URSS.ru - Издательская группа URSS. Научная и учебная литература
Об издательстве Интернет-магазин Контакты Оптовикам и библиотекам Вакансии Пишите нам
КНИГИ НА РУССКОМ ЯЗЫКЕ


 
Вернуться в: Каталог  
Обложка Юнин Е.К. Автоколебания в глубоком бурении
Id: 167095
 
351 руб.

Автоколебания в глубоком бурении

URSS. 2013. 264 с. Мягкая обложка. ISBN 978-5-397-03499-9.

 Аннотация

Настоящая книга посвящена проблемам, связанным с механизмами возникновения автоколебаний системы "долото --- бурильная колонна" в процессе бурения глубоких скважин. Разработаны и проанализированы соответствующие математические модели, описывающие поведение бурильной колонны как механической системы с распределенными параметрами с наложенными на нее нелинейными связями, что позволило определить условия возникновения крутильных и продольных автоколебаний, а также продольного резонанса инструмента в процессе бурения скважины. Предложены мероприятия, предназначенные для предотвращения указанных явлений без применения каких-либо дополнительных устройств, и представлен алгоритм отработки породоразрушающего инструмента, позволяющий наиболее эффективно использовать энергию, подводимую к забою для его углубления. Рассмотрены возможные решения проблем, возникающих при использовании зависимостей углубления забоя от режимных параметров в целях прогнозирования и оптимизации процесса бурения.

Книга предназначена в первую очередь тем, кто решил посвятить себя научно-исследовательской работе, --- студентам и аспирантам, а также преподавателям, инженерно-техническим работникам и всем, кто интересуется задачами механики бурения глубоких скважин.


 Оглавление

Введение
1. Необходимые сведения из механики стержней
2. Распространение волновых возмущений вдоль стержня
3. Математическая модель вращения бурильной колонны
4. Крутильные автоколебания БК и условия их возникновения
5. Процесс вращения бурильной колонны (случай равенства нулю диссипативного члена)
6. Вращение бурильной колонны при отличном от нуля диссипативном члене
7. Различные зоны динамики бурильной колонны в области управления режимными параметрами
8. Влияние крутильных автоколебаний БК на процесс бурения
9. Математическая модель вертикального движения бурильной колонны
10. Продольные автоколебания бурильной колонны
11. Продольные автоколебания бурильной колонны (эксперимент)
12. Продольные резонансные колебания бурильной колонны
13. О предотвращения вибраций бурильной колонны с помощью амортизатора
14. Анализ математической модели бурильной колонны, состоящей из двух разнородных участков, на предмет устойчивости вращения
15. Математическая модель бурильной колонны, составленной из разнородных участков
16. Общий случай компоновки бурильной колонны (продольные колебания)
17. Общий случай компоновки бурильной колонны (крутильные колебания)
18. Проблема выбора параметров режима бурения
19. Алгоритм отработки породоразрушающего инструмента
Заключение

 Введение

Из всех существующих в настоящее время областей техники глубокое бурение выделяется тем, что между долотом, разрушающим горную породу на забое скважины, и источником энергии, находящимся на дневной поверхности, расположена бурильная колонна, представляющая собой упругое тело весьма большой протяжённости и малого поперечного размера. В процессе бурения скважины бурильная колонна (БК) контактирует со стенкою скважины и посредством породоразрушающего инструмента с забоем, причём возникающие при этом усилия носят, как правило, нелинейный характер. Короче говоря, с точки зрения механики она представляет собой механическую систему с распределёнными параметрами с наложенными на неё нелинейными связями, то есть нелинейную диссипативную систему с распределёнными параметрами. В подобных системах при определённых условиях возникают автоколебания – незатухающие колебания, поддерживаемые внешними источниками энергии, вид и свойства которых определяются самой системой.

Автоколебаниям посвящено значительное количество публикаций, однако в большинстве из них анализируются системы с сосредоточенными параметрами. Но и в этих случаях в математическом плане многие из них описываются нелинейными дифференциальными уравнениями, что зачастую приводит к значительным трудностям. Что же касается систем с распределёнными параметрами, описываемыми дифференциальными уравнениями в частных производных, а именно к подобным системам относится бурильная колонна, то в данных случаях сложность исследований резко возрастает. Эта сложность вызвана, с одной стороны, большим многообразием подобных систем, и, с другой стороны, трудностями решения уравнений в частных производных. Те же относительно немногие задачи, решенные в данной области, показывают, насколько разнообразнее характер поведения механических систем с распределенными параметрами по сравнению с аналогичными механизмами, относящимися к классу систем с сосредоточенными параметрами. Необходимо особо отметить, что подведение энергии к породоразрушающему инструменту посредством такого привода, каковым является бурильная колонна (весьма протяжённое упругое тело с малым поперечным размером), может существенно исказить картину разрушения породы, наблюдаемую в лабораторных условиях, и причина этого – именно волновые процессы, формирующиеся в колонне при углублении забоя. При этом указанное искажение во многих случаях возникает при работе БК в режиме автоколебаний.

