تحلیل ارتعاشات طولی و پیچشی رشته حفاری در چاه های عمیق با استفاده از سوپرالمان استوانه ای

در این مقاله به تحلیل ارتعاشات طولی و پیچشی رشته حفاری با استفاده از سوپرالمان استوانه ای پرداخته شده است. پس از محاسبه انرژی جنبشی، انرژی پتانسیل و کار انجام شده توسط نیروهای خارجی بر روی رشته حفاری و بیان آنها به فرم المان محدود، با بکار بردن اصل همیلتن، معادله ارتعاشات رشته حفاری استخراج گردید. در این مدل سازی نیروی وزن رشته حفاری، نیروی گریز از مرکز ناشی از دوران رشته، نیروی محوری حاصل از تماس مته با سازند و گشتاور پیچشی اصطکاکی ناشی از پدیده چسبش- لغزش در نظر گرفته شده است. برای محاسبه پاسخ زمانی ارتعاشات رشته حفاری، از کد نویسی المان محدود در نرم افزار MATLAB استفاده گردید. همچنین با مدل سازی یک رشته حفاری با ابعادی کوچکتر از ابعاد واقعی در نرم افزار ABAQUS و مقایسه نتایج حاصل از آن با نتایج کد نویسی المان محدود برای بارگذاری مشخص، از صحت کد نویسی اطمینان حاصل گردید. سپس برای یک رشته حفاری با ابعاد واقعی، پاسخ زمانی ارتعاشات طولی و پیچشی و همچنین تاریخچه زمانی تغییرات دور مته و گشتاور اصطکاکی وارد بر آن ناشی از پدیده چسبش- لغزش، محاسبه گردید. مطابقت نتایج محاسبه شده با استفاده از سوپرالمان و نتایج موجود در مراجع معتبر نشان می دهد که این سوپرالمان، المانی مناسب برای مدل سازی رشته حفاری و تحلیل ارتعاشات آن می باشد. استفاده از این سوپرالمان، امکان مدل سازی سه بعدی رشته حفاری با تعداد المان بسیار کمتر و لذا با سرعت ده تا پانزده برابر بیشتر در نچام محاسبات را نسبت به نرم افزارهای المان محدود تجاری فراهم می آورد.

کلیدواژه ها:

رشته حفاری ، ارتعاشات طولی ، ارتعاشات پیچشی ، سوپرالمان استوانه ای ، المان محدود