Assessment of ground vibrations induced by gas and oil well drilling using numerical simulations

• Autorzy: Truty Andrzej , Pilecki Zenon , Stypuła Krzysztof , Wiśniowski Rafał , Kozioł Krzysztof , Stryczek Stanisław

Identyfikatory

DOI

10.24425/ams.2019.128694

Warianty tytułu

PL

Ocena drgań gruntu wywołanych wierceniem otworów poszukiwawczych gazu/ropy naftowej z wykorzystaniem symulacji numerycznej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This work presents the methodology for analyzing the impact of ground vibrations induced during the drilling of gas/oil exploration wells on the surrounding constructions, as well as on humans and the natura environment. In the primary stage, this methodology is based on measurements of ground vibrations induced by a specific type of drilling system in the so-called reference site. In the next stage, ground vibrations are estimated in similar conditions to another design site, these conditions are assumed for a given drilling system, treated as a vibration source. In both sites, special seismic and geotechnical data are collected to construct numerical models for dynamic analyses. Finally, if it is required, a protection system is proposed with respect to the drilling technology and local conditions. The methodology presented has been tested on the terrain of an active natural gas mine used as the design site, and located in the southeastern part of Poland. The reference site was placed in the terrain of a working drilling system in similar conditions in the central part of Poland. Based on the results of numerical simulations, one may verify the different locations of the drilling rig in the design site with respect to the existing industrial structure. Due to the hazard from destructive ground vibrations, a certain vibroisolation system was proposed at the design site. Based on the results of numerical simulations one could rearrange the components of the drilling system in order to provide maximum security for the surrounding structures.

PL

W pracy przedstawiono, składającą się z kilku etapów, metodykę oceny wpływu drgań podłoża indukowanych w trakcie wiercenia otworów poszukiwawczych gazu/ropy na znajdujące się w pobliżu obiekty budowlane i infrastrukturę, ludzi a także środowisko naturalne. W pierwszym etapie wykonywane są pomiary drgań podłoża generowane przez system wiercący danego typu w tzw. miejscu referencyjnym. Jest to na ogół miejsce, w którym dany system wiercący jest aktualnie używany. Następnie szacowane są drgania wywołane przez dany system wiercący w miejscu nowo projektowanego otworu poszukiwawczego. W obydwu miejscach wykonywane są specjalistyczne badania sejsmiczne i geotechniczne w celu opracowania oraz wykalibrowania modeli numerycznych dla opisu propagacji drgań wywołanych pracą systemu wiercącego. W przypadku, gdy jest to niezbędne, dla nowego otworu poszukiwawczego, projektowany jest system wibroizolacyjny, którego celem jest istotna redukcja amplitud drgań w podłożu. Przedstawiona w pracy metodyka została przetestowana na terenie czynnej kopalni gazu ziemnego zlokalizowanej w południowo-wschodniej części Polski, na terenie której planowany był nowy otwór. Miejsce referencyjne zostało wybrane w centralnej części Polski gdzie odbywały się prace wiertnicze w podobnych warunkach geologiczno-inżynierskich do tych odpowiadających lokalizacji nowo projektowanego otworu. Na podstawie wyników symulacji numerycznych MES zweryfikowano położenie platformy wiertniczej w miejscu nowo projektowanego otworu względem istniejącej infrastruktury przemysłowej. Ze względu na zagrożenie destrukcyjnym wpływem drgań zaprojektowano i zweryfikowano specjalny system wibroizolacji. Opracowana metodyka umożliwia ocenę wpływu drgań podłoża przez systemy wiercące oraz optymalizację ich położenia tak aby zapewnić maksymalne bezpieczeństwo otaczającym konstrukcjom.

