تجزیه و تحلیل عملکرد یک ابزار نوسان محوری سیال برای کاهش اصطکاک با عدم وجود یک صفحه پرتاب

  • 2022-11-26

ثابت شده است که یک ابزار نوسان محوری در حل مشکلات مرتبط با اصطکاک بالا و گشتاور در حفاری کشویی یک چاه پیچیده مؤثر است. ابزار نوسان محوری سیال ، بر اساس یک نوسان ساز سیال قابل استفاده از خروجی ، نوعی ابزار نوسان محوری است که در سالهای اخیر به طور فزاینده ای محبوب شده است. هدف از این مقاله ، تجزیه و تحلیل رفتار جریان پویا یک ابزار نوسان محوری سیال با عدم وجود یک صفحه پرتاب به منظور ارزیابی عملکرد کلی آن است. به طور خاص ، تفاوت بین طراحی اصلی با یک صفحه پرتاب و طراحی پیش فرض فعلی به شدت مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است و انتظار می رود پیشرفت برای دومی ثبت شود. برای پیش بینی افت فشار و فرکانس نوسان یک ابزار نوسان محوری سیال ، از کد دینامیک سیال محاسباتی تجاری استفاده شد. نتایج شبیه سازی عددی به خوبی با نتایج تجربی مربوطه موافق است. دامنه پالس فشار کافی با افت فشار کم در این مطالعه مورد نظر است. بنابراین ، دامنه نسبی پالس افت فشار و جابجایی در مطالعه ما معرفی شده است. تجزیه و تحلیل مقایسه بین دو طرح با و بدون صفحه شیب دار نشان می دهد که وقتی سرعت جریان نسبتاً کم یا بالاتر از یک مقدار خاص باشد ، ابزار نوسان محوری سیال با صفحه پرتاب عملکرد بهتری دارد. در غیر این صورت ، به نظر می رسد ابزار نوسان محوری سیال بدون صفحه پرتاب کننده یک جایگزین ارجح است. در بیشتر شرایط عملیاتی از نظر سرعت جریان و افت فشار ، ابزار نوسان محوری سیال بهتر از طراحی اصلی عمل می کند.

1. مقدمه

حفر یک چاه از لحاظ ساختاری پیچیده، صرف نظر از اینکه چاه افقی، چاه جهت دار، چاه گسترده یا چاه چند جانبه باشد، در صنعت نفت و گاز طبیعی رایج شده است، زیرا شرکت ها به دنبال حفاری عمیق تر و بهینه سازی بیشتر هستند. تولید نفت و گاز در میدان هدف [1،2،3]. در نتیجه، مقاومت اصطکاکی بالای یک رشته مته در برابر سنگ گمانه به یک نگرانی در فرآیند حفاری تبدیل شده است [4،5،6]. این منبع گشتاور و کشش اضافی منجر به نرخ نفوذ کم (ROP)، سایش ابزار حفاری، کارکرد کوتاه، ناپایداری چاه و تنش پیچیده رشته مته و غیره خواهد شد [1]. به طور خاص، ناپایداری چاه گاهی منجر به گیرکردن لوله می‌شود که ممکن است نیاز به اتصال و ردیابی جانبی داشته باشد و هزینه توسعه مخزن را به‌طور قابل‌توجهی بالا ببرد [7]. علاوه بر این، توانایی مته در حفظ کنترل صورت ابزار و انتقال وزن به بیت می تواند به دلیل اصطکاک بیش از حد، که عمق و دقت گمانه های حفر شده را محدود می کند، به شدت محدود شود [1،8].

یک سری روش ها و ابزارهای مورد استفاده برای کاهش گشتاور و درگ وجود دارد و در نهایت اجازه می دهد تا رشته دریل به عمق کل مته باشد. ابزارهای نوسان محوری (AOTS) و ابزارهای ارتعاش جانبی (LVTS) دو ابزار متداول هستند که برای تولید ارتعاشات خوش خیم در مونتاژ رشته و/یا سوراخ پایین (BHA) برای کاهش اصطکاک استفاده می شوند [9]. AOT ها معمولاً از دریچه های کشویی یا چرخشی که توسط گل و لای برای تولید پالس های فشار هدایت می شوند ، استفاده می کنند و پالس های فشار را می توان با یک ابزار شوک که در بالا اجرا می شود به یک حرکت نوسان محوری تبدیل کند یا در AOT قرار بگیرد [10]. LVT ها معمولاً از توده های چرخشی خارج از مرکز که توسط گل رانده می شوند ، برای ایجاد لرزش بین دیوار گمانه و ابزار استفاده می کنند و از این طریق اصطکاک را کاهش می دهد. هر دوی این ابزارها قبلاً مؤثر بوده اند ، اگرچه AOT ها عملکرد بهتری نسبت به LVT ها دارند [9،11]. یکی از محبوب ترین AOT ها که در حال حاضر در بازار موجود است ، سیستم Agrilling Agitator (DAS) است که توسط National Oilwell Varco ® ساخته شده و در سال 2002 به بازار معرفی شد [6،12،13]. از آن برای شیوه های حفاری در هزاران دوره در سطح جهان استفاده شده است و با کاهش کشیدن و گشتاور در مته ، بهبود روشنی در عملکرد حفاری نشان داده است. ابزار کاهش دهنده اصطکاک (FDR) یکی دیگر از AOT در بازار است که به طور گسترده برای لوله های سیم پیچ (CT) مورد استفاده قرار گرفته است [14]. این ابزار یک سیلندر هیدرولیک دوتایی است که باعث ایجاد نوسان محوری در BHA توسط دریچه های مکانیکی می شود و باعث ایجاد یک حرکت متقابل جزئی می شود. نماینده LVT ابزار کاهش درگ مبتنی بر یک توده چرخشی و روتاری است [15]. این می تواند با چرخش دوره ای داخلی یک شافت خارج از مرکز که توسط یک موتور پیچ رانده می شود ، لرزش جانبی ایجاد کند. هنوز برخی از ابزارهای کاهش اصطکاک کمتر رایج در بازار وجود دارد ، مانند سیستم حفاری Lotad TM Weatherford ® ، که نه AOT است و نه LVT ، با استفاده از غلطک های نوآورانه برای به حداقل رساندن گشتاور ، کشیدن و ابزار ابزار در هنگام حفاری [[16]ژنراتور پالس آکوستیک سطح (SAPG) یکی دیگر از ابزارهای کاهش اصطکاک است که با ایجاد یک چکش آب در گل و لای جاری در یک مکان در سطح برای لرزش دریل ، یک پالس فشار شدید ایجاد می کند و منجر به کاهش نیاز گشتاور می شود [17]. تمام ابزارهای کاهش اصطکاک که در بالا حرکت می شود با موفقیت در پروژه های مهندسی حفاری بیشمار مورد استفاده قرار گرفته است. با این حال ، به دلیل ساختار پیچیده با قطعات تغییر شکل یا متحرک و نگهداری بعدی ،

