The Influence of Friction Forces on Longitudinal Wave Propagation in a Stuck Drill String in a Borehole

• Autorzy: Kharchenko Y. , Hutyi A. , Haiduk V.

Warianty tytułu

PL

Wpływ sił tarcia na propagacje fal wzdłużnych w zablokowanej w odwiercie kolumnie rur wiertniczych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A mathematical model and the computer software for the analysis of dynamic processes occurring in the drilling pipes in the borehole under stuck drill string release by means of an impact mechanism (a jerking device) or a pulse-wave installation, equipped with electric linear pulse motor are presented. The drill string with an impact mechanism, which is inserted over the stuck section after failure, is detected and is activated by lowering and taking the non-stuck upper part of the string by means of the drilling rig drive and is considered as a discrete-continuous mechanical system. As a result of the impact of the hammer on the body of the impact mechanism, wave processes are formed in the drill string, which helps to release the stuck drill string. The influence of friction forces on propagation of longitudinal waves in the drill pipe string is investigated. Practical recommendations are developed regarding the above-mentioned efficiency of drilling for oil and gas.

PL

W artykule przedstawiono model matematyczny i opracowano program komputerowy do analizy procesów dynamicznych, zachodzących w zablokowanej w odwiercie kolumnie rur wiertniczych podczas oswabadzania kolumny za pomocą mechanizmu udarowego (szarpaka) lub urządzenia impulsowo-falowego, wyposażonego w elektryczny liniowy silnik impulsowy. Kolumna rur wiertniczych z mechanizmem udarowym, który wstawia się nad zablokowanym odcinkiem po ujawnieniu awarii i uruchamia się poprzez opuszczanie i podejmowanie górnej części kolumny za pomocą układu napędowego wiertnicy, rozpatruje się jako układ mechaniczny dyskretno-ciągły. Wskutek uderzenia bijaka w korpus mechanizmu udarowego w kolumnie wiertniczej powstają procesy falowe, sprzyjające oswobodzeniu zablokowanej kolumny. Zbadano wpływ sił tarcia na propagacje fal wzdłużnych w kolumnie rur wiertniczych. Opracowano rekomendacje praktyczne, dotyczące podwyższenia efektywności wiercenia otworów na ropę i gaz.

Słowa kluczowe

EN

drill string; release of a stuck drill string; propagation of longitudinal waves; dry friction

PL

kolumna rur wiertniczych; oswabadzanie od zablokowania w odwiercie; propagacja fal wzdłużnych; tarcie suche

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2018
• Tom: nr 6
• Strony: 79--87
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., tab., wykr., wz.

Twórcy

autor

Kharchenko Y.

• University of Warmia and Mazury in Olsztyn, Faculty of Technical Sciences, Oczapowskiego Str. 11E, 10-736 Olsztyn, Poland

autor

Hutyi A.

• Lviv Polytechnic National University, Institute of Engineering Mechanics and Transport, S. Bandery Str. 12, 79013 Lviv, Ukraine

autor

Haiduk V.

• Lviv Polytechnic National University, Institute of Power Engineering and Control Systems, S. Bandery Str. 12, 79013 Lviv, Ukraine

