UM Drilling / UM Drillstring Analysis

 

Программный модуль UM Drilling и инженерное приложение UM Drillstring Analysis, разработанные нашей командой, предоставляют набор инструментов для решения исследовательских и прикладных инженерных задач, связанных с моделированием поведения бурильной колонны/компоновки низа бурильной колонны (КНБК) в скважине произвольной конфигурации для различных условий эксплуатации. В частности они направлены на решение задач, описанных ниже.

 

  Прикладные и исследовательские задачи


Torque&Drag - Анализ моментов и сил сопротивления на колонне

Оценка крутящих моментов и сил, возникающих в буровых или обсадных колоннах при различных технологических операциях на скважине: спускоподъемные операции, бурение с/без вращения колонны, вращение над забоем, расширительные работы, работы по подъему утерянного оборудования и пр. Определение критических эксплуатационных параметров, приводящих к потере устойчивости колонны в скважине произвольной конфигурации.

Реализованы решения задач как с использованием «мягкой» модели (Soft-string Torque&Drag) - быстрое решение без учета изгибной жесткости элементов колонны, так и в рамках «жесткой» модели, учитывающей поперечные смещения колонны относительно оси скважины (Stiff-string Torque&Drag).

Статический анализ

Исследование деформированного состояния КНБК в скважине произвольной конфигурации на основании расчета равновесного положения модели; анализ контактных сил, действующих со стороны стенок скважины на колонну, а также внутренних силовых факторов и напряжений,  возникающих  в элементах колонны в различных условиях эксплуатации.

Вибрационный анализ

  • Линейный вибрационный анализ (выход в IV кв. 2022 г.)

Анализ собственных форм и частот КНБК в окрестности положения равновесия, расчет линейного отклика системы на воздействия, возникающие при взаимодействии со скважиной, представленные кинематическими и силовыми гармоническими возмущениями; построение карт зависимости линейного отклика системы от эксплуатационных параметров.

  • Нелинейный вибрационный анализ

Моделирование вибрационного отклика на силовые возмущения во временной области; доступно в рамках инструмента Анализа динамики БК.

Анализ динамики КНБК / бурильной колонны

Численное моделирование динамических процессов, возникающих при движении бурильной колонны в скважине – спуско-подъемных операциях, проходке и расширении ствола –  во временной области; интегрирование нелинейных уравнений движения системы с подробным моделированием контактного взаимодействия элементов буровой колонны со скважиной, сил резания на долоте. Опционально доступно задание наборов силовых возмущений для элементов компоновки, а также интерактивное управление параметрами компоновки (управление РУС, пр.) и операционными параметрами (сила на крюке, скорость вращения, скорость прокачки бурового раствора и пр.) в процессе моделирования.

Результаты анализа могут применяться для исследования поведения компоновки в различных условиях эксплуатации, анализа переходных автоколебательных процессов в колонне, уточнения результатов линейного вибрационного анализ, а также определения оптимальной конфигурации и режимов работы бурильного оборудования.

Анализ направления проходки (выход в IV кв. 2023 г.)

Оценка направления проходки на основании анализа деформированного состояния КНБК в скважине: прогноз направления проходки для заданного положения КНБК в скважине, а также  последовательное построение траектории скважины по результатам прогноза.

  Программные продукты


  • Инженерное приложение UM Drillstring Analysis

Приложение ориентировано на использование персоналом бурильных компаний. Инженерная среда обеспечивает задание исходных данных в общепринятом формате для различных типов анализа, запуск решателей (в том числе – решателей сторонних разработчиков), представление и сравнение результатов, формирование отчетов и пр.

В настоящее время в функционал инженерного приложения входят инструменты для статического анализа КНБК (включая инструментария для описания моделей РУС, напорных двигателей и пр. элементов компоновки), Torque&Drag анализа бурильной колонны, а также анализа динамики БК.

