بررسي اثر گل حفاري بر ارتعاشات ساقه‌هاي مته

The Effect of Drilling Mud on the Vibration of Drill String

در اين مقاله، تاثير وجود گل حفاري و سرعت حركت آن بر ارتعاشات ساقه مته، مورد بررسي قرار گرفته است. معادلات حاكم بر ارتعاشات طولي و عرضي ساقه مته با در نظر گرفتن نيروي وزن، نيروي وارده از كف و ديواره چاه و نيروهاي وارده از طرف سيال، استخراج شده است. اين معادلات از طريق نوشتن معادلات انرژي‌هاي پتانسيل و جنبشي سيستم و به دست آوردن كار انجام شده توسط نيروهاي خارجي بر روي سيستم حاصل شده است. سپس به كمك روش جمع حالت‌ها و استفاده از رابطه لاگرانژ، معادلات با مشتقات جزيي سيستم، به معادلات با مشتقات زماني تبديل شده است. با انجام اين كار، دبي‌هاي گل حفاري و نيروهاي محوري وارده از كف چاه كه مي‌توانند باعث كمانش در ساقه‌هاي مته شوند، محاسبه شده‌اند. فركانس طبيعي و نيروي محوري و دبي‌هاي لازم براي كمانش، با مقدار ارايه شده در مراجع مطابقت دارند. نتايج حاصل نشان دهنده آن است كه فركانس طبيعي ساقه مته با افزايش دبي گل كاهش مي‌يابد. همچنين گل حفاري مانند يك جرم و ميرايي معادل عمل كرده و با افزايش سرعت آن، اثر جرم و ميرايي آن بيشتر شده و ارتعاشات ساقه مته در هر دو حالت زيركمانش و فراكمانش، زودتر ميرا مي‌شود.

In this paper, the effect of drilling mud and its velocity on the vibration of drill string is studied. Considering drill string weight, weight on bit, borehole interaction, and drilling mud forces, the vibrational equations of drill string in axial and lateral directions are derived. These equations are derived by kinetic and potential energy of drill string and the works of external forces. Using mode summation methods and Lagrangian formula, these equations with partial derivative are converted to equations with time derivative. By these equations, the drilling mud flow rate and weight on bit, which lead to drill string buckling, can be found. Natural frequencies, drilling mud flow rate, and weight on bit for buckling are verified by the validated results. The results show that the natural frequencies decrease as the drilling mud flow rate increases. Also, drilling mud acts as mass and damper; these effects of drilling mud increase as drilling mud flow rate rises. These effects cause more damping in drill string vibration in both pre-buckling and post-buckling.