مشکلات فنی مرتبط با فرسایش ، سایش و خرابی باعث کاهش سرعت بهبود این ابزارها شده و استفاده از آنها در برنامه های عملی را به چالش کشیده است.

با استفاده از یک نوسان ساز سیال قابل استفاده از مؤلفه بدون استفاده از مؤلفه برای کنترل مایعات که به طور متناوب در یک مسیر موازی جریان می یابد که یک پیستون به جلو و عقب حرکت می کند ، با ایجاد یک چکش آب در انتهای استوک پیستون ، یک پالس فشار شدید ایجاد می کند. لیو [18] یک AOT جدید ، یعنی ابزار نوسان محوری سیال (FAOT) را پیشنهاد کرد. امکان سنجی آن از نظر کاربرد آن در حفاری چاه جهت افقی توسط او و همکاران تأیید شد.[19] ، با استفاده از شبیه سازی CFD (دینامیک سیالات محاسباتی) و آزمایشات تجربی. به دلیل عدم وجود هرگونه قطعات متحرک یا تغییر شکل و تولید با ساخت و سازهای فلزی ، عمر کار یک FAOT می تواند به طرز چشمگیری گسترش یابد و مقاومت در برابر درجه حرارت بالا ، محیط های خورنده و سایر شرایط شدید محیط را نشان می دهد. تعدادی از آزمایشات میدانی نشان داده اند که راندمان حفاری FAST در حفاری چاه جهت دار می تواند بیش از 50 ٪ (به طور متوسط) در مقایسه با روش حفاری معمولی بهبود یابد [20،21]. علاوه بر این ، این ابزار می تواند بیش از 155 ساعت بدون خرابی در یک محیط پیچیده پایین سوراخ کار کند [21]. بنابراین ، به نظر می رسد Faots یک راه حل امیدوار کننده برای توسعه نسل جدید ابزارهای کاهش اصطکاک برای فرآیند حفاری یک چاه پیچیده است.

FAOT یک طراحی کاملاً جدید نیست ، زیرا به نظر می رسد آنالوگ از چکش سیال است که در دهه 1970 ثبت شده است-مبتنی بر یک نوسان ساز سیال قابل استفاده از خروجی-همانطور که توسط ژانگ و همکاران بحث شده است.[22]همانطور که در شکل 1 ارائه شده است ، در طراحی اصلی یک FAOT ، یک صفحه دریچه گاز به مونتاژ پالس فشار وارد می شود تا شدت پالس فشار را افزایش دهد. هنگامی که نوسان ساز سیال پیستون را برای حرکت به جلو و عقب فعال می کند ، محدودیت های چرخه ای در مسیر جریان ایجاد می شود زیرا میله پیستون از روی سوراخ خاردار صفحه دریچه گاز عبور می کند. کل جریان جریان از حداکثر به حداقل مقدار تغییر می کند و پالس های فشار مورد نظر را ایجاد می کند که می تواند بر روی پالس های فشار ایجاد شده در محفظه کار ایجاد شود که ناشی از توقف ناگهانی پیستون است. پس از این ، پالس های فشار تحت فشار به مونتاژ نوسان محوری ، جایی که آنها به یک حرکت نوسان محوری تبدیل می شوند ، پخش می شوند. با این حال ، این ساختار خاص طراحی شده ممکن است مشکوک یا حتی ضد تولید باشد ، زیرا می تواند به عنوان کوسن باشد که ممکن است حرکت رو به جلو پیستون را با هم ایجاد کند و در نتیجه سرعت انتهای سکته مغزی پایین پیستون باشد. طبق قانون ژوکوفسکی [23] ، فشار چکش آب تولید شده متناسب با سرعت انتهای سکته مغزی پیستون (نادیده گرفتن سرعت در حال بازگشت) است ، این بدان معنی است که سرعت انتهای سکته مغزی پایین تر منجر به پالس های فشار ضعیف تر در محفظه کار می شود. این اختلال ممکن است از تقویت اثر هم افزایی قوی تر باشد ، یا حداقل تا حدودی آن را خنثی کند. علاوه بر این ، افت فشار اضافی ناشی از این ساختار لرزش مورد نظر نیست. بنابراین ، تجزیه و تحلیل عملکرد یک FAOT با عدم وجود یک صفحه شیب دار معنی دار است و برخی از امکانات برای پیشرفت را ایجاد می کند.

