Analysis of Drill String Dynamic Behavior

Titel in Übersetzung: Analyse vom Dynamischen Verhalten des Bohrstranges

Abdolali Esmaeili

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Abstract

Vibrationen werden von Wechselwirkungen zwischen Bohrkopf und Bohrgestänge ‎sowie ‎dem umgebenden Gebirge unter bestimmten Zuständen hervorgerufen. Sie sind ‎als ‎zerstörerische Kraft bekannt und können zu Ermüdungsversagen, zu steigendem Bohrkopfverschleiß und zu Bohrlochinstabilitäten ‎führen. ‎Vibrationen sind von einer Vielzahl an Parametern abhängig, allen voran ‎Bohrdruck, Rotationsgeschwindigkeit, Spülungswerte, ‎‎und Bohrkopfdesign sowie Gesteinscharakteristika. Während des ‎Bohrvorganges ‎interagiert der Bohrkopf mit unterschiedlichen Gesteinsschichten, wobei ‎diese ‎normalerweise unterschiedliche mechanische Eigenschaften aufweisen. Indirekt ‎werden ‎Vibrationen zudem von Bohrdruck und Rotationsgeschwindigkeit beeinflusst, da ‎diese ‎Parameter meist für abwechselnde Gesteinsschichten optimiert sind. Die ‎uniaxiale ‎Druckfestigkeit ist eines der repräsentativen Gesteinsmerkmale, dadurch ‎kann ‎angenommen werden, dass sich die axialen Vibrationen je nach Variation ‎dieses ‎Parameters von Schicht zu Schicht ändern.‎ In der vorliegenden Arbeit wird auf den Zusammenhang zwischen Schichtparametern ‎und ‎Bohrstrangvibrationen in Labormaßstab eingegangen. Zudem liegen weitere ‎Schwerpunkte ‎auf der Optimierung von Bohrdruck und Rotationsgeschwindigkeit, um ‎den ‎Bohrfortschritt zu verbessern, und auf dem Umgang (Management) ‎von ‎Vibrationen. Nicht-lineare Modelle wurden erstellt und ermöglichen ‎die ‎Darstellung der Beziehung von jenen Vibrationen und anderen Parametern.‎ Im Rahmen dieser Arbeit wurden Versuche auf einem vollautomatisierten, ‎im ‎labormaßstab ‎gehaltenen Bohrgerät, dem CDC miniRig, realisiert. Ein ‎Vibrationssensor ‎wurde am ‎Bohrstrang befestigt. Über jenen ‎Sensor und unter ‎Verwendung ‎eines erweiterten Sensorensystems wurden während der ‎Versuche die ‎Bohrparameter ‎aufgezeichnet. Getestet wurden zahlreiche einheitliche ‎Probenwürfel aus ‎Beton sowie ‎geschichtete Gesteinsproben. Die Versuche wurden mit ‎einem ‎Doppelkegelrollenmeißel ‎gefahren. Die Druckgfestigkeit der Probekörper ‎wurden vorab ‎gemessen. Im Rahmen der ‎Versuche gilt es die verschiedenen ‎Kombinationen von ‎Bohrdruck‎ und ‎Rotationsgeschwindigkeit hervorzuheben, ‎wodurch optimale ‎Parameterbereiche unter ‎Anbetracht minimaler Vibrationen und ‎maximaler ‎Bohrgeschwindigkeit identifiziert ‎warden konnten. Daraus geht hervor, dass ‎durch die ‎Beobachtung der ‎Bohrstrangsvibrationen dem Tiefbohringenieur helfen ‎können die Qualität ‎der Borharbeit ‎und die Bohrgeschwindigkeit zu maximieren.‎ Bei Versuchen anhand der geschichteten Gesteinsproben wurden die aus ‎den ‎einheitlichen ‎Probewürfeln resultierenden optimalen Bohrparameter unter ‎Einbeziehung ‎einer Analyse ‎von den gewonnenen und errechneten Daten ‎‎(Vibration und ‎spezifische ‎mechanische Energie) gewählt. Es zeigte sich eine ‎Veränderung der axialen ‎Vibrationen ‎anhand der unterschiedlichen Druckfestigkeiten ‎der Schichten. Aus diesen ‎Experimenten ‎konnte der Schluss gezogen werden, dass ‎einzelne Schichten und somit ‎Zonen ‎unterschiedlicher Festigkeiten durch ‎Echtzeitmessungen der Vibrationen erkannt ‎werden ‎können.‎ Lineare Funktionen sind nicht leistungsfähig genug, um den ‎Zusammenhang ‎zwischen ‎Vibrationen und anderen Parametern beschreiben zu ‎können. An ‎ihrer statt ‎wurden nicht-lineare Modelle wie neuronale ‎Netze in Kombination mit der Reihung ‎der ‎Vorwärtsauswahlmethode ‎verwendet, wobei ‎verschiedene dieser zur Abschätzung von ‎Bohrgeschwindigkeit, die axialen Vibrationen und Erkennung der Gesteinsschichten ‎anhand von Bohrdaten, von ‎Vibrationen und von ‎Gesteinscharakteristika‎s aufgebaut wurden.
Titel in ÜbersetzungAnalyse vom Dynamischen Verhalten des Bohrstranges
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Galler, Robert, Beurteiler B (intern)
  • Thonhauser, Gerhard, Beurteiler A (intern)
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2013

Bibliographische Notiz

gesperrt bis null

Schlagwörter

  • axialen Vibrationen
  • Erkennungsmodell für Gesteinsschichten
  • Dynamischen Verhalten des Bohrstranges
  • CDC miniRig
  • neuronale ‎Netze
  • die Reihung ‎der ‎Vorwärtsauswahlmethode

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