DOI: https://doi.org/10.20998/2078-774X.2016.10.15

HEAT TRANSFER OF DRILLING TOOL UNDER VARIABLE COOLING

Andrii Yuliyowiz Dreus

Анотація


ABSTRACT The subject of research is the heat transfer process on the working face of the drilling borehole using diamond core bits. This problem is very important for development of new high-technology drilling where variable supply of mud is used. The aim of this article is defining the variable heat transfer coefficients on the drill tool surface. Methods of research are mathematical modeling and computational experiment. Historical review of publications and modern works related at this problem are conducted, and actuality of presented work is justified. The fluid dynamics of drill mud on the working face of borehole is needed for solving thermal problem. Thus, results of 3D modelling of fluid dynamics are presented as well. The outcome of modelling shows that heat transfer coefficient is changed into one direction only. The expressions for defining heat transfer coefficients as function from time were proposed, taking to account a mode of cooling. Based on the calculation of the average mud velocity field, heat transfer coefficients for core bit were defined. Obtained results of interest to determine the temperature regime of drilling tools and determination and energy saving mode with pulse drilling flushing. 

Повний текст:

PDF (English)

Посилання


Kozhevnikov, A. A. and Vyirvinskiy, P. P. (1985), "Termomehanicheskoe razrushenie gornyih porod pri razvedochnom burenii s generirovanie teplovoy energii (это название статьи в транслитерации, его не убирать) [Thermomechanical destruction of rocks during exploration drilling with the generation of thermal energy", Tehnika i tehnologiya geologorazvedochnyih rabot, organizatsiya proizvodstva: Obzor VNII EMS [Technique and technology of geological exploration, production management: Overview of EMC Research Institute], Moscow, Russia.

Fassahov, R. H., Faizulin, I. K., Sahapov, Ya. M., Badretdinov, A. M., Eldashev, D.A., Proschekalnikov, D. V., Guryanova, A. I. (2005), "Energosberezhenie v gidroimpulsnom vozdeystvii na prizaboynuyu zonu neftyanogo plasta [Hydro Energy efficiency in pulsed action on oil bottomhole formation]", Izvestiya vyisshih uchebnyih zavedeniy. Problemy energetiki [Proceedings of the higher educational institutions. Energy Problems.], No. 9–10, pp. 56–60.

Tungusov, S. A. (2009), "Povyishenie proizvoditelnosti bureniya skvazhin za set primeneniya impulsnoy promyivki [Increased productivity of drilling through the use of a pulsed washing]", Razvedka i ohrana nedr [Exploration and conservation of mineral resources], No. 8, pp. 42–47.

Walter, Bruno H. (2000), "Flow pulsing method and apparatus for the increase of the rate of drilling". U.S. Patent 6,053,261.

Liu, Yong (2015), "Experimental study of flow field structure of interrupted pulsed water jet and breakage of hard rock", International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, no. 78, pp. 253–261, ISSN. 1365-1609 – doi: 10.1016/j.ijrmms.2015.06.005.

Kozhevnikov, A. (2014), "Impulse technologies of borehole drilling – technologies of XXI century", Progressive technologies of coal, coalbed methane, and ores mining, Taylor&Fransic Group UK, pp. 175–181, ISBN. 978-1-138-02699-5.

Kudryashov, B. B. and Onoshko, Yu. A. (1964), "Nagrev i ohlazhdenie almaznyih koronok pri burenii [Heating and cooling of diamond bits for drilling]", Metodika i tehnika razvedki . Sb. nauchn. tr. VITR [Methods and intelligence equipment: Coll. scientific.works WITE], no. 46, pp. 3–13.

Kozhevnikov, A. A., Goshovskiy, S. V., Dreus, A. Yu. and Martyinenko, I. I. (2008), Teplovoy faktor pri burenii skvazhin [The thermal factor in drilling wells], UkrGGRI, Kiev, Ukraine.

Dreus A. Yu., Kozhevnikov, A. O., Sudakov, A. K. and Eremin, A. O. (2014), "Problema opredeleniya kontaktnoy temperaturyi pri burenii skvazhin. Obzor [The problem of determining the contact temperature in borehole drilling wells. Owerwiew]", Naukovi pratsi Donetskogo natsionalnogo tehnichnogo unIversitetu. Ser.: Girnicho-geologichna [Scientific papers of Donetsk National Technical University. Series: Mining and Geology], no. 2(21), pp. 10–19, – ISSN 2073-9575.