2. شبیه سازی های عددی

با استفاده از رویکردهای CFD ، تجزیه و تحلیل عملکرد یک چکش سیال که مشابه FAOT است توسط ژانگ و همکاران مورد بررسی قرار گرفت.[22]با کمک مدل سازی مش پویا CFD ، توزیع سرعت دامنه جریان در یک چکش سیال به تفصیل شرح داده شد ، و فرایند دلبستگی و جدا شدن جت عرضه از نظر عددی مدل شد [24]. با استفاده از شبیه سازی CFD ، تأثیر پارامترهای هندسی نوسان ساز سیال قابل استفاده بر سرعت جریان آستانه آن توسط پنگ و همکاران مورد بررسی قرار گرفت.[25]علاوه بر این ، بسیاری از دستگاه های سیال دیگر نیز وجود دارند که با استفاده از شبیه سازی CFD به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته و سطح بالایی از دقت پیش بینی را حفظ کرده اند [26،27،28].

ابزار نوسان محوری سیال در این مطالعه یک مطالعه پیگیری از او و همکاران بود.[19] ، جایی که FAOT به صورت تجربی مورد مطالعه قرار گرفت و توسط شبیه سازی CFD به صورت عددی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. مطالعه حاضر برای بررسی محاسباتی در مورد افت فشار و فرکانس نوسان FAOT در نظر گرفته شده است.

2. 1دامنه محاسباتی و شرایط مرزی

دامنه جریان محاسباتی یک FAOT معمولی شامل میدان جریان یک نوسان ساز سیال ، اتاق های جلو و عقب سیلندر ، گذرگاه اتصال F به محفظه جلو ، گذرگاه اتصال R متصل به محفظه عقب ، میدان جریان درجلوی درب استوانه ، و معابر جانبی که به دریچه ها و میدان جریان در جلوی درب استوانه متصل می شوند. یک دامنه محاسباتی معمولی ، همانطور که در شکل 2 ارائه شده است ، از حدود 80،000 سلول تشکیل شده است و به گونه ای تولید می شود که تقریباً تمام ویژگی های FAOT را می توان منعکس کرد. توجه داشته باشید که به منظور تجسم ساختارهای جزئی دامنه محاسباتی ، یکی از معابر جانبی در شکل 2 پوشانده شده است. دامنه محاسباتی یک شبکه خوب و نقشه برداری شده است ، در منطقه تعامل نوسان ساز سیال خوشه بندی شده است.

شکل 2 همچنین شرایط مرزی تحمیل شده دامنه محاسباتی را نشان می دهد. یک شرایط مرزی ورودی سرعت در ورودی نوسان ساز سیال اتخاذ شد و یک مرز پریز فشار در قسمت پایین دامنه جریان در جلوی درب سیلندر اعمال شد. شرایط مرزی پریز فشار بر فشار جوی تنظیم شده است ، که مربوط به شرایط عملیاتی در آزمایشات آزمایشی است. علاوه بر این ، شرایط مرزی بدون لغزش بر همه دیوارها تحمیل شد.

2. 2تنظیمات مش و حل کننده پویا

حل کننده جریان مورد استفاده در این مطالعه ، Solver Solver Fluent ® (انتشار 6. 3. 26 ، شرکت ANSYS ، پیتسبورگ ، پنسیلوانیا ، ایالات متحده) است که بر اساس حجم محدود ، که توسط آن معادله استمرار و معادلات Navie r-Stokes با استفاده از آن حل می شوندروشهای تکراری. اصطلاحات همرفتی با استفاده از یک طرح متفاوت مرتبه اول مرتبه اول بر اساس روش شناخته شده ساده (روش نیمه ساده برای معادلات مرتبط با فشار) محاسبه می شود.

روش مدل سازی مش پویا در این شبیه سازی تقریباً مشابه با استفاده از او و همکاران است.[19]تنها تفاوت این است که رابط های کشویی شرح داده شده در Ref.[19] برای اتصال قسمتهای متحرک و استاتیک دامنه محاسباتی در این مطالعه استفاده نمی شود ، زیرا صفحه پرتاب کننده برداشته می شود. به اصطلاح عملکردهای تعریف شده توسط کاربر (UDF) برای به روزرسانی موقعیت های مش در حال حرکت در شبیه سازی ها استفاده می شوند و معادلات حاکم برای حرکت پیستون در پنگ و همکاران ارائه شده است.[29]با این حال ، گرانش پیستون در تعریف فعلی UDFS گنجانده نشده است ، زیرا این مطالعه بر روی حفاری چاه افقی متمرکز است و آزمایشات تجربی مربوطه در سطح سطح انجام می شود. جزئیات سایر تنظیمات مربوطه درگیر در این روش را می توان در او و همکاران یافت.[19] ، و به این ترتیب در اینجا تکرار نمی شود.

2. 3استقلال زمان و شبکه

مرحله زمان در هر تکرار به طور مناسب برای به دست آوردن جزئیات فرآیند تعویض جت عرضه انتخاب شده است و باید به اندازه کافی کوتاه باشد تا حرکت را با دقت مورد نظر توصیف کند. لازم به ذکر است که مشکلات واگرایی ممکن است هنگامی رخ دهد که مرحله زمانی بیش از حد افزایش یابد ، زیرا شبکه متحرک به مقیاس مرحله زمان حساس است. با توجه به نتایج محاسباتی قبلی ، مرحله زمانی 1E-4 برای شبیه سازی های فعلی معقول است [22،25،29].

