Modelagem da dinâmica e análise de vibrações de colunas de perfuração de poços de petróleo em operações de backreaming - Agostini, Cristiano Eduardo (2015)
Vibrações em coluna de perfuração de poços de petróleo têm sido extensivamente estudadas, principalmente devido aos efeitos danosos causados aos elementos da coluna. Os altos custos envolvidos nas operações têm levado cientistas e empresas a buscarem os melhores resultados, seja no projeto ou na execução do poço. Este trabalho apresenta um modelo matemático não linear para estudo de vibrações em coluna de perfuração em operações de backreaming, ou seja, em operações de retirada da coluna de perfuração de dentro do poço com rotação e bombeamento de fluido simultaneamente. O modelo proposto visa estudar os efeitos das vibrações laterais no conjunto de fundo da coluna, conhecido como Bottom Hole Assembly (BHA). Trata-se de um modelo analítico, não linear com parâmetros concentrados, onde são considerados os efeitos de amortecimento devido ao fluido de perfuração, contato entre estabilizador e comando de perfuração contra a parede do poço e rigidez torcional do tubo de perfuração, com implementação da solução numérica do sistema de equações diferenciais através da criação de uma rotina computacional em ambiente MATLAB®. Para calibração do modelo matemático proposto, foi construída uma bancada experimental, em escala com uma coluna de perfuração, simulando a condição dinâmica da coluna. Os resultados mostram boa correlação entre o modelo matemático, bancada experimental e dados reais de campo. Análises paramétricas foram realizadas para estudo da influência do movimento de precessão, aceleração lateral e dano acumulado na coluna. Um modelo probabilístico foi proposto para estudo das vibrações da coluna em conjunto com o modelo matemático ajustado experimentalmente. O trabalho discute os resultados estatísticos para análise de vibração da coluna utilizando o método de Monte Carlo, considerando as incertezas no diâmetro do poço e coeficiente de atrito. Os resultados mostram que a aceleração lateral é menor em poços com diâmetro próximo ao da broca e com baixo coeficiente de atrito, além de não sofrerem influência significativa devido à velocidade de backreaming. Para poços com maior incerteza no diâmetro do poço e elevada velocidade de rotação da coluna, observou-se maiores valores de aceleração lateral.