Modeling and experimental identification of drill string torsional dynamics under uncertainties

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2018
Autor(a) principal: Real, Fabio Ferreira
Orientador(a): Ritto, Thiago Gamboa
Banca de defesa: Deu, Jean-François, Trindade, Marcelo Areias, Castello, Daniel Alves, Ferreira, Edson Luiz Cataldo
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: eng
Instituição de defesa: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
Departamento: Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
País: Brasil
Palavras-chave em Português:
cordas de perfuração
Interação broca-rocha
Modelo histerético
Área do conhecimento CNPq:
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
Link de acesso: http://hdl.handle.net/11422/12119
Resumo: Esta tese de doutorado propõe novas formas de modelar a dinâmica torciona de uma coluna de perfuração de petróleo considerando incertezas. Este trabalho propõe um novo modelo estocástico de interação broca-rocha histerético (não-reversível). Primeiramente, um novo modelo nominal de interação o qual depende não somente da velocidade angular da broca, mas também de sua aceleração é proposto. Então, um novo modelo estocástico para a interação broca-rocha levando em consideração as flutuações inerentes é também proposto. Além disso, uma nova bancada experimental é proposta para analisar a dinâmica da coluna de perfuração de petróleo e interação broca-rocha, a qual é apta para reproduzir o fenômeno do stick-slip enquanto perfura uma amostra de rocha utilizando broca de concreto comercial, assim como validar modelos de interação broca-rocha Uma estratégia original para modelar incertezas em nível global baseada em termos da abordagem probabilística não-paramétrica considerando um modelo torcional simples para uma coluna de perfuração de petróleo é também proposta. Esta estratégia permite controlar o nível de dispersão para cada grau de liberdade interno e na interface de cada subestrutura de forma independente, a qual pode prover mais informações para melhorar a segurança operacional.
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Além disso, uma nova bancada experimental é proposta para analisar a dinâmica da coluna de perfuração de petróleo e interação broca-rocha, a qual é apta para reproduzir o fenômeno do stick-slip enquanto perfura uma amostra de rocha utilizando broca de concreto comercial, assim como validar modelos de interação broca-rocha Uma estratégia original para modelar incertezas em nível global baseada em termos da abordagem probabilística não-paramétrica considerando um modelo torcional simples para uma coluna de perfuração de petróleo é também proposta. Esta estratégia permite controlar o nível de dispersão para cada grau de liberdade interno e na interface de cada subestrutura de forma independente, a qual pode prover mais informações para melhorar a segurança operacional.This D.Sc. thesis proposes new perspectives for modeling drill string torsional dynamics under uncertainties. This work develops a novel stochastic hysteretic (nonreversible) bit-rock interaction model. Firstly, a new nominal interaction model, which depends not only on the bit speed, but also on the bit acceleration is developed. Then, a new stochastic model for the bit-rock interaction, taking into account the inherent fluctuations during the drilling, is also proposed. Furthermore, a new test-rig is proposed to analyze drill string dynamics and bit-rock interaction, which is able to reproduce stick-slip phenomena while drilling a rock sample using standard masonry bits, as well as to validate bit-rock interaction models. An original strategy for modeling uncertainties globally, based on terms of the nonparametric probabilistic approach, considering a simple torsional model for a drill string, is also proposed. This strategy allows to control the dispersion level of each interior and interface DOFs of each drill string substructure independently, which can provide more information to improve the operational safety.Submitted by Daniele Fonseca (daniele@ct.ufrj.br) on 2020-05-06T01:51:36Z No. of bitstreams: 1 FabioFerreiraReal.pdf: 16565569 bytes, checksum: 5c3523887da61381bf24b6276fb9474f (MD5)Made available in DSpace on 2020-05-06T01:51:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FabioFerreiraReal.pdf: 16565569 bytes, checksum: 5c3523887da61381bf24b6276fb9474f (MD5) Previous issue date: 2018-11engUniversidade Federal do Rio de JaneiroPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUFRJBrasilInstituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de EngenhariaCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICAcordas de perfuraçãoInteração broca-rochaModelo histeréticoModeling and experimental identification of drill string torsional dynamics under uncertaintiesinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisabertoinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFRJinstname:Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)instacron:UFRJLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81853http://pantheon.ufrj.br:80/bitstream/11422/12119/2/license.txtdd32849f2bfb22da963c3aac6e26e255MD52ORIGINALFabioFerreiraReal.pdfFabioFerreiraReal.pdfapplication/pdf16565569http://pantheon.ufrj.br:80/bitstream/11422/12119/1/FabioFerreiraReal.pdf5c3523887da61381bf24b6276fb9474fMD5111422/121192020-05-07 00:00:18.154oai:pantheon.ufrj.br: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Repositório de PublicaçõesPUBhttp://www.pantheon.ufrj.br/oai/requestopendoar:2020-05-07T03:00:18Repositório Institucional da UFRJ - Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)false
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