Данная книга в первую очередь предназначена тем, кто решил посвятить себя научно-исследовательской работе: студентам и аспирантам, а также преподавателям, инженерно-техническим работникам и всем, кто интересуется задачами механики бурения глубоких скважин. Она включает ряд результатов исследований, полученных при выполнении темы «Проектирование эффективных режимов бурения нефтяных и газовых скважин в условиях неопределенности, порождаемой характером взаимодействия породоразрушающего инструмента с горной породой» (код инициативного проекта 93-05-8977), выигрывавшей гранты РФФИ в 1993-95 гг., научным руководителем которой являлся автор настоящей книги, а также материалы, которые были использованы им при подготовке и чтении в течение ряда лет курса лекций «Волновые процессы при бурении нефтяных и газовых скважин» студентам РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, а затем спецкурса «Динамика глубокого бурения» - студентам Московского физико-технического института.


 Заключение

Итак, как следует из изложенного материала на процесс разрушения горной породы при углублении забоя скважины, а также на долговечность бурильного инструмента существенное влияние оказывают интенсивные низкочастотные колебания бурильной колонны – автоколебания и продольный резонанс. При этом условия возникновения колебаний указанных видов определяются как режимными параметрами бурения, так и механическими характеристиками БК, зависящими от её компоновки. Тем не менее и в настоящее время при создании методов оптимизации режимов бурения наблюдается игнорирование, в подавляющем числе случаев, бурильной колонны, механика которой может существенно влиять на закономерности взаимодействия породоразрушающего инструмента с забоем. Обычно предлагаются рекомендации либо полуэмпирического либо чисто эмпирического характера вне какой-либо связи с фундаментальными законами механики. Это замечание относится, в первую очередь, к области, непосредственно связанной с разрушением горных пород на забое скважины. Так, например, до сих пор в большинстве публикаций можно прочитать, что низкочастотные продольные колебания большой амплитуды возникают из-за «ухабистости» забоя, колебаний давления жидкости, «разновысокости» шарошек. Возникшие продольные колебания при этом вызывают изменение осевой нагрузки на долото и связанного с ней крутящего момента, что вызывает крутильные колебания. Более того, сам термин «ухабообразный» забой подразумевает факт неоднородности различных частей поверхности забоя по механическим свойствам (напрашивается сравнение с экипажем, движущимся по просёлочной дороге). Однако, как показывают изложенные материалы, волнистый забой формируется и в однородной породе в отсутствии колебаний давлений жидкости, разновысокости шарошек (...), а так же и в отсутствие зубцов (...). Более того, именно крутильные автоколебания служат причиной продольных автоколебаний БК в результате чего и образуются волнистые забои как при разрушении неоднородной, так и однородной породы. Далее, крутильные и продольные автоколебания, как и продольный резонанс БК, существенным образом искажают математические модели углубления забоя в зависимости от режимных параметров. Короче говоря, без учёта влияния динамики БК на процесс бурения создать методы оптимизации просто нереально: об этом говорит и превеликое множество моделей углубления забоя, предложенных различными авторами. Следовательно, пренебрежение учётом воздействия бурильной колонны на закономерности разрушения горных пород способно привести вместо повышения показателей бурения к прямо противоположным результатам. Поэтому хочется ещё раз напомнить, что породоразрушающий инструмент (долото) расположен между забоем и бурильной колонной, а потому при проектировании режимов бурения учёт механических характеристик бурильной колонны не менее важен учета соответствующих характеристик горных пород и породоразрушающего инструмента.


 Об авторе

Евгений Константинович ЮНИН

Доктор технических наук. Окончил конструкторско-механический факультет МВТУ им. Н.Э.Баумана и механико-математический факультет МГУ им. М.В.Ломоносова. Работал конструктором в КБ общего машиностроения, старшим научным сотрудником отраслевой научно-исследовательской лаборатории при кафедре "Бурение нефтяных и газовых скважин" Российского государственного университета нефти и газа им. И.М.Губкина. В настоящее время -- главный научный сотрудник Института проблем нефти и газа РАН. Автор около 100 работ, в том числе 8 монографий и 4 учебных пособий; имеет 8 авторских свидетельств. Им подготовлен курс лекций "Волновые процессы при бурении нефтяных и газовых скважин", который он в течение нескольких лет читал студентам РГУ нефти и газа; в настоящее время Е.К.Юнин читает спецкурс "Динамика глубокого бурения" в Московском физико-техническом институте.

Научные интересы автора связаны с решением проблем математического моделирования процесса взаимодействия породоразрушающего инструмента с горной породой и динамики бурильной колонны. В настоящее время Е.К.Юнин занимается изучением динамических процессов в механических системах с распределенными параметрами с наложенными на них нелинейными связями.

 
© URSS 2016.

Информация о Продавце