Use este identificador para citar ou linkar para este item: http://hdl.handle.net/11422/20116
Tipo: Dissertação
Título: Stochastic modeling and simulation of the coupled axialtorsional vibration of a drill-string
Autor(es)/Inventor(es): Lobo, Daniel de Moraes
Orientador: Ritto, Thiago Gamboa
Coorientador: Castello, Daniel Alves
Resumo: Esta dissertação investiga a vibração axial-torcional acoplada de uma coluna de perfuração na presença de incertezas litológicas. Este trabalho tem três objetivos principais: (i) realizar uma investigação numérica determinística através de um modelo acoplado axial-torsional contínuo, considerando as não-linearidades geométricas e a interação broca-rocha; (ii) propor um novo modelo estocástico para descrever incertezas na interação bit-rock usando as equações diferenciais estocásticas de Itô e; (iii) analisar a influência dos principais parâmetros na resposta estocástica comparando as estatísticas obtidas a partir dos resultados. O modelo contínuo é discretizado por meio do método dos elementos finitos, considerando as não-linearidades geométricas e um modelo de interação broca-rocha que é qualitativamente validado com resultados experimentais. Os resultados determinísticos mostraram que as não linearidades geométricas não afetaram a resposta e, portanto, são ignoradas nas análises subsequentes. O modelo é reduzido usando a base modal e os resultados são analisados. Em seguida, um modelo estocástico é construído para descrever a heterogeneidade litológica. Este modelo considera dois processos estocásticos: processo de Ornstein-Uhlenbeck e um novo processo acoplado. O novo processo é capaz de descrever melhor a física quando ocorre stick-slip severo. As estatísticas da resposta mostram que a heterogeneidade na formação rochosa induz vibrações mais severas na broca. Além disso, as diferenças entre os processos são pequenas quando a broca não trava, mas o novo processo resulta em vibrações mais severas quando há períodos de travamento da broca.
Resumo: This dissertation investigates the coupled axial-torsional vibration of drill-strings in the presence of lithology uncertainties. This work has three main objectives: (i) to perform a deterministic numerical investigation through a continuous axialtorsional coupled model, considering the geometric nonlinearities and the bit-rock interaction; (ii) to propose a novel stochastic model to describe uncertainties on bitrock interaction by using Itˆo stochastic differential equations, and; (iii) to analyze the influence of the main parameters on stochastic response by comparing the statistics obtained from the results. The continuous model is discretized by means of the finite element method, considering the geometric nonlinearities and a bit-rock interaction model that is qualitatively validated with experimental results. The deterministic results showed that the geometric nonlinearities did not affect the response and, thus, are ignored in the subsequent analyses. The model is reduced using the modal basis and the results are analyzed. Then, a stochastic model is constructed to describe lithology heterogeneity. This model considers two stochastic processes: OrnsteinUhlenbeck process and a novel coupled process. The novel process is capable of describing better the physics when severe stick-slip happens. The statistics of the response show that the heterogeneity on rock formation induces severer vibrations at the bit. Also, the differences between the processes are small when bit does not stick, but the novel process causes worse vibrations when bit sticks.
Palavras-chave: Colunas de perfuração
Interação Bit-Rock
Vibração de máquinas
Processos estocásticos
Assunto CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROJETOS DE MAQUINAS::ELEMENTOS DE MAQUINAS
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
Unidade produtora: Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Editora: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Data de publicação: Mar-2019
País de publicação: Brasil
Idioma da publicação: eng
Tipo de acesso: Acesso Aberto
Aparece nas coleções:Engenharia Mecânica

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