Математичне моделювання роботи вібросита для очищення промивальної рідини при бурінні нафтових і газових свердловин
DOI:
https://doi.org/10.33271/crpnmu/85.030Ключові слова:
математичне моделювання, вібросито, промивальна рідина, неньютонівська рідина, сепарація частинок, ефективність очищення, реологічні властивостіАнотація
Мета. Розрахунок ефективності роботи вібросита для очищення промивальної рідини від вибуреної породи шляхом розробки комплексної математичної моделі, яка враховує неньютонівську реологію бурового розчину, динаміку вібруючої ситової панелі та ймовірнісний характер сепарації частинок. Методика. Розрахунок здійснюється за допомогою розробленої математичної моделі, що поєднує рівняння руху частинок на вібруючій поверхні з урахуванням сил в’язкого опору, адгезії та інерційних сил, реологічну модель Гершеля-Балклі для опису поведінки промивальної рідини, а також стохастичну модель ймовірності проходження частинок крізь отвори сита. Чисельне розв’язання системи диференціальних рівнянь виконано методом Рунге-Кутта 4-го порядку з адаптивним кроком у середовищі Python з використанням бібліотек NumPy та SciPy. Проведено параметричне чисельне моделювання в широкому діапазоні технологічних і конструктивних параметрів. Результати. Значення ефективності очищення складають відповідно 68,4–84,7% у досліджуваному діапазоні частот 20–30 Гц та амплітуд 2,0–4,0 мм. Встановлено оптимальний діапазон роботи вібросита: частота коливань 24–28 Гц при амплітуді 3,0–4,5 мм і куті нахилу сита 8–12°. Показано, що підвищення динамічної границі текучості понад 7 Па знижує ефективність сепарації на 6–12%, а зменшення індексу течії сприяє покращенню транспортування осаду. Наукова новизна. Встановлені залежності ефективності очищення від амплітудно-частотних характеристик вібросита з урахуванням неньютонівських властивостей промивальної рідини. Розроблено комплексну математичну модель, яка вперше поєднує динаміку пружної ситової панелі, реологічну поведінку бурового розчину та ймовірнісний механізм проходження частинок. Визначено нові безрозмірні критерії подібності процесу сепарації на віброситі в умовах неньютонівської рідини. Практична значимість. Отримані дані розрахунків дозволяють інженерам-технологам обґрунтовано підбирати оптимальні режими роботи вібросит залежно від типу промивальної рідини та гранулометричного складу вибуреної породи. Використання розроблених рекомендацій дає можливість підвищити ефективність очищення промивальної рідини, знизити ймовірність технологічних ускладнень при бурінні та зменшити витрати на очисне обладнання.Посилання
1. Rastsvietaiev, V. O., Haddad, J., Aziukovskyi, O. O., Pashchenko, O. A., Babenko, M. V., & Vasylchenko, D. O. (2026). Development and evaluation of combined methods for cleaning paraffin wax deposits in pipelines oil and gas industry. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu , (1), 50–57. https://doi.org/10.33271/nvngu/2026-1/050
2. Abbas, A. K., Alsaba, M. T., & Al Dushaishi, M. F. (2021). Improving hole cleaning in horizontal wells by using nanocomposite water-based mud. Journal of Petroleum Science and Engineering , 203, 108619. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2021.108619
3. Muratova, S., Pashchenko, O., Khomenko, V., & Zhailiev, A. (2025). Application of machine learning for wellbore stability assessment. In Engineering for Rural Development (Vol. 24). Latvia University of Life Sciences and Technologies, Faculty of Engineering and Information Technologies . 24th International Scientific Conference Engineering for Rural Development . https://doi.org/10.22616/erdev.2025.24.tf109
4. Zakeri, A., Alizadeh Behjani, M., & Hassanpour, A. (2024). Fully Coupled CFD–DEM Simulation of Oil Well Hole Cleaning: Effect of Mud Hydrodynamics on Cuttings Transport. Processes, 12 (4), 784. https://doi.org/10.3390/pr12040784
5. Gbadamosi, A. O., Junin, R., Abdalla, Y., Agi, A., & Oseh, J. O. (2019). Experimental investigation of the effects of silica nanoparticle on hole cleaning efficiency of water-based drilling mud. Journal of Petroleum Science and Engineering, 172 , 1226–1234. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2018.09.097
6. Muratova, S., Ratov, B., Khomenko, V., Pashchenko, O., & Kamyshatskyi, O. (2025). Improvement of the methodology for measuring plastic viscosity and dynamic shear stress of drilling fluids. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1491 (1), 012026. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1491/1/012026
