Компьютерное моделирование процессов, протекающих при бурении скважин

Abstract

Актуальность. Основным направлением развития бурения скважин является повышение технико-экономических показателей и разработка нового поколения породоразрушающего инструмента, обеспечивающего эффективное разрушение горной породы. Для повышения технико-экономических показателей бурения необходимо изучение процессов, протекающих при бурении скважин. Зачастую они носят сложный характер и нуждаются в детализации в мелких труднодоступных местах призабойной зоны. В некоторых случаях экспериментальные методы исследования затруднительны, требуют материальных затрат или вовсе недоступны. К тому же основным современным требованием к научным исследованиям является комплексный подход, который заключается во всестороннем и одновременном рассмотрении всех процессов, протекающих при бурении скважины. В связи с этим применение компьютерного моделирования является актуальным методом, позволяющим точно, наглядно и достоверно проводить исследования процессов бурения. Цель: компьютерное моделирование процессов, протекающих при бурении скважин. Объекты: процессы, протекающие при бурении скважин. Методы: имитационное моделирование, аналитические исследования, анализ. Результаты. Определены основные процессы бурения, которые необходимо исследовать при проектировании и разработке нового поколения породоразрушающего инструмента. Рассмотрены возможности компьютерного моделирования при исследовании процессов бурения алмазными коронками. На примере упрощенной модели взаимодействия породоразрушающего инструмента с горной породой приведены программные продукты и такие результаты их применения, как толщина слоя породы, снимаемая любым алмазом коронки, координаты местонахождения инструмента в любой момент времени, температура нагрева алмазной однослойной коронки, распределение механических напряжений в породоразрушающем инструменте колонкового бурения. Осуществлено сравнение моделирования одних и тех же процессов бурения с применением различных программных продуктов. Выявлены особенности и точность моделирования процессов бурения. Обосновано использование компьютерного моделирования процессов бурения. Показаны преимущества компьютерного моделирования над экспериментом.

Relevance. The main drilling development direction is improving technical and economic indicators. The main direction is the new rock cutting tools generation, which ensures the effective rock destruction. To improve the technical and economic drilling indicators it is necessary to study the processes occurring during well drilling. Often the processes are complex and need to be detailed. This applies to narrow, hard to reach places in the bottomhole zone. In some cases, experimental research methods are difficult, expensive, or completely unavailable. In addition, the main modern requirement for scientific research is an integrated approach. It consists in a comprehensive and simultaneous consideration of all processes occurring during well drilling. In this regard, a relevant method is the computer simulation. This method studying drilling accurately, visually and reliably. The aim of the research is the computer simulation of the processes occurring during drilling. Objects: processes occurring during well drilling. Methods: simulation modeling, analytical studies, analysis. Results. The authors have identified the main drilling processes that need to be explored in the design and development of a new generation rock cutting tools. The paper considers the possibilities of computer modeling in study of drilling with diamond crowns. On the simplified model example for the interaction of rock cutting tools with rocks, software products are given. The results of their use are shown: the thickness of a rock layer removed by any diamond crowns, the tool location coordinates at any time, the heating temperature of the diamond singlelayer crown, the distribution of mechanical stresses. The authors compared the modeling of the same drilling processes using different software products. The features, modeling accuracy of drilling processes are revealed. The computer simulation of drilling processes is grounded. The paper demonstrates the advantages of computer simulation over the experiment.