  

  • Модуль UM Drilling ПК Универсальный Механизм

Модуль предназначен для решения широкого круга научно-исследовательских задач в рамках среды программного комплекса Универсальный Механизм. Наряду со стандартными возможностями описания модели на базе общей библиотеки тел, подсистем и силовых элементов среды УМ реализован функционал автоматического создания модели по инженерному описанию. 

istory Доступные инструменты и планы выпуска

 

Инструмент UM Drillstring Analysis Модуль UM Drilling Комментарии
Torque&Drag анализ     Оценка крутящих моментов и сил, возникающих в буровых или обсадных колоннах при различных технологических операциях на скважине.
Soft String IV кв. 2022 г. Быстрое решение без учета изгибной жесткости элементов колонны.
Stiff String IV кв. 2022 г. Уточненное решение с использованием модели, учитывающей поперечные смещения колонны относительно оси скважины
Статический анализ КНБК IV кв. 2022 г. Исследование деформированного состояния КНБК в скважине произвольной конфигурации на основании расчета равновесного положения модели; анализ контактных сил, действующих со стороны стенок скважины на колонну, а также внутренних силовых факторов и напряжений,  возникающих  в элементах колонны в различных условиях эксплуатации.
Линейный вибрационный анализ IV кв. 2022 г. IV кв. 2022 г. Анализ собственных форм и частот КНБК в окрестности положения равновесия, расчет линейного отклика системы на воздействия, возникающие при взаимодействии со скважиной, представленные кинематическими и силовыми гармоническими возмущениями; построение карт зависимости линейного отклика системы от эксплуатационных параметров.
Оценка направления проходки IV кв. 2022 г. I кв. 2023 г. Оценка направления проходки скважины на основании анализа деформированного состояния КНБК в скважине; последовательное построение прогноза траектории скважины.
Анализ динамики колонны/КНБК IV кв. 2022 г. Численное моделирование динамических процессов, возникающих при движении бурильной колонны в скважине.
Панель управления IV кв. 2022 г. Интерактивное управление параметрами компоновки (управление РУС, пр.) и операционными параметрами (сила на крюке, скорость вращения, скорость прокачки бурового раствора и пр.) в процессе моделирования.
  Установка и регистрация программы UM Drillstring Analysis


DSAСкачайте инсталляцию пробной версии программы "UM Drillstring Analysis" 1.0.1.0  (от 02.11.2021) и установите ее на жесткий диск.

После установки программа будет работать в течение одного месяца. Студентам и аспирантам по запросу предоставляется бесплатная образовательная лицензия сроком на 6 месяцев. Для этого с помощью диалога регистрации создайте файл-запрос (Помощь/О программе/Регистрация) и отправьте его на адрес registration@universalmechanism.com. К запросу лицензии приложите копию студенческого билета.

Инсталляция включает в себя все, доступные на сегодняшний день, инструменты инженерного приложения для анализа динамики бурильной колонны и документацию к ним.

  Имя файла Размер Описание
Анализ динамики бурильной колонны – UM Drillstring Analysis / Инсталляции
Icon DSA

DSA_1.0.1.8.exe

  441 Мб Анализ динамики бурильной колонны 1.0. (UM Drillstring Analysis 1.0).
Анализ динамики бурильной колонны – UM Drillstring Analysis / Руководство пользователя: начинаем работать
pdf

GS DSA - UM Drillstring Analysis.pdf

  17 Мб Начинаем работать в приложении Анализ динамики бурильной колонны (UM Drillstring Analysis).
Анализ динамики бурильной колонны – UM Drillstring Analysis / Обзорная презентация
 um_drilling.zip 230 Мб Обзор возможностей приложения Анализ динамики бурильной колонны (UM Drillstring Analysis).
  Инженерное описание модели


Инженерное описание включает данные о траектории и конструкции скважины, градиентах температур и давлений, буровых растворах; а также компоновку буровой колонны/КНБК в терминах, принятых в бурильной отрасли; функционал позволяет описывать постановку различных задач без подробного изучения специфики применяемых математических моделей. 

  История развития


В 2009-2014 наша команда разработала внутреннее программное обеспечение для компании Weatherford, предназначенное для частичной замены ПО Wellplan от Landmark. Были реализованы инструменты для статического (Static Analysis) и вибрационного (Critical Speed) анализа компоновок низа бурильной колонны (КНБК), soft-string и stiff-string Torque&Drag анализа БК, оценки направления проходки (Directional Tendencies), а также инженерная среда Weatherford A-M-E для подразделений компании.

По завершению активной фазы сотрудничества с Weatherford развитие данного направления было продолжено - был создан новый программный код, включающий альтернативные подходы к моделированию динамики бурильной колонны, позволяющие эффективно решать известные задачи, а также исследовать динамику вращающейся колонны с учетом взаимодействия со стенками скважины и забоем во временной области.