Słowa kluczowe

EN

ground vibrations; gas/oil drilling rigs; FEM simulation; vibroisolations

PL

drgania gruntu; wiertnie gazu; wiertnie ropy naftowej; wibroizolacje

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 64, no. 2
• Strony: 447--461
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Truty Andrzej

• Cracow University of Technology, Warszawska 24, 31-155 Kraków, Poland

autor

Pilecki Zenon

• Mineral and Energy Economy Research Institute Polish Academy of Sciences, Wybickiego 7a, 31-261 Kraków, Poland

autor

Stypuła Krzysztof

• Cracow University of Technology, Warszawska 24, 31-155 Kraków, Poland

autor

Wiśniowski Rafał

• AGH University of Science and Technology, Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

autor

Kozioł Krzysztof

• Cracow University of Technology, Warszawska 24, 31-155 Kraków, Poland

autor

Stryczek Stanisław

• AGH University of Science and Technology, Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

Bibliografia

• [1] Angona F., 1965. Drill string vibrations attenuation and its effect on a surface oscillator drilling system. Journal of Engineering for Industry, Transaction of the ASME 87, 2, 110-114.
• [2] Bailey J.J., Finnie I., 1960. An analytical study of drillstring vibration. Journal of Engineering for Industry, Transactions of the ASME 82 (2), 122-128.
• [3] Bailey J.R., Biediger E., Gupta V., Ertas D., Elks W.C., Dupriest F.E., 2008. Drilling vibrations modeling and field validation. Proc. IADC/SPE Drilling Conference, 4-6 March, Orlando, Florida, USA, doi:10.2118/112650-MS.
• [4] Bielak J., Laukakis K., Hisada V., Youshimura C., 2003. Domain reduction method for three-dimensional earthquake modeling in localized regions. Part I: Theory. Bulletin of the seismological Society of America 93 (2), 817-824.
• [5] Cunningham R., 1968. Analyzis of downhole measurements of drill string forces and motions. Journal of Engineering for Industry, Transactions of the ASME 90, 2, 208-216.
• [6] Hilber H.M., Hughes T.J.R., Taylor R.L., 1977. Improved numerical dissipation for time integration algorithms in structural dynamics. Earthquake Eng. And Struc. Dyn. 5, 283- 292.
• [7] Finnie I., Bailey J.J. 1960. An experimental study of drill-string vibration. Journal of Engineering for Industry, Transactions of the ASME 82 (2), 129-135.
• [8] Jardine S., Malone D., Sheppard M., 1994. Putting a damper on drilling,s bad vibrations. Oilfield Review 1, 15-20.
• [9] Miller L.E., Rollins H.M., 1968. Evaluation of vibration damping tool and of drill stem torque requirements from data recorded by an instrumented drill stem member. ASME J. of Eng. for Ind., 226-230.
• [10] Nicholls K., 2009. Estimating the potential impact of cable percussion piling – Technical note. Ground Engineering, October 2009, 44-45.
• [11] Saldivar B., Boussaada I., Mounier H., Mondi´e S., Niculescu S.I., 2014. An Overview on the Modeling of Oilwell Drilling Vibrations. Preprints of the 19th World Congress The International Federation of Automatic Control Cape Town, South Africa. August 24-29, 2014.
• [12] Saldivar Marquez M.B., Boussaada I., Mounier H., Niculescu S.I., 2015. Analysis and Control of Oilwell Dribling Vibrations – A Time-Delay Systems Approach. Series: Advances in Industrial Control 2015, XXIII, 282 p. 86 illus. Springer.
• [13] Spanos D., Chevallier A.M., Politis N.P., Payne M.L., 2003. Oil and Gas Well Drilling: A Vibrations Perspective. The Shock and Vibration Digest 03/2003; 35(2):85-103. DOI: 10.1177/0583102403035002564.
• [14] Stypula K., 1981. The study of propagation vibrations in the ground generated by driving of foundation piles. PhD thesis. Cracow University of Technology, Kraków (in Polish).
• [15] Truty A., Zimmermann Th., 2013. Domain reduction method for single and two-phase dynamic soil-structure interaction problems. Proceedings of the 3rd I International Symposium on Computational Geomechanics (COMGEO III), Krakow, Poland, 21-23 August, 2013, 273-283.
• [16] Youshimura C., Bielak J., Hisada Y., Fernandez A., 2003. Domain reduction method for three-dimensional earthquake modeling in localized regions Part II: Verification and applications. Bulletin of the Seismological Society of America 93 (2), 825-840.
• [17] http://www.calenberg-ingenieure.com.
• [18] Truty A., Zimmermann T., 2013. Dynamics in ZSoil. PC. Report 130101. Zace Services Limited. (web page: www.zsoil.com).