Preview

Advanced Engineering Research

Расширенный поиск

Метод обратного анализа при математическом моделировании гидродинамического балласта в буровой установке

https://doi.org/10.23947/2687-1653-2021-21-1-43-54

Полный текст:

Аннотация

Введение. При организации бурильных работ одна из основных проблем — точность и плавность опускания связок труб в шахту бурильной установки. Это зависит от многих факторов, в том числе от работы гидротормоза подъемного устройства. Цели данной работы: создание и исследование математической модели гидродинамического балласта в буровой установке. С помощью метода обратного анализа изучено влияние некоторых эксплуатационных показателей на тормозной момент гидравлического тормоза.

Материалы и методы. Эксперименты проводились с использованием лабораторной установки, которая представляет собой модель гидродинамического тормоза. Его клапан закрывали при различных условиях, чтобы получить несколько значений давления с расчетом тормозного момента при подвешенном грузе определенной массы. Моделировались реальные (полевые) условия работы гидродинамического тормоза и сравнивались полученные результаты. При создании математической модели использован метод обратного анализа. Он основан на результатах экспериментальных измерений и позволяет выразить совокупность влияний отдельных переменных на тормозной момент.

Результаты исследования. Создана и протестирована математическая модель гидравлического тормоза. Определена зависимость тормозного момента от давления, плотности и вязкости балластной жидкости. Влияние каждой переменной определено экспериментально, т. к.  рассматриваемую зависимость  нельзя представить в виде прямой связи. Методом обратного анализа получен набор значений констант, которые дают оптимальное решение. Принимая во внимание стандартный массив ошибок и минимальную стандартную ошибку, учтены статистические ошибки, допущенные во время экспериментальных измерений. Визуализирован физически приемлемый диапазон значений предложенной математической модели. С помощью базовой (нелинейной) математической модели рассчитан вспомогательный тормозной момент гидродинамического тормоза в зависимости от давления, плотности и вязкости. Установлена адекватность предложенной модели. В качестве критерия корректности использовались расчетные показатели тормозного момента. Ошибочное расхождение не превысило 6 %. Для дополнительного тестирования модели проведен расчетный эксперимент, имитирующий полевые условия.

Обсуждение и заключения. Для математического моделирования гидродинамического балласта в буровой установке целесообразно использовать метод обратного анализа. Модель, предложенная  в данной работе, связывает тормозной момент гидродинамического тормоза с рабочими параметрами жидкости внутри балласта: давление, вязкость и плотность. Доказана объективность модели. Предложена поправка к ней для симуляции работы тормоза в полевых условиях. Опираясь на полученные результаты, в будущих исследованиях целесообразно испытать созданную модель в полевых условиях с реальной полезной нагрузкой.

Об авторах

И. Р. Антибас
ФГБОУ ВО «Донской государственный технический университет»
Россия

Антибас Имад Ризакалла, доцент кафедры «Основы конструирования машин», кандидат технических наук, доцент

ResearcherID: O-4789-2018

344003,  г. Ростов-на-Дону,  пл.  Гагарина,  1



А. Г. Дьяченко
ФГБОУ ВО «Донской государственный технический университет»
Россия

Дьяченко Алексей Геннадьевич, доцент кафедры «Основы конструирования машин», кандидат технических наук

344003,  г. Ростов-на-Дону,  пл.  Гагарина,  1



Б. И. Саед
Университет Алеппо
Сирия

Саед Бакир Имад, доцент кафедры «Сельскохозяйственное машиностроение» механического факультета Университета Алеппо), доктор технических наук, доцент

САР, г. Алеппо



Список литературы

1. Abdoulaev, G. S. Optical tomography as a PDE-constrained optimization problem / G. S. Abdoulaev, K. Ren, A. H. Hielscher // Inverse Problems. — 2005. — Vol. 21 (5). — P. 1507–1530. DOI: 10.1088/0266-5611/21/5/002

2. Analysis of the Gibbs sampler for hierarchical inverse problems / S. Agapiou, J. M. Bardsley, O. Papaspilliopoulos [et al.] // SIAM/ASA Journal on Uncertainty Quantification. — 2013. — Vol. 2 (1). — P. 511– 544. DOI: 10.1137/130944229

3. A review of surrogate models and their application to groundwater modeling / M. J. Asher, B. F. W. Croke, A. J. Jakeman [et al.] // Water Resources Research. — 2015. — Vol. 51(8). — P. 5957–5973. https://doi.org/10.1002/2015WR016967

4. Clark, M. P. Pursuing the method of multiple working hypotheses for hydrological modeling / M. P. Clark, D. Kavetski, F. Fenicia // Water Resources Research. — 2011. — Vol. 47 (9). — P. 1–16. https://doi.org/10.1029/2010WR009827

5. Stefani, F. FEM Applied to Hydrodynamic Bearing Design / F. Stefani // New Tribological Ways. — University Campus STeP Ri : InTech, 2011. — P. 451–476. DOI: 10.5772/15525

6. Wang, Y. Coupled Dynamic Analysis of Deepwater Drilling Riser under Combined Forcing and Parametric Excitation / Y. Wang, D. Gao, J. Fang // Journal of Natural Gas Science and Engineering. — 2015. — Vol. 27 (3). — P. 1739–1747.

7. Mao, L. Deep Water Drilling Riser Mechanical Behavior Analysis Considering Actual Riser String Configuration / L. Mao, Q. Liu, S. Zhou [et al.] // Journal of Natural Gas Science and Engineering. — 2016. — Vol. 33. — P. 240–254.

8. Wang, Y. Optimization Analysis of the Riser Top Tension Force in Deepwater Drilling: Aiming at the Minimum Variance of Lower Flexible Joint Deflection Angle / Y. Wang, D. Gao, J. Fang // Journal of Petroleum Science and Engineering. — 2016. — Vol. 146. — P. 149–157.

9. Chang, Y. Influential Factors for the Design of Ultra-Deepwater Drilling Risers / Y. Chang, G. Chen, L. Xu [et al.] // Petroleum Exploration and Development. — 2009. — Vol. 36 (4). — P. 523–528.

10. Gong, W. An adaptive surrogate modeling-based sampling strategy for parameter optimization and distribution estimation (ASMO-PODE) / W. Gong, Q. Duan // Environmental Modelling & Software. — 2017. — Vol. 95. — P. 61–75. https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2017.05.005


Для цитирования:


Антибас И.Р., Дьяченко А.Г., Саед Б.И. Метод обратного анализа при математическом моделировании гидродинамического балласта в буровой установке. Advanced Engineering Research. 2021;21(1):43-54. https://doi.org/10.23947/2687-1653-2021-21-1-43-54

For citation:


Antypas I.R., Dyachenko A.G., Saed B.I. Inverse analysis method for mathematical modeling of hydrodynamic ballast in a drilling rig. Advanced Engineering Research. 2021;21(1):43-54. https://doi.org/10.23947/2687-1653-2021-21-1-43-54

Просмотров: 242


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2687-1653 (Online)