از طرف دیگر ، یک شبکه ریز (حدود 120،000) و یک شبکه درشت (حدود 50،000 سلول) برای بررسی استقلال شبکه ایجاد شده است. همانطور که در جدول 1 نشان داده شده است ، حداکثر اختلاف بین تمام نتایج به دست آمده کمتر از 6 ٪ بود. مشاهده شده است که حتی شبکه درشت می تواند استقلال کافی برای شبکه فراهم کند. با توجه به زمان محاسباتی معقول و دقت مدل رضایت بخش ، مدل محاسباتی اصلی کافی است.

3. دستگاه و رویکرد تجربیVطراحی اصلی FAOT با یک صفحه پرتاب در اینجا به عنوان طراحی LFT توصیف شده است و مورد متمرکز فعلی با عدم وجود یک صفحه پرتاب به عنوان طرح ZFT توصیف شده است. یک ابزار LFT با قطر 120 میلی متر تولید شد و متعاقباً ، ZFT را می توان از LFT اصلاح کرد. همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است ، به منظور ارزیابی تجربی عملکرد کار یک FAOT ، سه مبدل فشار (Sensata Technologies ، Inc. ، Attleboro ، MA ، USA) با همان مشخصات برای حس نوسان فشار در سه موقعیت مختلف استفاده شدابزار نوسان ، یعنی (i) ورودی نوسان ساز سیال.(ب) یکی از معابر جانبی ؛و (iii) محفظه جلوی سیلندر. علاوه بر این ، یک مبدل جابجایی (Sensata Technologies ، Inc. ، Attleboro ، MA ، USA) برای اندازه گیری دامنه نوسان محوری بر روی آستین سوار شد. تمام آزمایشات آزمایشی در سطح زمین انجام شد و گل حفاری در آزمایشات ، مایع حفاری معمولی بود که با موفقیت در حفاری چاه جهت دار استفاده شد. FAOT آزمایش شده توسط یک پمپ مجهز به کامیون با فشار بالا (شرکت گروه خدمات نفتی Yantai Jereh ، Ltd. ، Yantai ، چین) هدایت شد که آن را با گل حفاری تهیه کرد. مقادیر مختلف (سرعت جریان حجم ، q

) مایع حفاری به نوسان ساز سیال ، برای هدایت ابزار نوسان برای کار ، تأمین می شد. همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است ، هر دو فشار و جابجایی در موقعیت های اندازه گیری ابزار نوسان توسط یک سیستم دستیابی به داده ها به دست آمده و ثبت شده است. آمار فشار و طیف جابجایی اندازه گیری شده 0. 5 ٪ ، در سطح اطمینان 95 ٪ بود. در پایان ، داده های دریافت شده توسط یک رایانه مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند.

به منظور مطالعه عملکرد ابزار نوسان محوری سیال با عدم وجود یک صفحه شیب دار و سعی کنید تفاوت های بین طرح های ZFT و LFT را بفهمید ، تجزیه و تحلیل مقایسه از نظر افت فشار ، دامنه نوسان و نوسانات فشار درموقعیت های اندازه گیری شده بین دو طرح توسط سیستم آزمایش انجام شد. علاوه بر این ، فرکانس نوسان و وابستگی بین سرعت جریان حجم عرضه شده و فرکانس نوسان نیز برخی از نگرانی های اصلی ما است.

4. نتایج و بحثVشکل 4 فشار اندازه گیری شده P (فشار استاتیک) را در سه موقعیت مختلف ZFT در مقابل زمان اندازه گیری t نشان می دهد که سرعت جریان عرضه Q

16 لیتر در ثانیه بودهمانطور که نشان داده شد ، پالس های فشار دوره ای به ترتیب در (i) ، (ii) و (iii) تولید شدند. هر دو مقادیر فشار و دامنه پالس اندازه گیری شده در (i) بزرگتر از آن در (II) و (III) بودند ، و مقادیر فشار در (III) کوچکترین بود. با این حال ، در مطالعه او و همکاران.[19] ، مقادیر فشار در محفظه جلو (III) از فشار در گذرگاه جانبی بزرگتر بود. این تفاوت ناشی از عمل لرزان صفحه پرتاب کننده است که فشار در محفظه جلو را به سطح معینی افزایش می دهد. در مطالعه ما ، ما بیشتر روی فشار در (i) تمرکز می کنیم ، زیرا این قدرت مستقیم است که مونتاژ نوسان را برای اجرای حرکت نوسان فعال می کند. علاوه بر این ، اگر از فشار در خروجی ابزار نوسان به عنوان مرجع ارزیابی اختلاف فشار استفاده کنیم و انرژی جنبشی را در ورودی نوسان ساز سیال نادیده بگیریم ، افت فشار سیستم برابر است با فشار اندازه گیری شده در (من). دامنه پالس افت فشار A به صورت تعریف شده است:جایی که Pحداکثرو صحداقلبه ترتیب حداکثر و حداقل فشار در (i) هستند. علاوه بر این ، PمیهمانPمیانگین مقدار افت فشار (میانگین مقدار افت فشار در یک چرخه کار) سیستم است. شاخص عملکرد بدون بعد دیگر به عنوان دامنه پالس نسبی افت فشار A تعریف شده است

، که می تواند از:Pدامنه پالس بزرگتر aبه ترتیب حداکثر و حداقل فشار در (i) هستند. علاوه بر این ، PمیهمانPحداکثربه ترتیب حداکثر و حداقل فشار در (i) هستند. علاوه بر این ، PمیهمانP′ .

