Analysis of Drill String Dynamic Behavior
Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und Habilitationsschriften › Dissertation
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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.
Details
Titel in Übersetzung | Analyse vom Dynamischen Verhalten des Bohrstranges |
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Originalsprache | Englisch |
Qualifikation | Dr.mont. |
Betreuer/-in / Berater/-in |
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Status | Veröffentlicht - 2013 |