tumnigИзвестия высших учебных заведений. Нефть и газOil and Gas Studies0445-01083033-8174Industrial University of Tyumen10.31660/0445-0108-2021-3-37-51tumnig-939Research ArticleБУРЕНИЕ СКВАЖИН И РАЗРАБОТКА МЕСТОРОЖДЕНИЙDRILLING OF WELLS AND FIELDS DEVELOPMENTВлияние типоразмера долота на устойчивость равновесия нижней части бурильной колонны при бурении горизонтального ствола скважиныInfluence of bit size on stability bottom drill column balance when drilling a horizontal wellГригулецкийВ. Г.GriguletskyV. G.

Григулецкий Владимир Георгиевич, доктор технических наук, профессор

Москва

Vladimir G. Griguletsky, Doctor of Engineering, Professor

Moscow

gvg-tnc@mail.ruКузнецовА. Б.KuznetsovA. B.

Кузнецов Александр Борисович, генеральный директор

Симферополь

Alexander B. Kuznetsov, General Director

Simferopol

Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) им. И. М. ГубкинаРоссияNational University of Oil and Gas "Gubkin University"Russian FederationГУП Республика Крым «Черноморнефтегаз»РоссияState Unitary Enterprise of the Republic of Crimea "Chernomorneftegaz"Russian Federation202115072021033751Copyright © Григулецкий В.Г., Кузнецов А.Б., 20212021Григулецкий В.Г., Кузнецов А.Б.Griguletsky V.G., Kuznetsov A.B.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://tumnig.tyuiu.ru/jour/article/view/939

В работе показано, что изменение типа долота оказывает большое влияние на значение «критической длины» нижней части бурильной колонны при бурении горизонтальной части ствола скважины. Впервые сформулирована и решена задача об упругой устойчивости равновесия компоновки нижней части бурильной колонны при бурении горизонтального ствола скважины, с учетом особенностей конструкций долот (шарошечное, лопастное, долото PDC) и механизма разрушения горных пород в процессе бурения скважин. При исследовании используются общепринятые положения линейной теории упругости материалов, теории устойчивости стержней и оболочек. Принято, что нижняя часть бурильной колонны представляет собой тяжелый упругий стержень, испытывающий совместное действие сил собственного веса труб и осевой нагрузки на долото, а скручивающий момент от стола ротора, действующий на колонну труб, не учитывается. Для нахождения «критической длины» получены простые приближенные формулы, учитывающие типоразмер долота, утяжеленных бурильных труб и осевую нагрузку.

The article raises the question that if you change the bit type, the "critical length" of the lower part of the drill string change too. For the first time, the issue of the stability of the lower part of the drill string when drilling a horizontal section of the wellbore was formulated and solved, taking into account the features of the bit designs (roller bit, wing bit, PDC bit) and the mechanism of rock destruction in well drilling. The research uses the generally accepted provisions of the linear theory of elasticity of materials, the theory of stability of rods and shells. It is assumed that the lower part of the drill string is a heavy elastic rod, experiencing the combined action of the forces of the pipe's own weight and the axial load on the bit, and the twisting moment from the rotor table acting on the pipe string is not taken into account. To find the "critical length" of the lower part of the drill string, simple approximate formulas are obtained that take into account the bit size, drill collar and axial load.