، می توان نتیجه گرفت که یک FAOT عملکرد بهتری را با مقدار بالاتر دامنه پالس نسبی A نشان می دهد

به منظور بررسی روند کار یک ZFT ، یک واحد (چرخه) نوسان فشار (منحنی I) توسط پنج حلقه برجسته مربوط به چهار حالت کار ابزار نوسان سیال به چهار بخش تقسیم می شود. در حالت A-B ، مقدار افت فشار P با افزایش زمان t کاهش می یابد و به حداقل در B می رسد. این پدیده مطابق با موردی است که پیستون به جلو حرکت می کند و جت اصلی به دیواره ضمیمه وصل می شود که به محفظه عقب سیلندر می رود. این امر به این دلیل است که ، در حالی که پیستون به جلو حرکت می کند ، سرعت آن با افزایش زمان افزایش می یابد و این منجر به افزایش بهبود جریان می شود. افزایش بازیابی جریان به معنای مقاومت هیدرولیک پایین در پایین دست کانال خروجی متصل به محفظه عقب است ، زیرا صدور جریان به راحتی می تواند وارد محفظه کار سیلندر شود. بنابراین ، کاهش فشار به دست می آید. به دلیل وجود میله پیستون ، ناحیه عمل مایع محفظه عقب از محفظه جلو بزرگتر است و سرعت انتهای سکته مغزی رو به جلو پیستون از سرعت پایان سکته مغزی به عقب بیشتر است. به همین دلیل افت فشار در D بالاتر از B است و وضعیت C-D باید در مورد حرکت پیستون به عقب باشد. وضعیت بعدی B-C نشان دهنده فرآیند تعویض جت است که در انتهای سکته مغزی رو به جلو پیستون رخ داده است. پالس فشار ناشی از توقف ناگهانی پیستون تولید می شود و مقدار P در c به حداکثر می رسد. به طور مشابه ، حالت D-E با فرآیند تعویض جت مطابقت دارد وقتی پیستون به انتهای سکته مغزی عقب می رود و دوباره به جلو حرکت می کند. می توان دریافت که در هر واحد نوسان فشار شامل دو پالس است - یک بزرگ و یک کوچک. مقدار فشار در E (یا A) از C کوچکتر است ، که می تواند به این واقعیت نسبت داده شود که سرعت انتهای سکته مغزی رو به جلو سریعتر از سرعت انتهای سکته مغزی به عقب است و در نتیجه فشار چکش آب بالاتر ایجاد می شود. همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است ، کانتورهای سرعت مربوط به زمینه های جریان محاسبه شده برای توصیف چهار حالت کار ابزار نوسان سیال ارائه شده است.

شکل 5 داده های عددی میانگین افت فشار و فرکانس نوسان را با داده های تجربی مقایسه می کند. داده های میانگین افت فشار عددی و تجربی و فرکانس نوسان تقریباً یکسان است ، جایی که فقط یک تفاوت جزئی مشاهده می شود و تفاوت از 15 ٪ تجاوز نمی کند ، و توافق قابل توجهی بین نتایج نشان می دهد. داده های به دست آمده توسط شبیه سازی CFD کمی بزرگتر از آزمایشات آزمایشی است. این احتمالاً به این دلیل است که نشت و نیروی اصطکاک در شبیه سازی های عددی نادیده گرفته شده است.Pشکل 6 مقایسه تغییر افت فشار P با زمان T ، بین LFT و ZFT را نشان می دهد. این نشان می دهد که دامنه پالس فشار هنگام افزایش سرعت جریان افزایش می یابد. هنگامی که سرعت جریان عرضه در یک مقدار ثابت مشخص قرار دارد ، افت فشار ZFT پایین تر از LFT خواهد بود. عدم وجود صفحه پرتاب به طور موثری افت فشار یک FAOT را به حداقل می رساند ، و در عین حال دامنه پالس فشار A

از ZFT کاملاً کاهش نمی یابد ، اما حتی در مقایسه با LFT افزایش می یابد.Vشکل 7 تنوع جابجایی اندازه گیری شده D با زمان T را برای نرخ های مختلف جریان عرضه q ارائه می دهدVوادحرکت نوسان یک FAOT توسط جابجایی اندازه گیری شده D که تقریباً متناسب با فشار اندازه گیری شده در (I) است ، اندازه گیری می شود. همانطور که در شکل 7 نشان داده شده است ، وقتی qV= 10 لیتر در ثانیه ، جابجایی اندازه گیری شده برای ZFT در یک محدوده باریک در حدود یک مقدار مشخص در حدود 3. 2 میلی متر در حال معلق است ، در حالی که جابجایی LFT نوسانات نسبتاً آشکاری را نشان می دهد. دلیل این امر این است که فشار فشار در (i) به اندازه کافی قوی نیست که بتواند بر نیروی پیش از تنگ شدن چشمه های دیسک غلبه کند (شماره 5 در شکل 1) ، بنابراین حرکت نوسان ماندل متمایز نیست. علاوه بر این ، در مورد دیگری که qV= 12 لیتر در ثانیه ، جابجایی اندازه گیری شده برای سطح ZFT به یک مقدار پایدار (حدود 3. 2 میلی متر) ، که در پایین منحنی حفظ می شود. از این رو ، می توان استنباط کرد که مقدار اولیه مبدل جابجایی در حدود 3. 2 میلی متر است. علاوه بر این ، روند تنوع مشابه جابجایی ها در مواردی که Q به دست می آیدV= 14 L/Sand Q~= 16 لیتر در ثانیه. در این موارد ، دو پالس جابجایی در یک چرخه وجود دارد ، که همزمان با افت فشار متغیر نمایش داده شده در شکل 6 است. بنابراین ، فرکانس پالس ها دو برابر فرکانس نوسان نوسان ساز سیال است. به منظور تولید کافی نوسانات خوش خیم و به حداقل رساندن تأثیر در اندازه گیری ها هنگام حفاری (MWD) و ورود به سیستم در هنگام حفاری (LWD) ، فرکانس پالس تشویق می شود که به 10 در ثانیه محدود شود [1]. طبق مطالعه ژانگ و همکاران.[22] ، افزایش قطر میله پیستون ، سرعت انتهای سکته مغزی به عقب پیستون را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد ، بنابراین دامنه پالس کوچکتر را کاهش می دهد ، همانطور که در شکل 6 نشان داده شده است. علاوه بر این ، هنگامی که نیروی مایع ناشی از کاهش پالس فشارپایین تر از نیروی پیش از تنگ شدن چشمه های دیسک است ، فرکانس پالس جابجایی با فرکانس نوسان نوسان ساز سیال سازگار خواهد بود ، که حدود 5 است

