения. Число выбросов случайной функции за некоторый фиксированный уровень может быть использовано при выборе параметров демпфирующих устройств, а также в совокупности с другими диагностическими признаками – для оценки технического состояния глубинного бурового оборудования.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 1 Проанализированы и классифицированы демпфирующие устройства глубинного бурового оборудования с учетом их конструктивных параметров для различных видов колебаний.

2 Установлено, что введение в компоновку низа бурильной колонны демпфирующих устройств влияет на отскок долота, принятый в качестве одного из параметров вибронагруженности глубинного оборудования.

Введение дополнительной массы на вал забойного двигателя уменьшает время отскока долота.

3 Методами имитационного моделирования установлено, что для конструирования демпфирующих устройств и гашения случайных колебаний достаточно предварительно задаваться жесткостью и массой демпфера.

4 Разработана конструкция демпфера продольных колебаний, демпфирующий элемент которого имеет заданную частоту собственных колебаний, определяемую длиной элемента и осевой нагрузкой (пат. РФ).

5 В качестве диагностических критериев оценки технического состояния глубинного бурового оборудования предложены: коэффициент Джини случайных колебаний осевой нагрузки и давления промывочной жидкости (пат.

2182659 РФ) и число выбросов за фиксированный уровень колебаний осевой нагрузки.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1 Ишемгужин И.Е, Имаева Э.Ш., Ямалиев В.У. Разработка демпфера для гашения колебаний при бурении//Проблемы нефтедобычи Волго-Уральского региона: Сб. докл. науч.-техн. конф. – Уфа: УГНТУ, 2000. – С. 48–49.

2 Ямалиев В.У., Имаева Э.Ш. Энтропийный анализ изменения технического состояния породоразрушающего инструмента//Проблемы нефтедобычи Волго-Уральского региона: Сб. докл. науч.-техн. конф. – Уфа:

УГНТУ, 2000. – С. 47–48.

3 Ямалиев В.У., Имаева Э.Ш. Применение вероятностно-статистического метода для диагностирования нефтяного оборудования//Проблемы нефтедобычи Волго-Уральского региона: Сб. докл. науч.-техн. конф. – Уфа:

УГНТУ, 2000. – С. 112–113.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»