бурильная колоннаупругая устойчивость низашарошечное долотолопастное долотоизгиб оси нижней части бурильной колонныгоризонтальный участок ствола скважиныdrill stringelastic stability of the bottomroller bitwing bitbending the axis of the lower part of the drill stringhorizontal section of the wellboreReferencesБурение нефтяных и газовых скважин : [учебник] / Н. И. Шацов, В. С. Федоров, С. М. Кулиев [и др.] ; под общей редакцией Н. И. Шацова. – Москва : Гостоптехиздат, 1961. – 666 с. – Текст : непосредственный.Shatsov, N. I., Fedorov, V. S., Kuliev, S. M., Ioannesyan, R. A., Shishchenko, R. I., Glikman, L. S., & Balitskiy, P. V. (1961). Burenie neftyanykh i gazovykh skvazhin. Moscow, Gostoptekhizdat Publ., 666 p. (In Russian).Федоров, В. С. Изучение природы искривления скважин / В. С. Федоров. – Текст : непосредственный // Труды Грозненского нефтяного института. – 1948. – Вып. 5. – С. 37–41.Fedorov, V. S. (1948). Izuchenie prirody iskrivleniya skvazhin. Trudy Groznenskogo neftyanogo instituta, (5), pp. 37-41. (In Russian).Сулакшин, С. С. Искривление скважин и способы его измерения / С. С. Сулакшин. – 2-е изд., доп. и перераб. – Москва : Госгеолтехиздат, 1960. – 187 с. – Текст : непосредственный.Sulakshin, S. S. (1960). Iskrivlenie skvazhin i sposoby ego izmereniya. 2nd edition, revised and expanded. Moscow, Gosgeoltekhizdat Publ., 187 p. (In Russian).Мидхейм, К. К. Влияние компоновок низа бурильной колонны на отклонение долота / К. К. Михдейм. – Текст : непосредственный // Нефть, газ и нефтехимия за рубежом. – 1982. – № 4. – С. 52–59.Milheim, K. K. (1982). Vliyanie komponovok niza buril'noy kolonny na otklonenie dolota. Neft', gaz i neftekhimiya za rubezhom, (4), pp. 52-59. (In Russian).Лейбензон, Л. С. Неустойчивость направления вращательного бурения / Л. С. Лейбензон. – Текст : непосредственный // Азербайджанское нефтяное хозяйство. – 1922. – № 8. – С. 67–72.Leybenzon, L. S. (1922). Neustoychivost' napravleniya vrashchatel'nogo bureniya. Azerbaydzhanskoe neftyanoe khozyaystvo, (8), pp. 67-72. (In Russian).Лейбензон, Л. С. Неустойчивость направления вращательного бурения / Л. С. Лейбензон. – Текст : непосредственный // Азербайджанское нефтяное хозяйство. – 1923. – № 1. – С. 124–126.Leybenzon, L. S. (1923). Neustoychivost' napravleniya vrashchatel'nogo bureniya. Azerbaydzhanskoe neftyanoe khozyaystvo, (1), pp. 124-126. (In Russian).Динник, А. Н. К вопросу об отклонении буровых скважин при алмазном бурении / А. Н. Динник. – Текст : непосредственный // Нефтяное и сланцевое хозяйство. – 1925. – № 1. – С. 33–35.Dinnik, A. N. (1925). K voprosu ob otklonenii burovykh skvazhin pri almaznom burenii. Neftyanoe i slantsevoe khozyaystvo, (1), pp. 33-35. (In Russian).Динник, А. Н. Причины искривления буровых скважин при вращательном бурении / А. Н. Динник. – Текст : непосредственный // Горный журнал. – 1925. – № 10. – С. 823–830.Dinnik, A. N. (1925). Prichiny iskrivleniya burovykh skvazhin pri vrashchatel'nom burenii. Gornyi Zhurnal, (10), pp. 823-830. (In Russian).Вудс, Г. Искривление скважин при бурении : [cборник статей] / Г. Вудс, А. Лубинский ; перевод с английского. – Москва : Гостоптехиздат, 1960. – 161 с. – Текст : непосредственный.Vuds, G., & Lubinskiy, A. (1960). Iskrivlenie skvazhin pri burenii. Moscow, Gostoptekhizdat Publ., 161 p. (In Russian).Григулецкий, В. Г. Расчет компоновок бурильной колонны для борьбы с искривлением скважины при роторном и турбинном бурении / В. Г. Григулецкий. – Москва : ВНИИОЭНГ, 1982. – 57 с. – Текст : непосредственный.Griguletsky, V. G. (1982). Raschet komponovok buril'noy kolonny dlya bor'by s iskrivleniem skvazhiny pri rotornom i turbinnom burenii. Moscow, VNIIOENG Publ., 57 p. (In Russian).