10 هرتزعلاوه بر این ، با مقایسه شکل 6 و شکل 7 ، می توان دریافت که تغییر جابجایی ها در پشت فشار اندازه گیری شده در (i) عقب مانده است.Vشکل 8 تغییر دامنه پالس نسبی افت فشار با سرعت جریان را نشان می دهد. نتایج پیش بینی شده عددی دامنه پالس نسبی افت فشار با نتایج محاسبه شده از داده های تجربی مطابقت خوبی دارد. این نشان می دهد که وقتی سرعت جریان عرضه q استVبیشتر از 16 لیتر در ثانیه نیست ، دامنه پالس نسبی افت فشار ZfT بالاتر از LFT و Q استP= به نظر می رسد 14 لیتر در ثانیه شرایط بهینه برای ZFT به عنوان a استVas تحت این شرایط به حداکثر ارزش خود می رسد. همچنین می توان از نتایج شبیه سازی CFD نتیجه گرفت که وقتی سرعت جریان عرضه Q

بیشتر از یک مقدار خاص است ، دامنه پالس نسبی افت فشار LFT بالاتر از ZFT خواهد بود.

در یک روش مشابه ، دامنه پالس جابجایی نیز می تواند غیر بعدی باشد و به عنوان دامنه پالس نسبی جابجایی تعریف شود:Dجایی که aبه ترتیب حداکثر و حداقل فشار در (i) هستند. علاوه بر این ، PمیهمانDمیانگین مقدار جابجایی (میانگین مقدار جابجایی اندازه گیری شده در یک چرخه کار) را نشان می دهد. روند دامنه پالس نسبی جابجایی aV′ با توجه به سرعت جریان qVدر شکل 9 ارائه شده است.D= 10 لیتر در ثانیه ، مقدار aDبرای ZFT نزدیک به صفر است. این به این دلیل است که فشار در (i) به اندازه کافی قوی نیست که بر نیروی پیش از سفت شدن فنرهای دیسکی که قبلاً در مورد آن صحبت شد، غالب شود، و بنابراین دامنه نوسان بسیار ضعیف است. نتیجه مشابهی برای A به دست می آیدVمقدار ZFT که در Q به حداکثر خود می رسدD= 14 لیتر در ثانیهعلاوه بر این، همانطور که در شکل 9 نشان داده شده است، AVتفاوت بین LFT و ZFT پس از Q به طور قابل توجهی کاهش می یابدP= 14 لیتر در ثانیهبا توجه به نتایج CFD AVدر شکل 8 نشان داده شده است، می توان استنباط کرد که وقتی مقدار QDبه طور مداوم افزایش می یابد، APمقدار LFT بالاتر از ZFT خواهد بود. اگر پالس های فشار تولید شده به اندازه افت فشار مهم در نظر گرفته شوند، مقادیر A بالاتر استD" و AV" را می توان به عنوان نشان دهنده عملکرد بهتر FAOT در نظر گرفت. منطقی به نظر می رسد که به این نتیجه برسیم که وقتی نرخ جریان عرضه Q

نسبتاً پایین یا بالاتر از یک مقدار مشخص است، LFT عملکرد بهتری دارد. در غیر این صورت، به نظر می رسد ZFT یک جایگزین ترجیحی باشد.

5. نتیجه گیری هاPمقدار LFT بالاتر از ZFT خواهد بود. اگر پالس های فشار تولید شده به اندازه افت فشار مهم در نظر گرفته شوند، مقادیر A بالاتر استD" و AVبرای ارزیابی عملکرد یک FAOT، می توان نتیجه گرفت که وقتی نرخ جریان عرضه Q

نسبتاً پایین یا بالاتر از یک مقدار مشخص است، LFT عملکرد بهتری را نشان می دهد. در غیر این صورت، به نظر می رسد ZFT یک جایگزین ترجیحی باشد. در اکثر شرایط عملیاتی از نظر سرعت جریان و افت فشار، کیس طراحی ZFT بهتر از LFT عمل می کند. علاوه بر این، یک رویکرد CFD با تکنیک مش پویا برای پیش‌بینی افت فشار و فرکانس نوسان ابزار نوسان نوع ZFT استفاده شد. اگرچه داده‌های به‌دست‌آمده توسط شبیه‌سازی‌های CFD کمی بزرگ‌تر از نتایج تجربی است، تفاوت‌ها قابل قبول است و توافق قابل‌توجهی را بین آنها نشان می‌دهد.

قدردانی ها

نویسندگان دریافت حمایت مالی زیر از تحقیقات ، نویسندگی و/یا انتشار این مقاله را فاش کردند: این مطالعه توسط پروژه های صندوق های تحقیقاتی علوم و فناوری عمومی پروژه های وزارت زمین و منابع چین (شماره 201311112) و پشتیبانی شده است. پروژه CNPC Bohai Drilling Engineering Limited Limited (شماره 2016ZD17Y-01). نویسندگان همچنین به خاطر توصیه های مفید خود از داوران سپاسگزار هستند.

