ДИНАМІЧНА ВЗАЄМОДІЯ КОЛОНИ БУРИЛЬНИХ ТРУБ З ПОТОКОМ ПРОМИВАЛЬНОЇ РІДИНИ
Євген Валентинович Харченко
Остання редакція: 2023-05-24
Анотація
Розглядається математична модель динамічних явищ взаємодії колони бурильних труб з потоком промивальної рідини (бурового розчину). Бурильна колона моделюється прямим стрижнем, рух якого описується хвильовим рівнянням, пульсуючий потік бурового розчину описується рівнянням руху неньютонівської рідини. Внутрішньою поверхнею колона взаємодіє з рідиною силами тертя. Систему нелінійних диференціальних рівнянь з частинними похідними розв’язуємо методом скінченних різниць.
Для цього виконуємо дискретизацією диференціальних рівнянь і граничних умов за часом та за просторовою координатою із застосуванням явного методу другого порядку.
На розрахункових прикладах ілюструється вплив пульсацій потоку промивальної рідини на поздовжні коливання бурильної колони та даються практичні рекомендації щодо уникнення резонансних явищ в колоні під час поглиблення свердловини.
Ключові слова
бурильна колона, пружний стрижень, потік промивальної рідини, взаємодія потоку рідини з пружним тілом, метод скінченних різниць
Посилання
1. Tucker R. W., Wang C. An integrated model for drill-string dynamics. Journal of Sound and Vibration, 224 (1), (1999), pp. 123–165. 2. Моделирование нештатных ситуаций при бурении глубоких скважин: монография / [В. И. Гуляев, С. Н. Глазу- нов, О. В. Глушакова и др.]–Киев: Издательство «Юстон». – 2017. – 544 с. 3. Харченко Е.В. Динамические процессы буровых установок. Львів, Світ, - 1991. – 175 с. 4. Kharchenko Ye., Hutyi A., Haiduk V.The influence of friction forces on longitudinal waves propagation in a drill string under release of a stuck borehole, Tribologia, 2018, Volume 282, Nr 6, pp. 79-87. 5. Bingham E.C. Fluidity and plasticity. McGraw-Hill,NY, 1922, 440p. 6. Огибалов П. М., Мирзаджанзаде А. Х. Нестационарные движения вязкопластичных сред - М., МГУ, 1977. – 372c. 7. Чарний И.А. Неустановившееся движение реальной жидкости в трубах.- Недра, - 1975. – 296 с. 8. MacCormack R. W. Numerical Computation of Compressible and Viscous Flow. AIAA, 2014, 521 p. 9. Fluent 12.0. Theory Guide, Vol. 5, Ansys Inc., USA, 2009 10. Ferras D., Manso P.A., Anton J., Schleiss A.J., Covas D.I. One-Dimensional Fluid–Structure Interaction Models in Pressurized Fluid-Filled Pipes: A Review. MDPI, Applied Sciences, Acoustics and Vibrations 8(10):1844, 2018 11. Hou G., Wang J., Layton A. Numerical methods for fluid structure interaction: a review. Communications in Computational Physics, vol. 12, no. 2, pp. 337–377, 2012. 12. MacCormack R. W. The Effect of Viscosity in Hypervelocity Impact Cratering. Frontiers of Computational Fluid Dynamics, 2002, pp.27-43.