7. Jimmy, D., Wami, E., & Ogba, M. I. (2022). Cuttings Lifting Coefficient Model: A Criteria for Cuttings Lifting and Hole Cleaning Quality of Mud in Drilling Optimization. In SPE Nigeria Annual International Conference and Exhibition. SPE . SPE Nigeria Annual International Conference and Exhibition . https://doi.org/10.2118/212004-ms
8. Hummert, E., & Pataki-Hundt, A. (2010). Technical Note: Ultrasonic Cleaning of Mud Encrustations from Flood Damaged Woodcuts. Restaurator, 31 (1). https://doi.org/10.1515/rest.2010.004
9. Dong, J., Lindeman, S., Autin, J., Gluszko, P., Goodyear, D., & Norman, J. (2025). Revolutionizing Offshore Drilling: The Robotic Enhanced Barite Recovery and Waste Reduction System for Mud Tank Cleaning. In Offshore Technology Conference . OTC. Offshore Technology Conference. https://doi.org/10.4043/35873-ms
10. Ji, Z., Feng, Q., Li, S., Li, Z., & Pan, Y. (2025). Design of Novel Hydraulic Drive Cleaning Equipment for Well Maintenance. Processes, 13 (8), 2424. https://doi.org/10.3390/pr13082424
11. Al-Rubaii, M. M. (2025). Advisory Automated System for Wellbore Cleaning and Evaluation Improves Drilling Efficiency. In ADIPEC . SPE . ADIPEC . https://doi.org/10.2118/228970-ms
12. Gosavi, S. V., Adla, A., Sripada, S., Furey, K., Evans, A. M., & Degroot, A. K. (2025). Case Study - Efficient Drilling of High-Angle Wells: Overcoming Strength Anisotropy and Enhancing Hole Cleaning via Remote Real-Time Borehole Management. In SPE/IADC International Drilling Conference and Exhibition. SPE. SPE/IADC International Drilling Conference and Exhibition . https://doi.org/10.2118/223794-ms
13. Pashchenko, O., Sarbopeyeva, M., Kamyshatskyi, O., Arshidinova, M., & Petrenko, V. (2026). Comparative Analysis of Contact Stress Models for Optimizing Rock-Destroying Elements in Drilling Operations. In Advances in Science and Technology (Vol. 172, pp. 87–96). Trans Tech Publications Ltd. International Conference "Challenges of ensuring Ukraine's mineral resources in the context of post-war reconstruction – 2025." https://doi.org/10.4028/p-fbhdv2
14. Saihood, T., Al-Safran, E., & Nguyen, T. (2023). Modeling and Optimization of Mud Cap Drilling for Undrillable Wells Due to Loss of Circulation. In SPE Annual Technical Conference and Exhibition. SPE. SPE Annual Technical Conference and Exhibition . https://doi.org/10.2118/215040-ms
15. Badrouchi, F., Rasouli, V., & Badrouchi, N. (2022). Impact of hole cleaning and drilling performance on the equivalent circulating density. Journal of Petroleum Science and Engineering, 211 , 110150. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2022.110150
16. Pashchenko, O. A., Khomenko, V. L., Ratov, B. T., Koroviaka, Y. A., & Rastsvietaiev, V. O. (2024). Comprehensive approach to calculating operational parameters in hydraulic fracturing. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1415 (1), 012080. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1415/1/012080
17. Alhadi, A., & Magzoub, M. (2021). Treatment of Prodigious Reactive Shale in the Permian Basin Using High-Performance Drilling Fluid: A Successful Case Study. In SPE International Conference on Oilfield Chemistry. SPE. SPE International Conference on Oilfield Chemistry . https://doi.org/10.2118/204341-ms
18. Ruggiero, M., Meledeth, A., De Smedt, F., Kucs, R., Ripperger, G., Comotti, S., Cockram, L., & Colombo, I. (2024). Automated and Unmanned Shale Shaker Performance and Borehole Instability Monitoring Using Computer Vision and Artificial Intelligence. In ADIPEC. SPE. ADIPEC . https://doi.org/10.2118/222109-ms
19. Cai, Q., Yan, Y., Yang, Y., Yang, T., Shao, Y., & Guo, S. (2022). Discussion on Application of Fine Flow Splitting and Blocking Removal Technology in Low Permeability Horizontal Wells. In Springer Series in Geomechanics and Geoengineering (pp. 4730–4736). Springer Nature Singapore . https://doi.org/10.1007/978-981-19-2149-0_440
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
All articles are published under the Creative Commons Attribution License (CC BY 4.0), which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Authors retain copyright and grant the journal right of first publication.
Authors are permitted and encouraged to deposit the final published version of their article, or the Author's Accepted Manuscript (AAM), in institutional or subject-specific open-access repositories (including the university's own institutional repository, CORE, Zenodo, or Figshare), ensuring maximum visibility, accessibility, and impact of the publication.