کمک های نویسنده

جیانمینگ پنگ و او لیو این مطالعه را تصور و طراحی کردند. Xinxin Zhang شبیه سازی های عددی را انجام داد. Xinxin Zhang و Dongyu Wu آزمایشات را انجام دادند. Xinxin Zhang مقاله را نوشت. جیانمینگ پنگ نسخه خطی را مرور و ویرایش کرد. همه مولفان کتاب خطی را خواندند و تایید کردند.

تضاد علاقه

  1. منابع
  2. بارتون ، س. ؛Baez ، F. ؛Alali ، A. بهبود عملکرد حفاری در نمایشنامه های شیل گاز با استفاده از یک دستگاه همزن حفاری جدید. در مجموعه مقالات کنفرانس و نمایشگاه فنی ملی AADE ، هیوستون ، TX ، ایالات متحده ، 14-16 ژوئن 2011. [Google Scholar]
  3. مک کورمیک ، J. E. ؛Chiu ، T. F. عمل و تکامل گشتاور و کاهش درگ: نظریه و نتایج میدانی. در مجموعه مقالات کنفرانس و نمایشگاه فنی سالانه SPE ، بانکوک ، تایلند ، 15-17 نوامبر 2011. [Google Scholar]
  4. لیو ، ی. ؛چن ، ص ؛وانگ ، ایکس ؛MA ، T. مدل سازی کاهش دهنده اصطکاک یک ابزار نوسان محوری با استفاده از مدل اصطکاک پویا. J. Nat. SCI GAS. مهندس2016 ، 33 ، 397-404.[Google Scholar] [CrossRef]
  5. Abdo ، J. ؛الشجی ، H. بررسی القاء لرزش برای کاهش اصطکاک لوله های سیم پیچ در عملیات حفاری عمیق. در مجموعه مقالات کنگره و نمایشگاه بین المللی مهندسی مکانیک ASME ، مونترال ، QC ، کانادا ، 14-20 نوامبر 2014. [Google Scholar]
  6. Clausen ، J. R. ؛Schen ، A. E. ؛فورستر ، من. ؛پریل ، ج. ؛Gee ، R. حفاری با ارتعاشات ناشی از آن باعث بهبود ROP و کاهش چوب/لغزش در چاههای عمودی و جهت می شود. در مجموعه مقالات کنفرانس و نمایشگاه حفاری SPE ، فورت ورث ، TX ، ایالات متحده ، 4-6 مارس 2014. [Google Scholar]
  7. مارتینز ، ج. ؛کارسون ، C. R. ؛Canuel ، L. A. P. ؛Burnett ، T. G. ؛Gee ، R. New Technology سکوهایی را با ظرفیت فشار پمپ محدود برای استفاده از آخرین فناوری کاهش اصطکاک امکان پذیر می کند. در مجموعه مقالات جلسه منطقه ای شرقی ، پیتسبورگ ، پنسیلوانیا ، ایالات متحده ، 20-22 اوت 2013. [Google Scholar]
  8. Mohiuddin ، M. A. ؛خان ، ک. ؛عبدالرهیم ، ا. ؛المجد ، ا. ؛Awal ، M. R. تجزیه و تحلیل ناپایداری چاه در چاههای عمودی ، جهت دار و افقی با استفاده از داده های میدانی. J. بنزین. علمیمهندس2007 ، 55 ، 83-92.[Google Scholar] [CrossRef]
  9. پانچال ، ن. ؛Bayliss ، M. T. ؛Whidborne ، J. F. سیستم کنترل نگرش برای مجامع سوراخ پایین حفاری جهت دار. تئوری کنترل IET Appl. 2012 ، 6 ، 884-892.[Google Scholar] [CrossRef]
  10. Gee ، R. ابزارهای نوسان محوری در مقابل ابزارهای ارتعاش جانبی برای کاهش اصطکاک - بهترین راه برای تکان دادن لوله چیست؟در مجموعه مقالات کنفرانس و نمایشگاه حفاری SPE/IADC ، لندن ، انگلیس ، 17-19 مارس 2015. [Google Scholar]
  11. آللی ، ا. ؛Akubue ، V. A. ؛بارتون ، S. P. ؛Gee ، R. ؛Burnett ، T. G. ابزارهای آشفتگی باعث کاهش چشمگیر در انرژی خاص مکانیکی می شود. در مجموعه مقالات کنفرانس و نمایشگاه نفت و گاز آسیا اقیانوس آرام ، پرت ، استرالیا ، 22-24 اکتبر 2012. [Google Scholar]
  12. ژنگ ، س. ؛جفریس ، B. P. ؛Thomeer ، H. V. ؛Leising ، L. J. روش و دستگاه برای ارتعاش یک جزء Downhole. ثبت اختراع ایالات متحده 6،571،870 ، 6 مارس 2003. [Google Scholar]
  13. البوجی ، M. H. ؛Dashash ، A. A. ؛Shawly ، A. S. ؛ال گوراینی ، W. K. ؛Al-Driweesh ، S. M. ؛Bugrov ، v. ؛Nicoll ، S. حداکثر رسیدن لوله های سیم پیچ در هنگام ورود به سیستم چاههای افقی گسترده با استفاده از همزن خط الکترونیکی. در مجموعه مقالات کنفرانس و نمایشگاه بین المللی نفت کویت ، شهر کویت ، کویت ، 14-16 دسامبر 2009. [Google Scholar]
  14. National Oilwell Varco. سیستم همزن. در دسترس آنلاین: http://www. nov. com/agitator/ (دسترسی به 20 دسامبر 2016).
