تحليل رفتار ديناميكي مدل المان محدود تماس رشته حفاري- ديواره چاه با استفاده از مدل ارتقا يافته تماس

Analysis of dynamic behavior of FE model of drillstring – wellbore contactwith improved contact model

ارتعاشات رشته حفاري مهمترين عامل تخريب رشته حفاري و كاهش بازده عمليات حفاري مي‌باشد، يكي از عمده ترين علل ارتعاشات بيش از حد رشته حفاري، تماس رشته حفاري با ديواره چاه است، لذا تماس رشته حفاري در پژوهش‌هاي متعددي مطالعه شده است. در واقع تماس رشته حفاري و ديواره چاه يكي از مهم ترين دغدغه هاي صنايع مرتبط با استخراج منابع نفت و گاز مي‌باشد. در اين تحقيق رفتار ديناميكي و ارتعاشات مدل المان محدود غير خطي رشته حفاري در تماس با ديواره چاه مورد بررسي قرار گرفته است.با در نظر گرفتن تمام طول رشته حفاري و با استفاده از مدل تير تيموشنكوي سه بعدي، سختي هندسي شامل ترم‌هاي غير خطي و جرم افزوده شده ناشي از سيال حفاري در معادلات منظور و با در نظر گرفتن تماس رشته حفاري- ديواره چاه با استفاده از مدل ارتقا يافته تماس كه در آن سختي تماس از روابط تعادلي انرژي استخراج شده، مدلي كامل‌تر نسبت به تحقيقات گذشته ارايه شده است. معادلات حركت رشته حفاري با استفاده از روش انرژي و معادلات لاگرانژ بدست آورده شده و براي استخراج نتايج از معادلات مرتبه كامل استفاده شده و تاثير استفاده از مدل اخير در تحليل رفتار ديناميكي و ارتعاشات رشته حفاري مورد تحليل و بررسي قرار گرفته است.

Vibration of drillstring is the most important factor of its destruction and reduction in drilling operations efficiency. One of the main causes of excessive vibration of drillstring is drillstring-wellbore contact, therefore drillstring-wellbore contact has been studied in several researches. Indeed the contact behavior of drillstring and wellbore is of great concern to drilling companies in the oil and gas exploration industries. In this research, dynamic behavior and vibration of non-linear ?nite element model of a drillstring in contact with wellbore, has been investigated. By considering total length of drillstring, a three-dimensional timoshenko beam element is employed. In addition the geometric stiffening effect including nonlinear terms, the added fluid mass and the contact between drillstring and borehole wall has been considered using improved contact model with a more complete model than previous studies, that the stiffeness of contact determined form energy balance relations. The equation of motion of drillstring obtained using energy approach and lagrange’s equations and full order equations are used to drive the results. Coupling between various vibrations has been tested and the effect of recent model in analysis of dynamic behavior and vibration of drillstring have been evaluated.