АНАЛІЗ ТЕЧІЇ В ШАРОШКОВОМУ ДОЛОТІ ПРИ БУРІННІ З ВИКОРИСТАННЯМ БУРОВИХ РОЗЧИНІВ НА ВОДНІЙ ТА ВУГЛЕВОДНЕВІЙ ОСНОВІ

Основний зміст сторінки статті

Олександр Леонідович Шудрик
Наталія Григорівна Шевченко
Ксенія Сергіївна Рєзва
Марина Валентинівна Петруняк
Віктор Олександрович Бовкун

Анотація

Буріння є основним видом збільшення кількості видобування вуглеводнів. В якості породоруйнівного інструменту при бурінні використовуються долота різних типів. При бурінні будь-яких свердловин на нафту та газ в якості робочої рідини використовуються бурові розчини. Течія даних типів рідин відрізняється від течії води, яка є нестисливим середовищем. Метою даної роботи є дослідження течії ньютонівської рідини води та двох типів бурових розчинів на водній основі, що описується степеневою моделлю неньютонівської рідини та на вуглеводневій основі – рідини типу Гершеля-Балклі. В роботі виконано побудову геометричної моделі шарошкового долота, побудовано розрахункову неструктуровану сітку об'єму рідини, що заповнює внутрішню область долота та задолотного простору. Проведено розрахунки тривимірної течії води, бурових розчинів на водній та вуглеводневих основах з допомогою відкритої платформи OpenFOAM. Виявлено, що під час течії рідин, що описуються неньютонівськими моделями, змінюється кінематична в'язкість рідини в залежності від швидкостей та напруг зсуву. Ще один важливим фактором використання неньютонівських рідин при бурінні свердловин є зменшення гідравлічних втрат під час їх течії. Це досягається за рахунок наявності певної структури рідини, ненульових значень напруг зсуву, змащуючих властивостей навіть при їх в'язкості, що в десятки разів перевищує в'язкість води. Представлено візуалізацію течії трьох типів рідин ньютонівської, неньютонівської степеневої та неньютонівської типу Гершеля-Балклі. Саме використання неньютонівських рідин дає зменшити вихороутворення і, як наслідок, також впливає на величину гідравлічних втрат в сторону їх зменшення.

Блок інформації про статтю

Розділ
Фундаментальні дослідження
Біографії авторів

Олександр Леонідович Шудрик, ТОВ «Регіон»

Кандидат технічних наук, головний інженер

Наталія Григорівна Шевченко, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

Кандидат технічних наук, доцент кафедри «Гідравлічні машини ім. Г. Ф. Проскури»

Ксенія Сергіївна Рєзва, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

Кандидат технічних наук, доцент кафедри «Гідравлічні машини ім. Г. Ф. Проскури»

Марина Валентинівна Петруняк, Національний університет «Полтавська політехніка імені Юрія Кондратюка»

Кандидат технічних наук, доцент кафедри «Нафтогазова інженерія та технології»

Віктор Олександрович Бовкун, Національний університет «Полтавська політехніка імені Юрія Кондратюка»

Аспірант кафедри «Нафтогазова інженерія та технології»

Посилання

Yakym R. S., Petryna Yu. D., Yakym I. S. Naukovo-praktychni osnovy tekhnolohiyi vyhotovlennya trysharoshkovykh burovykh dolit ta pidvyshchennya yikh yakosti i efektyvnosti [Scientific and practical foundations of the technology of manufacturing three- rollers drill bits and improving their quality and efficiency]. Ivano- Frankivsk, IFNTUNH Publ., 2011. 384 p.

Luban Yu. V., Luban S. V., Zholob N. R., Onyshchenko V. P., Korol' N. O. Vysokomineralizovani biopolimerni burovi rozchyny, yak al'ternatyva zastosuvannyu obvazhnenykh RVO [Highly mineralized biopolymer drilling muds as an alternative to the use of weighted FCB]. Materialy mizhnar. konf. GeoDrilling III "Burinnya i rozkryttya plastiv – 2019" [Proc. of the Int. Conf. GeoDrilling III "Drilling and formation completion – 2019"]. Poltava, FOP Hovorov S. V. Publ., 2020, pp. 91–94.

Poletuchiy I. I. "Heosyntez Inzhenirinh" – 10 rokiv roboty v servisi burovykh rozchyniv ["Geosynthesis Engineering" – 10 years of experience in drilling fluids service]. Materialy mizhnar. konf. GeoDrilling II "Burinnya i rozkryttya plastiv – 2017" [Proc. of the Int. Conf. GeoDrilling II "Drilling and formation completion – 2017"]. Poltava, FOP Hovorov S. V. Publ., 2017, pp. 8–10.

Liu R., Li H., Hou W. Synthesis of Sodium Trimetaphosphate Crosslinked Xanthan Gum and Rheological Properties of Its Aqueous Solution. Chinese Journal of Applied Chemistry. 2015, vol. 32, pp. 1061–1069.

