NUMERICAL MODELING OF ROCK CUTTING PROCESS FOR DRILLING OIL WELLS

• Main Author: INGRID MILENA REYES MARTINEZ BELCHIOR
• Other Authors: SERGIO AUGUSTO BARRETO DA FONTOURA
• Language: Portuguese
• Published: PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO 2012
• Online Access: http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=20363@1; http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=20363@2

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO === COORDENAÇÃO DE APERFEIÇOAMENTO DO PESSOAL DE ENSINO SUPERIOR === PROGRAMA DE EXCELENCIA ACADEMICA === O mecanismo de corte em rocha é determinante na eficiência do processo de perfuração de poços de petróleo. Este mecanismo tem sido estudado através de ensaios de corte com um único cortador. Neste trabalho foram desenvolvidos modelos com o método dos elementos finitos para simular o processo de corte em rocha realizado por um cortador único. Este trabalho está vinculado ao Projeto de Modelagem de Perfuração de Evaporitos sob Altas Pressões desenvolvido pela Baker-Hughes e o Grupo de Tecnologia em Engenharia de Petróleo (GTEP) da PUC-Rio. As simulações numéricas foram feitas utilizando-se o programa ABAQUS. O modelo constitutivo de Drucker-Prager foi descrito e usado para modelar o comportamento da rocha. O modelo de dano isotrópico foi usado para modelar a erosão do material produzida na interação rocha-cortador. Os resultados das simulações com modelos bidimensionais e tridimensionais permitiram analisar a influência da variação da profundidade de corte e da pressão de confinamento na energia específica necessária para realizar o corte em rocha. Observou-se que, até certo limite, quanto mais profundo estiver o cortador menor energia específica será necessária para o corte. A análise da influência da pressão de confinamento mostrou que o corte de rocha em condições atmosféricas fornece valores de energia específica muito próximos à resistência à compressão não confinada da rocha, enquanto que a aplicação de pressão confinante causa incrementos da energia específica. === The understanding of rock cutting mechanism is critical to the efficiency of borehole drilling process. This mechanism is studied through single cutter tests. In this work were developed models with the Finite Element Method to simulate the rock cutting process by a single cutter. This work is connected to the project Modeling of Evaporite Drilling Under High Pressure, sponsored by Baker Hughes in partnership with the Group of Technology and Petroleum Engineering (GTEP) of the Pontifical Catholic University of Rio de Janeiro. The numerical simulations were performed using the program ABAQUS. The Drucker- Prager constitutive relationship was used to model the rock behavior. Also, an isotropic model of damage was described and employed for modeling the erosion mechanism that represents the rock-cutter interaction. Two and three-dimensional simulations allowed the analysis of the influence of the variation of cutting depth and confining pressure on the mechanical specific energy required to cut the rock. To certain depth limit, it was observed that for larger depths of cut, less specific energy is required to cut the rock. The analysis of experiments under confining pressure showed that cutting process under atmospheric conditions produced specific energy close to the unconfined compressive strength of rock, while the application of confining pressure showed a remarkable increase in specific energy required for cutting.