Моделирование и экспериментальное исследование режимов движения лабораторной компоновки низа бурильной колонны в горизонтальных скважинах

Режимы движения компоновки низа бурильной колонны (КНБК) существенно влияют на управление траекторией и эффективность бурения при роторном бурении. Для изучения режимов движения КНБК в горизонтальных скважинах была разработана динамическая модель КНБК с использованием метода конечных элементов. Кроме того, для проверки результатов численного моделирования была спроектирована и изготовлена лабораторная экспериментальная установка на основе критериев подобия. Наконец, численно и экспериментально проанализировано влияние положений измерения, частоты вращения, осевой нагрузки на долото (WOB) и коэффициентов трения на режимы движения КНБК. Результаты показывают хорошее соответствие экспериментальных данных результатам численного моделирования. Режимы движения КНБК в горизонтальных скважинах можно разделить на три типа: колебательное движение по дуге окружности, колебательное движение по траектории в форме восьмёрки и точечное круговое движение. Колебательное движение по дуге окружности главным образом возникает в средней части КНБК под совместным воздействием силы тяжести и тангенциального трения. Точечное круговое движение преимущественно наблюдается вблизи долота или стабилизатора, поскольку долото и стабилизатор могут стабилизировать КНБК в центральной части ствола скважины. Колебательное движение по траектории в форме восьмёрки главным образом возникает в зоне пересечения и обусловлено совместным возмущающим воздействием двух других видов движения. Кроме того, увеличение частоты вращения и коэффициента трения усиливает поперечную вибрацию, тогда как осевая нагрузка на долото оказывает значительно меньшее влияние. На основе проведённого анализа сформулированы соответствующие рекомендации для буровой инженерии. Выводы и рекомендации, представленные в данной работе, способствуют более глубокому пониманию поперечных динамических характеристик КНБК в горизонтальных скважинах и выбору подходящих параметров бурения.