The Influence of Friction Forces on Longitudinal Wave Propagation in a Stuck Drill String in a Borehole

A mathematical model and the computer software for the analysis of dynamic processes occurring in the drilling pipes in the borehole under stuck drill string release by means of an impact mechanism (a jerking device) or a pulse-wave installation, equipped with electric linear pulse motor are presented. The drill string with an impact mechanism, which is inserted over the stuck section after failure, is detected and is activated by lowering and taking the non-stuck upper part of the string by means of the drilling rig drive and is considered as a discrete-continuous mechanical system. As a result of the impact of the hammer on the body of the impact mechanism, wave processes are formed in the drill string, which helps to release the stuck drill string. The influence of friction forces on propagation of longitudinal waves in the drill pipe string is investigated. Practical recommendations are developed regarding the above-mentioned efficiency of drilling for oil and gas.

W artykule przedstawiono model matematyczny i opracowano program komputerowy do analizy procesów dynamicznych, zachodzących w zablokowanej w odwiercie kolumnie rur wiertniczych podczas oswabadzania kolumny za pomocą mechanizmu udarowego (szarpaka) lub urządzenia impulsowo-falowego, wyposażonego w elektryczny liniowy silnik impulsowy. Kolumna rur wiertniczych z mechanizmem udarowym, który wstawia się nad zablokowanym odcinkiem po ujawnieniu awarii i uruchamia się poprzez opuszczanie i podejmowanie górnej części kolumny za pomocą układu napędowego wiertnicy, rozpatruje się jako układ mechaniczny dyskretno-ciągły. Wskutek uderzenia bijaka w korpus mechanizmu udarowego w kolumnie wiertniczej powstają procesy falowe, sprzyjające oswobodzeniu zablokowanej kolumny. Zbadano wpływ sił tarcia na propagacje fal wzdłużnych w kolumnie rur wiertniczych. Opracowano rekomendacje praktyczne, dotyczące podwyższenia efektywności wiercenia otworów na ropę i gaz.