Григулецкий, В. Г. Проектирование компоновок нижней части бурильной колонны / В. Г. Григулецкий, В. Т. Лукьянов. – Москва : Недра, 1990. – 302 с. – Текст : непосредственный.Griguletsky, V. G., & Luk'yanov, V. T. (1990). Proektirovanie komponovok nizhney chasti buril'noy kolonny. Moscow, Nedra Publ., 302 p. (In Russian).Григулецкий, В. Г. Об упругой устойчивости колонны бурильных труб / В. Г. Григулецкий. – Текст : непосредственный // Межвузовский тематический сборник «Технология бурения нефтяных и газовых скважин». – Уфа, 1978. – Вып. 5. – С. 45–50.Griguletsky, V. G. (1978). Ob uprugoy ustoychivosti kolonny buril'nykh trub. Mezhvuzovskiy tematicheskiy sbornik "Tekhnologiya bureniya neftyanykh i gazovykh skvazhin". Vypusk. 5. Ufa, pp. 45-50. (In Russian).Григулецкий, В. Г. Упругая устойчивость колонны бурильных труб в скважине. Статические задачи / В. Г. Григулецкий. – Текст : непосредственный // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. – 1979. – № 3. – С. 19–23.Griguletsky, V. G. (1979). Uprugaya ustoychivost' kolonny buril'nykh trub v skvazhine. Staticheskie zadachi. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Neft' i gaz, (3), pp. 19-23. (In Russian).Инструкция по бурению направленных и горизонтальных скважин на севере Тюменской области / В. А. Сехниашвили, А. М. Кириенко, А. П. Туршиев [и др.]. – Тюмень : ТюменьНИИгипрогаз, 2001. – 126 с. – Текст : непосредственный.Sekhniashvili, V. A., Kirienko, A. M., Turshiev, A. P., Shesteryakov, M. N., Grachev, S. I., & Mnatsakanov, V. A. (2001). Instruktsiya po bureniyu napravlennykh i gorizontal'nykh skvazhin na Severe Tyumenskoy oblasti. Tyumen, Tyumen'NIIgiprogaz Publ., 126 p. (In Russian).Проектирование компоновок низа бурильной колонны : монография / Е. Г. Гречин, В. П. Овчинников, А. В. Будько [и др.] ; OАО «Газпром», ООО «Газпром экспо». – Москва : ООО «Газпром экспо», 2012. – 222 с. – Текст : непосредственный.Grechin, E. G., Ovchinnikov, V. P., Bud'ko, A. V., Ovchinnikov, P. V., & Bud'ko, D. G. (2012). Proektirovanie komponovok niza buril'noy kolonny. Mosсow, Gazprom ekspo LLC Publ., 222 p. (In Russian).Гречин, Е. Г. Неориентируемые компоновки для бурения горизонтального участка скважин / Е. Г. Гречин, С. Н. Бастриков, В. Г. Кузнецов. – DOI 10.33285/0130-3872-2020-12(336)-5-9. – Текст : непосредственный // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2020. – № 12 (336). – С. 5–9.Grechin, E. G., Bastrikov, S. N., & Kuznetsov, V. G. (2020). Non-orientated assemblies for horizontal well sections drilling. Construction of Oil and Gas Wells on Land and Sea, (12(336)), pр. 5-9. (In Russian). DOI: 10.33285/0130-3872-2020-12(336)-5-9Гречин, Е. Г. Теория и практика бурения горизонтальных стволов в продуктивных пластах месторождений Западной Сибири : монография / Е. Г. Гречин, С. Н. Бастриков ; Министерство науки и высшего образования Российской Федерации, Тюменский индустриальный университет. – Тюмень : ТИУ, 2020. – 163 с. – (University). – Текст : непосредственный.Grechin, E. G., & Bastrikov, S. N. (2020). Teoriya i praktika bureniya gorizontal'nykh stvolov v produktivnykh plastakh mestorozhdeniy Zapadnoy Sibiri. Tyumen, Industrial University of Tyumen Publ., 163 p. (In Russian).