Bibliografia

• 1. Khulief Y. A., Al-Naserb H.: Finite element dynamic analysis of drillstrings. Finite Elements in Analysis and Design, 41, (2005), pp. 1270–1288.
• 2. Khulief Y. A., Al-Sulaiman F. A., Bashmal S.: Vibration analysis of drillstrings with self-excited stick-slip oscillations. Journal of Sound and Vibration, 299, (2007), pp. 540–558.
• 3. Tucker R. W., Wang C.: An integrated model for drill-string dynamics. Journal of Sound and Vibration, 224 (1), (1999), pp. 123–165.
• 4. Savula S., Kharchenko Y.: Tłumienie drgań kolumny rur pompowo-sprężarkowych w odwiercie podziemnego zbiornika gazu. Wiertnictwo Nafta Gaz, 23(1), Kraków: AGH, Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, 2006, s. 377–384.
• 5. Zamanian M., Khadem S. E., Ghazavi M. R.: Stick-slip oscillations of drag bits by considering damping of drilling mud and active damping system. Journal of Petroleum Science and Engineering, 59 (3–4), (2007), pp. 289–299.
• 6. Germay C., Denoël V., Detournay E.: Multiple mode analysis of the self-excited vibrations of rotary drilling systems. Journal of Sound and Vibration, 325 (1–2), (2009), pp. 362–381.
• 7. Santus C., Bertini L., Beghini M., Merlo A., Baryshnikov A.: Torsional strength comparison between two assembling techniques for aluminium drill pipe to steel tool joint connection. International Journal of Pressure Vessels and Piping, 86 (2–3), (2009), pp. 177–186.
• 8. Macdonald K. A., Bjune J. V.: Failure analysis of drillstrings. Engineering Failure Analysis, 14 (8), (2007), pp. 1641–1666.
• 9. Saldivar B., Boussaada I., Mounier H., Mondi´e S., Niculescu S. I.: An Overview on the Modeling of Oilwell Drilling Vibrations. Proceedings of the 19th World Congress The International Federation of Automatic Control Cape Town, South Africa, August 24–29, (2014), pp. 5169–5174.
• 10. Čanić S., Monache M. L. Delle, Piccoli B., Qiu J.-M., Tambača J.: Handbook of Numerical Analysis. Volume 18, Chapter 16 – Numerical Methods for Hyperbolic Nets and Networks. Elsevier, (2017), pp. 435–463.
• 11. Kudinova V. A., Eremina A. V., Kudinova I. V., Dovgallob A. I.: Rod resonant oscillations considering material relaxation properties. Procedia Engineering, 176, (2017), pp. 226–236.
• 12. Awrejcewicz J., Krysko W. A.: Drgania układów ciągłych. Warszawa, WNT, (2000), 410 p.
• 13. Lowe Robert L., Lin Po-Hsien, Yu Sheng-Tao John, Bechtel Stephen E.: An Eulerian model for nonlinear waves in elastic rods, solved numerically by the CESE method. International Journal of Solids and Structures, 94–95, (2016), pp. 179–195.
• 14. Ulitin G. M.: The longitudinal vibrations of an elastic rod simulating a drilling rig. International Applied Mechanics, 36 (10), (2000), pp. 1380–1384.
• 15. Wada Ryota, Kaneko Tatsuya, Ozaki Masahiko, Inoue Tomoya, Senga Hidetaka: Longitudinal natural vibration of ultra-long drill string during offshore drilling. Ocean Engineering, 156, (2018), pp 1–13.
• 16. Wang Peng, Ni Hongjian, Wang Xueying, Wang Ruihe: Modelling the load transfer and tool surface for friction reduction drilling by vibrating drill-string. Journal of Petroleum Science and Engineering, 164, (2018), pp. 333–343.
• 17. Aarsnes Ulf Jakob F., De Wouw Nathanvan: Dynamics of a distributed drill string system: Characteristic parameters and stability maps. Journal of Sound and Vibration, 417, (2018), pp. 376–412.
• 18. Kharchenko Y.: Finite element of a rod in an immovable coordinate system. Proc. SPIE 6597: Nanodesign, Technology, and Computer Simulations, 659711 (10 April 2007); doi: 10.1117/12.726765.
• 19. Kharchenko Y., Kunta O., Kharchenko L.: Determination of twisting moments in shafting’s with taking into account kinematic excitement of vibrations. 19th International Congress on Sound and Vibration 2012 (ICSV 19), Volume 1 of 4, Vilnius, Lithuania, (8–12 July, 2012), pp. 3303–3309.
• 20. Kharchenko L., Kharchenko Y.: Fluktuations of Multi-section Aboveground Pipeline Region Under the Influence of Moving Diagnostic Piston. Vibrations in Phisical Systems, Poznan, Poland, Poznan University of Technology, Volume XXVI, (2014), pp. 105–112.
• 21. Stephanouab P. S.: The rheology of drilling fluids from a non-equilibrium thermodynamics perspective. Journal of Petroleum Science and Engineering, 165, (2018), pp. 1010–1020.
• 22. Yan Xiaopeng, You Lijun, Kang Yili, Li Xiangchen, Xu Chengyuan, She Jiping: Impact of drilling fluids on friction coefficient of brittle gas shale. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 106, (2018), pp. 144–152.
• 23. Wang Xiaojun, Yu Jing, Sun Yunchao, Yang Chao, Jiang Lizhou, Liu Chang: A solids-free brine drilling fluid system for coiled tubing drilling. Petroleum Exploration and Development, 45 (3), 2018, pp. 529–535.
• 24. Steffe J. F.: Rheological Methods in Food Process Engineering (2nd ed.). Freeman Press, (1996), 418 pp. ISBN 0-9632036-1-4.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).