[en] COSSERAT RODS AND THEIR APPLICATION TO DRILL-STRING DYNAMICS

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: HECTOR EDUARDO GOICOECHEA MANUEL
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Instituição de defesa: MAXWELL
• Palavras-chave em Português: [pt] CONTATO EM POCOS DE GEOMETRIA CURVA; [pt] VIBRACOES STICK-SLIP; [pt] OSCILACOES TORCIONAIS; [pt] EQUACAO DE ADVECCAO; [pt] DINAMICA DE CORTE NA ROCHA; [pt] DINAMICA DE COLUNAS DE PERFURACAO; [en] CONTACT IN CURVED BOREHOLES; [en] STICK-SLIP VIBRATIONS; [en] TORSIONAL OSCILLATIONS; [en] ADVECTION EQUATION; [en] BIT-ROCK CUTTING DYNAMICS; [en] DRILL-STRING DYNAMICS; [es] CONTACTO EN POZOS DE GEOMETRIA CURVA; [es] VIBRACIONES STICK-SLIP; [es] VIBRACIONES TORSIONALES; [es] ECUACION DE ADVECCION; [es] DINAMICA DE CORTE DE LA ROCA; [es] DINAMICA DE COLUMNAS DE PERFORACION
• Link de acesso: https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=62826&idi=1; https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=62826&idi=2; https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=62826&idi=4; http://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.62826

[pt] Nesta tese, a teoria das hastes de Cosserat é revisitada e aplicada à dinâmica de coluna de perfuração. O objetivo é estudar o comportamento dessas estruturas dentro de poços de petróleo curvos. Para atingir este objetivo, um modelo estrutural determinístico é construído onde as tubos de perfuração (drill-pipes) e o conjunto de fundo (bottom hole assembly) são considerados como uma estrutura unidimensional de Cosserat. Em seguida, é desenvolvida uma estratégia para tratar o contato lateral em poços com configuração curvilínea. Depois disso, o problema de contorno livre é tratado mediante uma estratégia que considera como a condição de borda evolui à medida que a estrutura de perfuração avança. Isto é feito mediante uma formulação de interação broca-rocha que deve considerar a dinâmica de corte. Para isso, uma equação extra, de advecção, é resolvida junto com as equações de movimento de Cosserat. Em seguida, alguns casos de aplicação são apresentados. Numa primeira instancia, alguns elementos do problema são avaliados separadamente. Seguidamente, eles são integrados e analisados de forma conjunta. Por exemplo, primeiramente uma coluna de perfuração sem contato de fundo (off-bottom) é simulada, ou seja, sem contato broca-rocha, para estudar o comportamento e a implementação da estratégia para o contato lateral. Aqui também são calibrados alguns dos parâmetros do modelo de atrito. Em seguida, a estratégia para contabilizar o corte na rocha é implementada em um modelo 2-DOF de baixa dimensão e em um semi-discreto onde a dinâmica de torção é modelada como uma equação de onda. Os resultados mostram que o uso de abordagens contínuas resulta mais apropriade que aquelas onde se utilizam modelos de baixa dimensãom, particularmente quando são consideradas colunas longas, e quando há interesse em analisar não apenas o comportamento da broca, mas também o comportamento do sistema mecânico ao longo dos tubos de perfuração. Isso é reforçado por outro exemplo onde a dinâmica de corte é combinada com a formulação de Cosserat. Observações semelhantes do ponto de vista qualitativo são encontradas. Resumindo os resultados obtidos, as diferenças nas previsões dadas pelos modelos de baixa dimensão e o de unidimensional de Cosserat justificam o desenvolvimento e aplicação da abordagem com esta formulação em estruturas de perfuração. Finalmente, a modo de introduzir outro aspecto importante em colunas de perfuração e que pode ser uma linha de pesquisa para continuar o trabalho, a variabilidades presente em elementos como rocha, inclui-se um caso de aplicação considerando um poço horizontal e um campo estocástico de atrito.