Numerical Study of Swab and Surge Pressures in Wellbores

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Abstract

Eine exakte Berechnung von Swab und Surge Drücken ist von höchster Bedeutung, da exzessive Drücke während des Ein- und Ausbauen des Bohrgestänges eine der häufigsten Ursachen für Zwischenfälle ist. Diese Masterarbeit präsentiert numerische Untersuchungen von Swab und Surge Drücken in konzentrischen und exzentrischen Ringräumen. Eine Serie von konzentrischen und exzentrischen Simulationen, die einen gerade Abschnitt im Bohrloch abbilden, wird definiert. Eine nicht-Newtonsche inkompressible Bohrspülung, 1% poly-anionische Zellulose, wird ausgewählt. Die Geschwindigkeiten des Bohrstranges variieren von 0.1 bis 0.8 ft/s. Hexahedrale Berechnungsgitter und im Falle von komplexen Geometrien polyhedrale Berechnungsgitter, werden verwendet. Die numerischen Berechnungen werden mithilfe des pimpleFoam Gleichungslösers, verfügbar in der Strömungsmechanik Software OpenFOAM®, durchgeführt und die Ergebnisse mit der Software ParaView visualisiert. Die Ergebnisse für unterschiedliche konzentrische Berechnungen werden erfolgreich mit einem existierenden Laborexperiment validiert. Diese Masterarbeit präsentiert außerdem zusätzliche Ergebnisse zu mehreren exzentrischen Simulationen, die einhergehenden Druckreduzierungen von bis zu 38% sowie die dazugehörigen Strömungsprofile. Der Effekt einer linearen Beschleunigung des Bohrstranges auf die Druckdifferenzen wird dargestellt. Der Einfluss der Bohrstrang-Rotation und die Ergänzung durch eine Bohrgarnitur auf das Druckverhalten im Ringraum sowie das Auftreten von turbulenten Strömungen wird diskutiert. Die Ergebnisse der numerischen Untersuchungen werden mit einem analytischen Druckmodell von Srivastav et al. verglichen und mit einem Korrekturterm für Exzentrizität erweitert, basierend auf den Simulationsergebnissen. Diese Arbeit präsentiert eine Anwendung von numerischer Strömungsmechanik für Druckmodellierung. Sie legt ein neuartiges Druckmodell, das die direkte Berechnung von Druckdifferenzen in einem exzentrischen Ringraum erlaubt, dar.

Details

Titel in ÜbersetzungNumerische Studie von Swab und Surge Drücken im Bohrloch
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung12 Apr. 2019
StatusVeröffentlicht - 2019