[en] NUMERICAL AND EXPERIMENTAL ANALYSIS OF NONLINEAR TORSIONAL DYNAMICS OF A DRILLING SYSTEM

• Main Author: BRUNO CESAR CAYRES ANDRADE
• Other Authors: HANS INGO WEBER
• Language: en
• Published: MAXWELL 2018
• Subjects: [pt] POCOS DE PERFURACAO; [en] DRILLING WELLS; [pt] VIBRACAO TORCIONAL; [en] TORSIONAL VIBRATION; [pt] FENOMENO STICK-SLIP; [pt] DINAMICA NAO LINEAR; [en] NONLINEAR DYNAMICS; [pt] COLUNA DE PERFURACAO; [en] OILWELL DRILLSTRING
• Online Access: https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=34251@1; https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=34251@2; http://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.34251

[pt] Uma prospecção bem sucedida de petróleo e gás requer muitos esforços para se sobrepor os desafios encontrados, tais como vibrações axiais, laterais e torcionais. Estes fenômenos podem causar a falha prematura de componentes do sistema de perfuração, disfunção nos equipamentos de medição e aumento no tempo e custo no processo de perfuração. Em particular, vibrações torcionais estão presentes em grande parte dos processos de perfuração e podem alcançar um estado crítico: stick-slip. Um melhor entendimento sobre este fenômeno proporciona ferramentas para evitar o aumento do tempo e do custo da prospecção, assegurando o investimento e sucesso do processo de perfuração. Neste trabalho, é descrito um procedimento experimental com um atrito não linear objetivando induzir stick-slip e é feito uma modelagem analítica simples do problema. O modelo de atrito é baseado em um atrito seco imposto por um dispositivo de freio desenvolvido. O comportamento não linear da bancada experimental é analisada e o modelo numérico é validado comparando diagramas de bifurcações numérica e experimentais. === [en] A successful oil and gas prospecting requires many efforts to overcome the encountered challenges, some of these challenges include drill string axial, lateral and torsional vibrations. These phenomena may cause premature component failures of the drilling system, dysfunction of measurement equipments, and increase time and costs of the prospecting process. Torsional vibrations are present in most drilling processes and may reach a severe state: stick-slip. An improved understanding about the stick-slip phenomenon provides tools to avoid the increase of prospecting time and costs, assuring the investment and success of the drilling process. Firstly, a numerical analysis of the drill string is performed with different friction models. These models are proposed in order to get familiar with the drill string dynamics. Also, it is described the experimental procedure with a nonlinear friction aiming to induce stick-slip and is performed a simple analytical modeling of the problem. The friction model is based on dry friction imposed by a break device. The nonlinear behavior of the experimental apparatus is analyzed and the numerical model is validated comparing experimental and numerical bifurcation diagrams.