 

  Модели и методы


В рамках принятого подхода бурильная колонна моделируется набором упругих балок, а также абсолютно твердых или упругих тел произвольной геометрии, соединенных между собой посредством шарниров либо силовых элементов. Применяющийся подход позволяет описывать как однородные секции бурильных труб, так и детали сложной конфигурации: буры, стабилизаторы, забойные двигатели, роторные управляемые системы и пр.

Построение уравнений движения системы осуществляется в соответствии с общими подходами, применяющимися для моделирования динамики систем тел. Движение упругих тел описывается в рамках модального подхода, либо с использованием метода абсолютных узловых координат. Модель автоматически учитывает возникновения деформаций колонны при помещении ее в ствол искривленной скважины.

Взаимодействие буровой колонны со скважиной описывается набором дискретных контактных сил типа окружность-цилиндр и точка-цилиндр. Реализованы математические модели сил резания для описания взаимодействия шарошечных и PDC долот с породой.

Применение высокопроизводительных численных методов с поддержкой многопоточных вычислений позволяет проводить расчет равновесного состояния как КНБК, так и бурильной колонны в целом, а также моделировать различные переходные динамические процессы, возникающие при движении КНБК в скважине.

  Дистрибьюторы и партнёры


MindMesh Inc

На североамериканском рынке наши программы для моделирования бурильных колонн распространяются через нашего дистрибьютора – компанию MindMesh Inc под брендом «RiMo – Well Engineering Software».

Трубная Металлургическая Компания

На российском рынке наша компания сотрудничает с «Трубной Металлургической Компанией», подразделение «ТМК Премиум-Сервис».

  Пользователи


Weatherford

Nabors

Premier Directional Drilling

Legacy Directional

  Публикации

 

СИЛЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ДОЛОТА С ПОРОДОЙ ПРИ КОМПЬЮТЕРНОМ МОДЕЛИРОВАНИИ ДИНАМИКИ БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ
Погорелов Д.Ю., Лысиков Н.Н.
Электронный научный журнал Нефтегазовое дело. 2019. № 3. С. 211-236.
Полный текст статьи

РАСЧЕТ СОБСТВЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ С УЧЕТОМ ВЛИЯНИЯ ПРОМЫВОЧНОЙ ЖИДКОСТИ
Погорелов Д.Ю.
Электронный научный журнал Нефтегазовое дело. 2018. № 5. С. 134-150.
Полный текст статьи

FLEXIBLE MULTIBODY APPROACHES FOR DYNAMICAL SIMULATION OF BEAM STRUCTURES IN DRILLING
Mikheev G., Pogorelov D., Dmitrochenko O., Gandikota R.
В сборнике: Proceedings of the ASME Design Engineering Technical Conference 2014.
Полный текст статьи

A NONLINEAR FINITE ELEMENT FOR SIMULATION OF DYNAMICS OF BEAM STRUCTURES USING MULTIBODY SYSTEM APPROACH
Dmitrochenko O., Mikheev G., Pogorelov D., Gandikota R.
В сборнике: 11th World Congress on Computational Mechanics, WCCM 2014, 5th European Conference on Computational Mechanics, ECCM 2014 and 6th European Conference on Computational Fluid Dynamics, ECFD 2014 11. 2014. С. 655-666.
Полный текст статьи

USE OF MULTIBODY SYSTEM APPROACH FOR TORQUE AND DRAG ANALYSIS OF LONG DRILL STRINGS
Pogorelov D.Y., Mikheev G.V., Valiullin K.B., Gandikota R.
В сборнике: 11th World Congress on Computational Mechanics, WCCM 2014, 5th European Conference on Computational Mechanics, ECCM 2014 and 6th European Conference on Computational Fluid Dynamics, ECFD 2014 11. 2014. С. 688-699.
Полный текст статьи

A MULTIBODY SYSTEM APPROACH TO DRILL STRING DYNAMICS MODELING
Pogorelov D., Mikheev G., Lysikov N., Ring L., Gandikota R., Abedrabbo N.
В сборнике: ASME 2012 11th Biennial Conference on Engineering Systems Design and Analysis, ESDA 2012 2012. С. 53-62.
Полный текст статьи