Análise dinâmica não linear de colunas de perfuração

Martins, Leandro Augusto

Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/38963

Document type:	Tese
Access type:	Acesso Aberto
Title:	Análise dinâmica não linear de colunas de perfuração
Alternate title (s):	Nonlinear dynamic analysis of drill-strings
Author:	Martins, Leandro Augusto
First Advisor:	Cavalini Junior, Aldemir Aparecido
First member of the Committee:	Molina, Fabian Andres Lara
Second member of the Committee:	Lima, Antônio Marcos Gonçalves de
Third member of the Committee:	Cunha Junior, Americo Barbosa da
Fourth member of the Committee:	Duarte, Marcus Antônio Viana
Summary:	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.
Abstract:	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
Keywords:	Coluna de perfuração Modelo não linear Dinâmica não linear Elementos finitos Drill-string. Nonlinear model Nonlinear dynamics Finite elements
Area (s) of CNPq:	CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::MECANICA DOS SOLIDOS::MECANICA DOS CORPOS SOLIDOS, ELASTICOS E PLASTICOS CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROJETOS DE MAQUINAS::ESTATICA E DINAMICA APLICADA CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROJETOS DE MAQUINAS::MAQUINAS, MOTORES E EQUIPAMENTOS CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROJETOS DE MAQUINAS::CONTROLE DE SISTEMAS MECANICOS
Subject:	Engenharia mecânica Poços de petróleo - Perfuração Teorias não-lineares Sistemas não-lineares Dinâmica estrutural
Language:	por
Country:	Brasil
Publisher:	Universidade Federal de Uberlândia
Program:	Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote:	Martins, 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.
Document identifier:	https://doi.org/10.14393/ufu.te.2023.13
URI:	https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/38963
Date of defense:	14-Feb-2023
Appears in Collections:	TESE - Engenharia Mecânica

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