Scherban, A. N. and Chernyak, V. P. (1974), Prognoz i regulirovanie teplovogo rezhima pri burenii glubokih skvazhin [Prediction and control of the thermal regime in the drilling of deep wells], Nedra, Moscow, Russia.

Kozhevnikov, A. A., Goshovskiy, S. V. and Martyinenko, I. I. et al. (2006), Zaboynyie faktoryi almaznogo bureniya geologorazvedochnyih skvazhin [Downhole factors of the diamond drilling exploration wells], Lira LTD, Dnipropetrovsk, Ukraine.

Dreus, A. Yu. (2010), "Eksperimentalnoe issledovanie teplootdachi vraschayuschegosya sterzhnya pri tortsevom nagreve [Experimental study of heat transfer of a rotating rod under face heating]", Promyishlennaya teplotehnika [Industrial heat engineering], vol. 32, no. 3, pp. 18–24, ISSN 0204-3602.

Hong-Mei Huang, Shiyou Daxue Xueban and Ziran Kexue Ban (2005), "Numerical simulation and experimental checking for downhole flow field of a real PDC bit", Journal of the University of Petroleum, China: Natural Science Edition, no. 29.3, pp. 49–52.

Jian Zhao, Yiji Xu, Jianhua Ren, Deju Hou (2014), "Numerical Simulation of the Bottom Hole Flow Field of Particle Impact Drilling", Advances in Petroleum Exploration and Development, no. 8(2), pp. 18-23, ISSN 1925-542X, doi: 10.3968/5955.

Karakozov, A. A. Popova, M. S., Parfenyuk, S. N., Bogdanov, R. K. and Zakora, A. P. (2013), "Sozdanie odnosloynyih almaznyih koronok, osnaschonnyih sinteticheskimi monokristallami [Development of single-layer diamond core bits equipped with synthetic monocrystals]", Naukovi pratsi Donetskogo natsionalnogo tehnichnogo universitetu. Ser.: Girnicho-geologichna [Scientific papers of Donetsk National Technical University. Series: Mining and Geology], no. 2, pp. 245–252, ISSN 2073-9575.

Kozhevnikov, A. A., Goshovskiy, S. V., Dreus, A. Yu. and Martyinenko, I. I. (2007), "Teplovoe pole almaznoy koronki pri burenii s nestatsionarnyim rezhimom promyivki skvazhinyi [Thermal field of diamond core bit in drilling wells under non-stationary mode of washing]", Dopovidi Natsionalnoyi Akademiyi Nauk Ukrainy [Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine], no. 2, pp. 62–67.

Launder, B. E. and Spalding D. B. (1972), Lectures in Mathematical Models of Turbulence, Academic Press, London, UK.

Nakorchevskiy, A. I. and Basok, B. I. (2001), Gidrodinamika i teplomassoperenos v geterogennyih sistemah i pulsiruyuschih potokah [Hydrodynamics and heat and mass transfer in heterogeneous systems and pulsating flows], Naukova dumka, Kiev, Ukraine.


Пристатейна бібліографія ГОСТ


1    Кожевников, А. А. Термомеханическое разрушение горных пород при разведочном бурении с генерирование тепловой энергии [Текст] / А. А. Кожевников, П. П. Вырвинский // Техника и технология геологоразведочных работ, организация производства: Обзор ВНИИ ЭМС. – М., 1985. – 36 с.

 

2    Фассахов, Р. Х. Энергосбережение в гидроимпульсном воздействии на призабойную зону нефтяного пласта [Текст] / Р. Х. Фассахов, И. К. Файзуллин, Я. М. Сахапов, А. М. Бадретдинов, Д. А. Елдашев, Д. В. Прощекальников, А. И. Гурьянова // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. – 2005. – № 9–10                         . – С. 56–60.

 

3    Тунгусов, С. А. Повышение производительности бурения скважин за сет применения импульсной промывки [Текст] / С. А. Тунгусов // Разведка и охрана недр. – 2009. – № 8. – С. 42–47.