  15. Sola ، K. I. ؛لوند ، B. ابزار جدید Downhole برای دستیابی به لوله های سیم پیچ. در مجموعه مقالات میزگرد لوله های SPE/ICOTA ، هیوستون ، TX ، ایالات متحده ، 5-6 آوریل 2000. [Google Scholar]
  16. ژانگ ، ح. ؛گوان ، ز. ؛لیو ، ی. ؛دو ، Y. توسعه ابزار کاهش دریل تحریک رشته بر اساس تحریک چرخشی. حیوان خانگی چین. ماچ2015 ، 43 ، 9–12.[Google Scholar]
  17. Weatherford International. ابزارهای کاهش اصطکاک مکانیکی. در دسترس آنلاین: http://www. weatherford. com/doc/wft154945 (دسترسی به 20 دسامبر 2016).
  18. والتر ، ب. دستگاه پالس جریان آکوستیک و روش برای رشته مته. ثبت اختراع ایالات متحده 6،910،542 ، 28 ژوئن 2005. [Google Scholar]
  19. لیو ، H. تجزیه و تحلیل نظری و تحقیقات تجربی در مورد ابزار نوسان جت مایع. دکتریپایان نامه ، دانشگاه جیلین ، چانگچون ، چین ، 2014. [Google Scholar]
  20. او، J. F. یین، ک. پنگ، جی. ام. ژانگ، X. X. لیو، اچ. Gan, X. طراحی و تحلیل امکان سنجی یک نوسان ساز جت سیال با کاربرد در حفاری چاه جهت دار افقی. جی. نات. علوم گازمهندس2015، 27، 1723-1731.[Google Scholar] [CrossRef]
  21. لیو، اچ. فنگ، Q. ژو، جی. وو، ایکس. ژائو، پی. وانگ، جی. تحلیل فرکانس ارتعاش نوسانگر هیدرولیک جت. چین پت. ماخ2016، 44، 20-24.[Google Scholar]
  22. CNPC Bohai Drilling Engineering Company Limited. نوسانگر هیدرولیک جت BH-HVT برای حفاری ; گزارش فنی؛CNPC Bohai Drilling Engineering Company Limited: تیانجین، چین، 2016. [Google Scholar]
  23. ژانگ، ایکس. پنگ، جی. جنرال الکتریک، دی. بو، ک. یین، ک. Wu, D. مطالعه عملکرد یک چکش سیال که توسط یک نوسان ساز سیال دوپایدار تغذیه شده با خروجی کنترل می شود. Appl. علمی2016، 6، 305. [Google Scholar] [CrossRef]
  24. سیمپسون، A. R. ویلی، ای. بی. فشارهای چکش آب بزرگ برای جداسازی ستون در خطوط لوله. جی هیدرول. مهندس1991، 117، 1310-1316.[Google Scholar] [CrossRef]
  25. ژانگ، ایکس. پنگ، جی. چن، جی. بو، ک. یین، ک. Wu, D. تأثیر پارامترهای محرک بر عملکرد چکش جت مایع مرتبط با رفتار جت آن. در مجموعه مقالات موسسه مهندسین مکانیک، قسمت ج: مجله علوم مهندسی مکانیک ; انتشارات SAGE: Thousand Oaks، CA، USA، 26 دسامبر 2016. [Google Scholar]
  26. پنگ، جی. ام. ژانگ، کیو. لی، جی. ال. چن، جی دبلیو. گان، ایکس. او، J. F. تأثیر پارامترهای هندسی تقویت کننده سیال دوپایدار در چکش جت مایع بر سرعت جریان آستانه آن. محاسبه کنید. مایعات 2013، 82، 38-49.[Google Scholar] [CrossRef]
  27. Tesař، V. Smyk، E. نوسان ساز فرکانس پایین سیال با تاخیر زمانی چرخش به بالا. شیمی. مهندسروند. 2015، 90، 5-15.[Google Scholar] [CrossRef]
  28. یاماموتو، ک. هیروکی، اف. Hyodo، K. پدیده نوسان خودپایدار فلومترهای سیال. J. Vis. 1999، 1، 387-396.[Google Scholar] [CrossRef]
  29. اوزول، او. Camci، C. تجسم تجربی و محاسباتی و اندازه گیری فرکانس نوسان جت در داخل یک نوسانگر سیال. J. Vis. 2002، 5، 263-272.[Google Scholar] [CrossRef]

Applsci 07 00360 g001 550

پنگ، جی. ام. یین، Q. L. لی، جی. ال. لیو، اچ. Wang, W. اثر پارامترهای محرک بر سرعت جریان بحرانی یک تقویت کننده سیال. Appl. ریاضی. مدل. 2013، 37، 7741-7751.[Google Scholar] [CrossRef]

پنگ، جی. ام. یین، Q. L. لی، جی. ال. لیو، اچ. Wang, W. اثر پارامترهای محرک بر سرعت جریان بحرانی یک تقویت کننده سیال. Appl. ریاضی. مدل. 2013، 37، 7741-7751.[Google Scholar] [CrossRef]

ثبت دیدگاه

مجموع دیدگاهها : 0در انتظار بررسی : 0انتشار یافته : ۰
قوانین ارسال دیدگاه
  • دیدگاه های ارسال شده توسط شما، پس از تایید توسط تیم مدیریت در وب منتشر خواهد شد.
  • پیام هایی که حاوی تهمت یا افترا باشد منتشر نخواهد شد.
  • پیام هایی که به غیر از زبان فارسی یا غیر مرتبط باشد منتشر نخواهد شد.