مدل سازي و تحليل ارتعاشات خود تحريك رشته حفاري در فرآيند حفاري افقي

Dynamic modeling and analysis of self-exited vibration in horizontal drill strings

امروزه استخراج اقتصادي نفت و گاز و امكان توليد فرآورده هاي آن ها براي كشورها از اهميت بالايي برخوردار است. تاكنون بيشتر توجهات به منظور استخراج نفت، منوط به استفاده از چاه هاي عمودي بوده است. اما مدتي است كه عدم دسترسي به منابعي كه نمي توان به سادگي به وسيله ي چاه هاي عمودي به آن ها دسترسي داشت (مانند منابع زير دريا)، دولت ها و به تبع آن دانشمندان و مهندسان را برآن داشته است تا راهي ديگر براي استخراج آن ها بيابند. حفاري افقي از جمله راه كارهاي كنوني مي باشد. در اين مقاله ابتدا به بررسي ديناميك رشته حفاري افقي پرداخته مي شود و با توجه به نيروهاي تاثيرگذار، ارتعاشات ميله حفاري و معادله حاكم بر آن استخراج مي گردد. پس از به دست آوردن معادلات حاكم و تعيين شرايط مرزي مسيله، مودهاي اصلي سيستم استخراج شده و جابجايي مكان مته حفاري به وسيله روش جمع مودها به دست مي آيد. در ادامه، شبيه سازي مساله انجام مي گردد و نتايج آن با توجه به تعداد مودهاي انتخابي ارايه گشته و در نهايت همگرايي پاسخ سيستم با افزايش تعداد مودها ديده مي شود.

Today economical extraction of oil and gas and their products is an important issue for many countries. Up to now, vertical wells have been used for oil extraction but some existing wells cannot be reached by using vertical drilling; for example the wells under a sea. Therefore, this makes the governments and scientists to concentrate on the solutions of finding a new way to reach them. Horizontal drilling is one of the new ways to reach such worthy wells. In this article, dynamics of the horizontal drill string is studied. Then, according to the forces that affect the dynamics of drilling, its vibration is analyzed. After finding the boundary conditions and normal modes of the system with using mode summation method, displacement of the bit is obtained. Finally, dynamics of the horizontal drill string is simulated and the effect of increasing the number of modes and the mode convergence phenomenon is discussed.