 

4    Patent No. 6,053,261 U.S. Flow pulsing method and apparatus for the increase of the rate of drilling [Text] / Walter, Bruno H. – 25 Apr. 2000.

 

5    Liu, Yong. Experimental study of flow field structure of interrupted pulsed water jet and breakage of hard rock [Text] / Yong Liu // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. – 2015. – No. 78. – P. 253–261. – ISSN. 1365-1609. – doi: 10.1016/j.ijrmms.2015.06.005.

 

6    Kozhevnikov, A. Impulse technologies of borehole drilling – technologies of XXI century [Text] / A. Kozhevnikov // Progressive technologies of coal, coalbed methane, and ores mining. – 2014. – Taylor&Fransic Group UK. – P. 175–181. – ISBN. 978-1-138-02699-5.

 

7    Кудряшов, Б. Б. Нагрев и охлаждение алмазных коронок при бурении [Текст] / Б. Б. Кудряшов, Ю. А Оношко // Методика и техника разведки : Сб. науч. тр. ВИТР. – 1964. – № 46. – С. 3–13.

 

8    Кожевников, А. А. Тепловой фактор при бурении скважин [Текст] / А. А. Кожевников, С. В. Гошовский, А. Ю. Дреус, И. И. Мартыненко. – Киев : УкрГГРИ, 2008 – 166 с. – ISBN 978-966-7896-51-5.

 

9    Дреуc, А. Ю. Проблема определения контактной температуры при бурении скважин. Обзор [Текст] / А. Ю. Дреус, А. О. Кожевников, А. К. Судаков, А. О. Еремин // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Сер.: Гірничо-геологічна. – 2014. – Вип. 2(21). – С. 10–19. – ISSN 2073-9575.

 

10  Щербань, А. Н. Прогноз и регулирование теплового режима при бурении глубоких скважин [Текст] / А. Н. Щербань, В. П. Черняк. – М. : Недра, 1974. – 246 с.

 

11  Забойные факторы алмазного бурения геологоразведочных скважин [Текст] / А. А. Кожевников, С. В. Гошовский, И. И. Мартыненко [и др.]. – Днепропетровск : ЧП «Лира ЛТД», 2006. – 264 с. – ISBN 966-385-045-Х.

 

12  Дреус, А. Ю. Экспериментальное исследование теплоотдачи вращающегося стержня при торцевом нагреве [Текст] / А. Ю. Дреус // Промышленная теплотехника – 2010. – Т. 32, № 3. – С. 18–24. – ISSN 0204-3602.

 

13  Hong-Mei Huang Numerical simulation and experimental checking for downhole flow field of a real PDC bit [Text] / Hong-Mei Huang, Shiyou Daxue Xueban, Ziran Kexue Ban // Journal of the University of Petroleum. – China : Natural Science Edition, 2005. – No. 29.3. – P. 49-52.

 

14  Jian Zhao Numerical Simulation of the Bottom Hole Flow Field of Particle Impact Drilling [Text] / Jian Zhao, Yiji Xu, Jianhua Ren, Deju Hou // Advances in Petroleum Exploration and Development. – 2014. – No. 8(2). – P. 18–23. – ISSN 1925-542X. – doi: 10.3968/5955.

 

15  Каракозов, А. А. Создание однослойных алмазных коронок, оснащённых синтетическими монокристаллами [Текст] / А. А. Каракозов, М. С. Попова, С. Н. Парфенюк, Р. К. Богданов, А. П. Закора // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Сер.: Гірничо-геологічна. – 2013. – № 2. – С. 245–252. – ISSN. 2073-9575.

 

16  Кожевников, А. А. Тепловое поле алмазной коронки при бурении с нестационарным режимом промывки скважины [Текст] / А. А. Кожевников, С. В. Гошовский, А. Ю. Дреус, И. И. Мартыненко // Доповіді Національної академії наук України. – 2007. – № 2. – С. 62–67.

 

17  Launder, B. E. Lectures in Mathematical Models of Turbulence [Text] / B. E. Launder, D. B. Spalding. – London : Academic Press, 1972. – 169 p.

 

18  Накорчевский, А. И. Гидродинамика и тепломассоперенос в гетерогенных системах и пульсирующих потоках [Текст] / А. И. Накорчевский, Б. И. Басок. – Киев : Наукова думка, 2001. – 346 с.