Моделирование вынужденных поперечных колебаний колонны бурильных труб при глубоководном бурении с помощью Python
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы.
С ростом потребления продуктов переработки нефти и газа одним из наиболее актуальных направлений в нефтегазодобыче является освоение морских месторождений. На сегодняшний день бурение скважин на морских шельфах осуществляется на глубинах до 500 м.
Бурение скважин в море при больших глубинах целесообразно производить с плавучих платформ. При этом часть колонны бурильных труб, расположенная между судном и подводным устьем скважины, подвергается поперечным колебаниям, вызванным вращением буровой колонны, бортовой или килевой качкой, дрейфом судна, и пр.
Численное моделирование поперечных колебаний, возникающий в скважине, а также выявление ключевых факторов, влияющих на их амплитуду, поможет предотвратить разрыв стенки скважины.
Разработанность и изученность темы.
Математическое моделирование вынужденных поперечных колебаний колонны бурильных труб при глубоководном бурении взято из учебного пособия «Теория колебаний в нефтепромысловом деле» А. Х.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение 5
1 Литературный обзор 7
2. Теоретическая часть 8
2.1 Виды, определяющие условия и способы глубоководного бурения 8
2.1.1 Виды глубоководного бурения. 8
2.1.2 Условия глубоководного бурения. 9
2.1.3 Технические и технологические факторы глубоководного бурения 9
2.1.4 Способы глубоководного бурения. 10
2.2 Характеристика проблем глубоководного бурения 11
2.3 Оборудование для глубоководного бурения 11
2.3.1. Общие сведения. 11
2.3.2. Обслуживающее оборудование. 12
2.4 Требования к глубоководному бурению 13
2.5 Техника глубоководного бурения 14
2.6 Современные представления о глубоководном бурении 14
3. Аналитическая часть 17
3.1 Поперечные колебания в стержне 17
3.2 Поперечные колебания в струне 20
3.3 Методы борьбы с вынужденными поперечными колебаниями 24
3.4 Выбор алгоритма оптимизации 35
3.4.1 Метод роя частиц. 35
3.4.2 Гравитационный поиск. 36
3.4.3 Harmony Search. 37
4 Постановка задачи 39
4.1 Математическая модель 39
4.2 Решение математической модели 43
4.3 Схема работы программы и исходные данные 45
4.4 Упрощение уравнения для части II колонны и численная реализация 45
4.5 Численная реализация решения полного уравнения для II части колонны 47
4.6 Численная реализация решения уравнений для I и III частей колонны 47
Заключение 49
Список использованных источников 50
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Мирзаджанзаде, А.Х Теория колебаний в нефтепромысловом деле / А.Х Мирзаджанзаде, З.Г. Керимов, М.Г. Копейкис. – Москва : ИКИ, 2005. – 364 с. – ISBN 5-93972-439-6.
2. Мирзаджанзаде, А.Х. Этюды о моделировании сложных систем нефтедобычи. Нелинейность, неравновесность, неоднородность / А.Х. Мирзаджанзаде, М.М. Хасанов, Р.Н. Бахтизин. – Уфа : Гилем, 1999. – 464 с.
3. Библифонд : сайт. – URL: https://www.bibliofond.ru/view.aspx?id=556128 (дата обращения: 26.022022)
4. PROMZN. Промышленныйпортал: сайт. – URL: https://promzn.ru/burenie-skvazhin/morskih.html (дата обращения: 16.10.2021)
5. Габдрахимов М.С. Динамические цасители колебаний бурильного инструмента./Габдрахимов М.С., Султанов Б.З – Москва//ВНИИОЭНГ, 1991. 60 с.
6. Габдрахимов, М.С. Бурение скважин с использованием наддолотных многоступенчатых виброгасителей / М.С. Габдрахимов, А.С. Галеев, Б.З. Султанов и др. //Нефтяное хозяйство.1990. №4. С.24-25
7. Заляев М.Ф. О необходимости учета вибрации при конструировании элементов бурильной колонны/Заляев М.Ф., Ямалиев В.У., Абуталипова Е.М., Авренюк А.Н. // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2016. №9. С.45-48
8. Фарукшин А.Н./Некоторые проблемы бурения горизонтальных скважин в условиях Западной Сибири. Материалы 48-ой научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых//Фарукшин А.Н.Ганиев Р.Г. 1997. С.18-19.
9. Имаева, Э.Ш. Определение параметров амортизатора для бурильной колонны при воздействии случайных колебаний: учеб. Пособие. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2002. 82 с.
10. Вадецкий, Ю.В. Бурение нефтяных и газовых скважин: Учебник для начального профессионального образования. - М.: Изд. центр « Академия», 2003. - 352 с.
11. Калинин, А.Г. Технология бурения разведочных скважин на нефть и газ: Учеб. для вузов/Калинин А.Г., Левицкий А.З., Никитин Б.А. Москва: Недра, 1998. - 438 с.: ил.
12. Середа, Н.Г. Бурение нефтяных и газовых скважин/Середа Н.Г., Соловьев Е.М. - Москва, «Недра», 1974. - 456 с.
13. Туманов, В.Ф. Использование методов математической статистики для решения некорректных задач//Туманов В.Ф., Козлов В.П., Малкевич М.С., УФН. -1970.-.102, №3
14. Колмогоров, А.Н. Элементы т
Подводный комплекс включает в себя блок дивертора, систему управления, блок превенторов, аварийную акустическую систему.
Стоимость одной морской скважины в обычных условиях может доходить до 6 млн. долларов, в арктических условиях — до 50 млн. долларов.
2.6 Современные представления о глубоководном буренииКак правило, на сегодняшний день для определения местоположения бурильной установки руководствуются сосредоточением полезных ископаемых в данной точке [5-6]. Однако стоит иметь в виде высокую стоимость глубоководного бурения. Из этого следует потребность в окупаемости процесса бурения. Поэтому не подлежат разработке предположительные залежи в сейсмоактивных зонах – риск потерять дорогостоящее оборудование и специалистов выше предполагаемого заработка. Кроме того, в отличие от залежи руды, нефтяные и газовые недра не облада