Хузина, Л. Б. Технологическое решение для повышения эффективности работы долот PDC / Л. Б. Хузина, А. Ф. Шайхутдинова. – DOI 10.31660/0445-0108-2016-4-84-87. – Текст : непосредственный // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. – 2016. – № 4. – С. 84–87.Khuzina, L. B., & Shaikhutdinova, A. F. (2016). Echnology solution for improvement of the PDC drill bits performance. Oil and Gas Studies, (4), pp. 84-87. (In Russian). DOI: 10.31660/0445-0108-2016-4-84-87Юзбашев, Г. С. Искривление скважин и меры борьбы с кривизной / Г. С. Юзбашев, В. С. Федоров. – Ленинград – Москва – Новосибирск, 1933. – 67 с. – Текст : непосредственный.Yuzbashev, G. S., & Fedorov, V. S. (1933). Iskrivlenie skvazhin i mery bor'by s kriviznoy. Leningrad - Moskva - Novosibirsk, 67 p. (In Russian).Балицкий, П. В. Взаимодействие бурильной колонны с забоем скважины / П. В. Балицкий. – Москва : Недра, 1975. – 294 с. – Текст : непосредственный.Balitskiy, P. V. (1975). Vzaimodeystvie buril'noy kolonny s zaboem skvazhiny. Moscow, Nedra Publ., 294 p. (In Russian).Погарский, А. А. Оптимизация процессов глубокого бурения / А. А. Погарский, К. А. Чефранов, О. П. Шишкин. – Москва : Недра, 1981. – 296 с. – Текст : непосредственный.Pogarskiy, A. A., Chefranov, K. A., & Shishkin, O. P. (1981). Optimizatsiya protsessov glubokogo bureniya. Moscow, Nedra Publ., 296 p. (In Russian).Спивак, А. И. Разрушение горных пород при бурении скважин : учебник / А. И. Спивак, А. Н. Попов. – Москва : Недра, 1994. – 260 с. – Текст : непосредственный.Spivak, A. I. & Popov, A. N. (1994). Razrushenie gornykh porod pri burenii skvazhin. Moscow, Nedra Publ., 260 p. (In Russian).Кулябин, Г. А. Измерения в скважине крутильных колебаний бурильного инструмента / Г. А. Кулябин, В. Е. Копылов. – Текст : непосредственный // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. – 1970. – № 6. – С. 33–36.Kulyabin, G. A. & Kopylov, V. E. (1970). Izmereniya v skvazhine krutil'nykh kolebaniy buril'nogo instrumenta. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Neft' i gaz, (6), pp. 33-36. (In Russian).Симонов, В. В. Влияние колебательных процессов на работу бурильного инструмента / В. В. Симонов, Е. К. Юнин. – Москва : Недра, 1977. – 217 с. – Текст : непосредственный.Simonov, V. V. & Yunin, E. K. (1977). Vliyanie kolebatel'nykh protsessov na rabotu buril'nogo instrumenta. Moscow, Nedra Publ., 217 p. (In Russian).Султанов, Б. З. Управление устойчивостью и динамикой бурильной колонны / Б. З. Султанов. – Москва : Недра, 1991. – 208 с. – Текст : непосредственный.Sultanov, B. Z. (1991). Upravlenie ustoychivost'yu i dinamikoy buril'noy kolonny. Moscow, Nedra Publ., 208 p. (In Russian).Филимонов, Н. М. Колебания нижней части бурильного инструмента при работе долота / Н. М. Филимонов, М. Р. Мавлютов. – Текст : непосредственный // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. – 1964. – № 10. – С. 19–23.Filimonov, N. M., & Mavlyutov, M. R. (1964). Kolebaniya nizhney chasti buril'nogo instrumenta pri rabote dolota. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Neft' i gaz, (10), pp. 19-23. (In Russian).Вибрации при алмазном бурении / В. Е. Копылов, Ю. А. Чистяков, Э. М. Мухин. – Москва : Недра, 1967. – 128 с. – Текст : непосредственный.Kopylov, V. E., Chistyakov, Yu. A., & Mukhin, E. M. (1967). Vibratsii pri almaznom burenii. Moscow, Nedra Publ., 128 p. (In Russian).Санников, Р. Х. Вынужденные продольные колебания бурильного инструмента при работе долота / Р. Х. Санников, М. Р. Мавлютов. – Текст : непосредственный // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. – 1971. – № 10. – С. 29–34.Sannikov, R. Kh., & Mavlyutov, M. R. (1971). Vynuzhdennye prodol'nye kolebaniya buril'nogo instrumenta pri rabote dolota. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Neft' i gaz, (10), pp. 29-34. (In Russian).Сароян, А. Е. Проектирование бурильных колонн / А. Е. Сароян. – Москва : Недра, 1971. – 182 с. – Текст : непосредственный.Saroyan, A. E. (1971). Proektirovanie buril'nykh kolonn. Moscow, Nedra Publ., 182 p. (In Russian).Сароян, А. Е. Бурильные колонны в глубоком бурении / А. Е. Сароян. – Москва : Недра, 1979. – 230 с. – Текст : непосредственный.Saroyan, A. E. (1979). Buril'nye kolonny v glubokom burenii. Moscow, Nedra Publ., 230 p. (In Russian).Григулецкий, В. Г. Оптимальное управление при бурении скважин / В. Г. Григулецкий. – Москва : Недра, 1988. – 229 с. – Текст : непосредственный.Griguletsky, V. G. (1988). Optimal'noe upravlenie pri burenii skvazhin. Moscow, Nedra Publ., 229 p. (In Russian).Методика определения размеров центратора с учетом требований искривления ствола скважины и предотвращения желобообразования / М. П. Гулизаде, С. А. Оганов, И. З. Гасанов, С. М. Джалалов. – Текст : непосредственный // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. – 1978. – № 4. – С. 21–24.Gulizade, M. P., Oganov, S. A., Gasanov, I. Z., & Dzhalalov, S. M. (1978). Metodika opredeleniya razmerov tsentratora s uchetom trebovaniy iskrivleniya stvola skvazhiny i predotvrashcheniya zheloboobrazovaniya. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Neft' i gaz, (4), pp. 21-24. (In Russian).Сесюнин, Н. А. Влияние диаметра калибратора на азимутальное искривление скважины / Н. А. Сесюнин, А. С. Утробин, А. В. Банных. – Текст : непосредственный // Бурение. – 1982. – № 2. – С. 8–9.Sesyunin, N. A., Utrobin, A. S., & Bannykh, A. V. (1982). Vliyanie diametra kalibratora na azimutal'noe iskrivlenie skvazhiny. Burenie, (2), pp. 8-9. (In Russian).К расчету компоновки низа бурильной колонны, применяемой для безориентированного управления зенитным углом / М. П. Гулизаде, Л. Я. Сушон, П. В. Емельянов, Л. Я. Кауфман. – Текст : непосредственный // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. – 1974. – № 1. – С. 13–16.Gulizade, M. P., Sushon, L. Ya., Emel'yanov, P. V., & Kaufman L. Ya. (1974). K raschetu komponovki niza buril'noy kolonny, primenyaemoy dlya bezorientiro-vannogo upravleniya zenitnym uglom. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Neft' i gaz, (1), pp. 13-16. (In Russian).Тимошенко, С. П. Устойчивость упругих систем / С. П. Тимошенко ; перевод с английского И. К. Снитко. – 2-е изд. – Москва : Гостехиздат, 1955. – 568 с. – Текст : непосредственный.Timoshenko, S. P. (1955). Ustoychivost' uprugikh system. 2nd edition. Moscow, Gostekhizdat Publ., 568 p. (In Russian).Тимошенко, С. П. Устойчивость стержней, пластин и оболочек / С. П. Тимошенко ; избр. работы под редакцией Э. И. Григолюка. – Москва : Наука, 1971. – 807 с. – Текст : непосредственный.Timoshenko, S. P. (1971). Ustoychivost' sterzhney, plastin i obolochek. Moscow, Nauka Publ., 807 p. (In Russian).Исследование загруженности венцов шарошек буровых долот / В. А. Пяльченков, В. В. Долгушин, Г. А. Кулябин [и др.] // DOI 10.31660/0445-0108-2016-4-81-84. – Текст : непосредственный // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. – 2016. – № 4. – С. 81–84.Pyalchenkov, V. A., Dolgushin, V. V., Kulyabin, G. A., Kuznetsov, V. G., & Grechin, E. G. (2016). The study load of the cutters of drill bits. Oil and Gas Studies, (4), pp. 81-84. (In Russian). DOI: 10.31660/0445-0108-2016-4-81-84

The authors declare that there are no conflicts of interest present.