Análise dinâmica não linear de colunas de perfuração
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Data de Publicação: | 2023 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFU |
Texto Completo: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/38963 https://doi.org/10.14393/ufu.te.2023.13 |
Resumo: | This doctoral thesis is dedicated to the numerical and experimental investigation of drill strings used in oil and gas exploration. A nonlinear numerical/computational model was developed in finite elements from the inclusion of non-linear terms in a traditional beam model. This alteration is carried out to enable the correct coupling between torsion/flexion, allowing the correct representation of complex effects arising from the non-linear dynamics of the column in operation. In order to allow the investigation of these phenomena in an experimental way, a test rig was designed, built, and instrumented. Its components, layout, and purpose are presented and justified in detail. The rig was structured aiming robustness, allowing different situations and scenarios, and admitting that axial, torsional, and lateral vibrations could be investigated. The numerical simulations showed the differences between the traditional linear model and the proposed one, counting on its validation. The model was then incorporated into a reference configuration, which was investigated dynamically, being able to reproduce stick-slip, bit-bounce and helical buckling. The experimental investigations using the test rig present at the University of Aberdeen brought valuable results, allowing the elucidation of several effects, how they occur, and their impact on the dynamics of the system. Additionally, through these, the coupling between the different types of vibrations can be observed, qualitatively agreeing with the numerical simulations. Based on the discussions held as well as the results obtained, the main contributions are presented at institutional and general levels |
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A nonlinear numerical/computational model was developed in finite elements from the inclusion of non-linear terms in a traditional beam model. This alteration is carried out to enable the correct coupling between torsion/flexion, allowing the correct representation of complex effects arising from the non-linear dynamics of the column in operation. In order to allow the investigation of these phenomena in an experimental way, a test rig was designed, built, and instrumented. Its components, layout, and purpose are presented and justified in detail. The rig was structured aiming robustness, allowing different situations and scenarios, and admitting that axial, torsional, and lateral vibrations could be investigated. The numerical simulations showed the differences between the traditional linear model and the proposed one, counting on its validation. The model was then incorporated into a reference configuration, which was investigated dynamically, being able to reproduce stick-slip, bit-bounce and helical buckling. The experimental investigations using the test rig present at the University of Aberdeen brought valuable results, allowing the elucidation of several effects, how they occur, and their impact on the dynamics of the system. Additionally, through these, the coupling between the different types of vibrations can be observed, qualitatively agreeing with the numerical simulations. Based on the discussions held as well as the results obtained, the main contributions are presented at institutional and general levelsCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorCNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoPetrobrás - Petróleo Brasileiro S.AUFU - Universidade Federal de UberlândiaTese (Doutorado)A presente tese de doutorado é dedicada à investigação numérica e experimental de colunas de perfuração empregadas na exploração de petróleo e gás. Um modelo numérico/computacional não linear foi desenvolvido em elementos finitos a partir da inclusão de termos não lineares em um modelo tradicional de viga. Essa alteração é realizada de modo a viabilizar o acoplamento correto entre torção/flexão, permitindo a representação fidedigna de efeitos complexos oriundos da dinâmica não linear de coluna em operação. De modo a possibilitar a investigação desses fenômenos de forma experimental, uma bancada de testes foi projetada, construída e instrumentada. Seus componentes, disposição e finalidade são apresentados e justificados em detalhes. A bancada foi estruturada visando a robustez, permitindo que diversas situações e cenários fossem viáveis e vibrações de caráter axial, torcional e lateral pudessem ser investigadas. As simulações numéricas realizadas apresentam as diferenças entre o modelo linear tradicional e o proposto, contando com a validação do mesmo. O modelo foi então incorporado a uma configuração de referência, a qual foi investigada dinamicamente, sendo capaz de reproduzir stick-slip, bit-bounce e helical buckling. As investigações experimentais utilizando a bancada presente na universdiade de Aberdeen trouxeram resultados valiosos, permitindo a elucidação de diversos efeitos, como ocorrem e impactam na dinâmica do sistema. Adicionalmente, por meio destas, podese observar o acoplamento entre os diferentes tipos de vibrações, concordando de forma qualitativa com as simulações numéricas. Com base nas discussões realizadas bem como nos resultados obtidos, as principais contribuições são apresentadas a nível institucional e geral.Universidade Federal de UberlândiaBrasilPrograma de Pós-graduação em Engenharia MecânicaCavalini Junior, Aldemir Aparecidohttp://lattes.cnpq.br/0387727577180664Molina, Fabian Andres Larahttp://lattes.cnpq.br/9396512408023675Lima, Antônio Marcos Gonçalves dehttp://lattes.cnpq.br/0632660969306570Cunha Junior, Americo Barbosa dahttp://lattes.cnpq.br/5659403706694491Duarte, Marcus Antônio Vianahttp://lattes.cnpq.br/9030389274220180Martins, Leandro Augusto2023-08-23T19:48:02Z2023-08-23T19:48:02Z2023-02-14info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfMartins, Leandro Augusto. Análise dinâmica não linear de colunas de perfuração. 2023. 126 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2023. DOI https://doi.org/10.14393/ufu.te.2023.13.https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/38963https://doi.org/10.14393/ufu.te.2023.13porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFUinstname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)instacron:UFU2023-08-24T06:27:43Zoai:repositorio.ufu.br:123456789/38963Repositório InstitucionalONGhttp://repositorio.ufu.br/oai/requestdiinf@dirbi.ufu.bropendoar:2023-08-24T06:27:43Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)false |
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