Vibration Analysis of a Drillstring in Vibration-Assisted Rotary Drilling: Finite Element Modeling With Analytical Validation
Notice bibliographique
Résumé
Introducing sources of axial vibration into an oilwell drillstring has the potential to improve the drilling efficiency. Vibration generator tools, such as drillstring agitators, are under development or in current use to excite the bottom-hole assembly (BHA) axially in order to increase power and weight at the bit, improve the rate of penetration (ROP), reduce drillstring-wellbore friction, and accelerate the cutting removal process. Enhanced drilling under the effect of intentional imposed vibration is called “vibration-assisted rotary drilling” or VARD. While potentially enhancing the drilling process, VARD tools can also excite many unwanted vibration modes of the drillstring. These unwanted vibrations can cause fatigue damage and failure of BHA components such as “measurement while drilling” (MWD) tools, bit and mud motors, and consequently, inefficient drilling. This motivates a study of the complex dynamic behavior of an axially excited drillstring. Transverse vibration is the most destructive type of drillstring vibration, and the coupling between transverse and axial vibration of a drillstring subjected to an applied VARD force is of great interest to the experts in the field. In this study, the coupled axial-transverse vibration behavior of the entire drillstring under the effect of a VARD tool is investigated. A dynamic finite element method (FEM) model of the vertical drillstring assuming a multispan BHA is generated and validated with a coupled nonlinear axial-transverse elastodynamic mathematical model. The effects of mud damping, driving torque, multispan contact and spatially varying axial load are included. Geometry, axial stiffening and Hertzian contact forces are sources of nonlinearity in the model. A mesh sensitivity analysis is conducted to reduce computational time. The accuracy of the retained modes in the analytical equations is verified by extracting the total effective mass derived by the FEM model. There is agreement between the FEM and analytical models for coupled-transverse and axial vibration velocities, displacements, resonance frequencies and contact locations and behavior. While the analytical model has fast running time and symbolic solution, the FEM model enables easy reconfiguration of the drillstring for different boundary conditions, inclusion of additional elements such as shock subs, and changing the number and locations of stabilizers.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».