تحليل ديناميكي مدل المان محدود غيرخطي رشته حفاري

Dynamic analysis of non-linear FE model of drillstring

در اين تحقيق رفتار ديناميكي و ارتعاشات مدل المان محدود غير‌خطي رشته حفاري مورد بررسي قرار گرفته است. با در‌نظر گرفتن تمام طول رشته حفاري و با استفاده از مدل تير تيموشنكوي سه‌بعدي، سختي هندسي شامل ترم‌هاي غير‌خطي، جرم افزوده شده ناشي از سيال حفاري و تماس رشته حفاري با ديواره چاه در معادلات منظور و با ارايه مدلي كامل‌تر نسبت به تحقيقات گذشته، تاثير حضور عوامل يادشده مورد تحليل‌هاي اختصاصي قرار گرفته است. معادلات حركت رشته حفاري با استفاده از روش انرژي و معادلات لاگرانژ به‌دست آورده شده و براي استخراج نتايج از معادلات مرتبه كامل استفاده شده است. براي نخستين بار محدوده‌اي از نقاط رشته حفاري كه احتمال رخ دادن تماس در آن‌ها بيشتر از ساير نقاط شناسايي شده است. فركانس‌هاي طبيعي رشته حفاري محاسبه شده و با نتايج نرم‌افزارهاي تجاري و مقادير ثبت شده سر چاهي براي يك مدل واقعي يكسان مقايسه شده است. كوپل بودن ارتعاشات مدل، آزموده شده و تاثير استفاده از مدل خطي و غير‌خطي در تحليل رفتار ديناميكي و ارتعاشات رشته حفاري به‌خصوص در تماس با ديواره چاه و تاثير تغيير وزن روي مته بر وقوع تماس در پايداركننده‌ها، تحليل شده و زمان وقوع تماس در هر يك از پايداركننده‌ها براي نخستين بار استخراج شده است.

In this research, dynamic behavior of non-linear ?nite element model of a drillstring is investigated. By considering total length of drillstring, a three-dimensional timoshenko beam element is employed. In addition the geometric stiffening effect, the added fluid mass and the contact between different parts of the drillstring and the borehole wall has been considered, with a more complete model than previous studies, the effects of these factors have been analyzed separately. The equations of motion are obtained and full order equations are used to drive the results. For the first time, a domain of drillstring points that the possibility of contact occurrence in them is more than other points, have been identified. The natural frequencies of the drillstring are evaluated and compared with the available commercial software results and recorded results for the actual drillstring. Coupling of vibrations of model is tested and the effect of linear and non-linear model in analysis of dynamic behavior and vibration of drillstring, especially in contact with the borehole wall and the effect of weight on bit change on the contact at stabilizers are analyzed and for the first time, the contact time in each of stabilizers have been evaluated.