Orynchak M. I., Orynchak M. M., Beyzyk O. S. Burovyy rozchyn dlya yakisnoho vtorynnoho rozkryttya produktyvnykh horyzontiv [Drilling solution to qualitatively secondary open the productive horizons]. Prospecting and Development of Oil and Gas Fields. 2012, no. 1 (42), pp. 25–32.

Leusheva E., Brovkina N., Morenov V. Investigation of Non-Linear Rheological Characteristics of Barite-Free Drilling Fluids. Fluids. 2021, vol. 6, p. 327. doi: 10.3390/fluids6090327

Khan S., Yusuf M., Sardar N. Studies on rheological behavior of Xanthan Gum solutions in presence of additives. Petroleum & Petrochemical Engineering Journal. 2018, vol. 2, issue 5, p. 000165.

Berdugo-Clavijo C., Scheffer G., Sen A., Gieg L. M. Biodegradation of Polymers Used in Oil and Gas Operations: Towards Enzyme Biotechnology Development and Field Application. Polymers. 2022, vol. 14, issue 9, p. 1871. doi: 10.3390/polym14091871

Rymchuk D., Shevchenko N., Tulska A., Ponomarenko V., Shudryk O. Research and development of a mathematical model of a polymer-based viscous non newtonian fluid for oil and gas wells drilling. Petroleum and Coal. 2022, vol. 64, issue 4, pp. 796–803.

King I., Bratu C., Delbast B., Besson A., Chabard J. P. Hydraulic Optimization of PDC bits. European Petroleum Conference (21–24 October 1990, Hague, Netherlands).

Shigemi N. CFD Simulation to Optimize Depressurization of Thermal-Shock Enhanced Drill Bit. Proc. 43rd Workshop on Geothermal Reservoir Engineering Stanford University (12–14 February 2018, Stanford, California). 2018, SGP-TR-213.

Ledgerwood L. W., Wells M. R., Wiesner B. C., Harris T. M. Advanced Hydraulics Analysis Optimizes Performance of Roller Cone Drill Bits. Proc. IADC/SPE Drilling Conference (23–25 February 2000, New Orleans, Louisiana). 2000, p. SPE-59111-MS. doi: 10.2118/59111-MS

Esfahanizadeh L., Dabira B., Goharpey F. CFD modeling of the flow behavior around a PDC drill bit: effects of nano-enhanced drilling fluids on cutting transport and cooling efficiency. Еngineering Applications of Computational Fluid Mechanics. 2022, vol. 16, no. 1, pp. 977–994.

Donmez M., Yemenici O. A numerical study on centrifugal pump performance with the influence of non-Newtonian fluids. International Journal Sciences. 2019, vol. 8, pp. 39–45.

Gavrilov A. A., Rudyak V. Ya. Reynolds-averaged modeling of turbulent flows of power-law fluids. Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 2016, vol. 227, pp. 45–55.

Rogovyi A. S., Shudryk O. L., Luk"yanets' S. I., Neskorozhenyy A. O., Lebedynets' D. V. Kharakterystyky vidtsentrovoho nasosa pry perekachuvanni Binhamivs'koyi ridyny iz riznymy znachennyamy pochatkovykh napruh zsuvu [Characteristics of centrifugal pump for pumping Bingham liquid with different values of yield stresses]. Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Hydraulic machines and hydraulic units. Kharkiv, NTU "KhPI" Publ., 2023, no. 1, pp. 66–70. doi: 10.20998/2411-3441.2023.1.11

Smirnov P. E., Menter F. R. Sensitization of the SST turbulence model to rotation and curvature by applying the Spalart-Shur correction term. Journal of Turbomachinery. 2009, vol. 131, issue 4, pp. 1–8. doi: 10.1115/1.3070573

OpenFOAM. Open source CFD. Documentation. Available at: https://www.openfoam.com/documentation/guides/v2206/doc/index. html (accessed 26.03.2024).

Shudryk A. Using open software application packages for simulation of viscous incompressible fluid. Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Hydraulic machines and hydraulic units. Kharkiv, NTU "KhPI" Publ., 2016, no. 20 (1192), pp. 90–93.

Rogovyi A. S., Azarov A. S., Shudryk O. L., Panamar'ova O. B., Lebedynets' D. V. Validatsiya vidkrytoyi biblioteky OpenFoam hidroturbin dlya vysokonapirnoho vidtsentrovoho kompresora [Validation of the hydraulic turbine OpenFoam library for a high- pressure centrifugal compressor]. Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Hydraulic machines and hydraulic units. Kharkiv, NTU "KhPI" Publ., 2023, no. 2, pp. 62–66. doi: 10.20998/2411-3441.2023.2.09

MUDWARE engineering software from M-I SWACO. Available at: https://mudware.software.informer.com/3.0/ (accessed 10.05.2024).