Zeitschrift für angewandten Maschinenbau

Abstrakt

Mathematische Modellierung von Axialoszillationswerkzeugen in Steilbohrungen

Emmanuel Omojuwa, Ramadan Ahmed und James Acquaye

Experimentelle und Feldstudien zeigen immer wieder, dass Bohrlochvibrationen, die durch Axialschwingwerkzeuge (AOTs) im Bohrstrang verursacht werden, die effizienteste Methode zur Reduzierung der Reibung und Verbesserung der Axialkraftübertragung in Bohrlöchern mit großem Winkel und großer Reichweite sind. Die Modellierung der dynamischen Reaktion von AOT-Bohrstrangsystemen ist von großer Bedeutung für die Validierung von Funktionstests von Schwingwerkzeugen und die Vorhersage ihrer Leistung unter Bohrlochbedingungen. Diese Studie präsentiert ein mathematisches Modell zur Vorhersage der dynamischen Reaktion von axialschwingungsunterstützten Bohrstrangsystemen (AOSD) unter Oberflächen- und Bohrlochbedingungen. Das Modell ist nützlich, um Platzierungsanalysen von Axialschwingwerkzeugen innerhalb der Bohrlochanordnung durchzuführen. Nichtlineare Bewegungsgleichungen und die Einführung von Verschiebungsanregungen in die Modellentwicklung unterscheiden es von bestehenden Modellen. Die Federrate des Axialschwingwerkzeugs ist ein entscheidender Input bei der Bestimmung der Verschiebungsanregung. Die resultierenden nichtlinearen Bewegungsgleichungen werden linearisiert und Lösungen werden mithilfe der Eigenfunktionsüberlagerungsmethode erhalten. Das Modell wird anhand veröffentlichter Messungen validiert, die aus Experimenten mit Axialschwingwerkzeugen im Feldmaßstab gewonnen wurden. Die Ergebnisse zeigen eine angemessene Übereinstimmung zwischen Vorhersagen und Messungen bei unterschiedlichen axialen Verschiebungen, Schwingungsfrequenzen und Systemdruckabfällen. Die Verwendbarkeit des mathematischen Modells wurde anhand veröffentlichter experimenteller Daten mit einer beobachteten durchschnittlichen Abweichung von etwa 14,5 % bestätigt. Im Gegensatz zu bestehenden Modellen berücksichtigt das neue Modell die kombinierte Wirkung von Anregungsdruckabfall und Schwingungsfrequenz auf die axiale Verschiebung.