Development and Evaluation of Criteria for the Comparison and Optimization of Bottom Hole Assemblies

Titel in Übersetzung: Entwicklung und Auswertung von Kriterien für den Vergleich und Optimierung von Bohrgarnituren

Florian Aelfers

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

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Abstract

Laterale Schwingungen stellen ein großes Problem für den Bohrprozess dar. Bohrlochgarnituren (Abkürzung in Englisch: BHA) können zum Beispiel durch Schwingungen verursachte Wandkontakte und Biegebelastungen versagen und Untertagemessungen, sowie die Echtzeit-Datenübertragung, werden durch laterale Schwingungen stark beeinflusst. Obwohl laterale Schwingungen einen massiven Einfluss auf die Bohreffizienz ausüben, ist es durch ihre spezielle Ausprägung schwierig, diese zu modellieren und vorherzusagen. Laterale Schwingungen setzen sich nicht bis an die Oberfläche fort, was die Notwendigkeit von Untertagemessungen hervorruft, um diese Schwingungen zu erfassen. Dynamische Wandkontakte verändern laufend das Schwingungssystem in Bezug auf Eigenfrequenzen und Eigenformen, was zu Unterschieden in der physikalischen Auslenkung führt. Diese wissenschaftliche Arbeit zeigt den Einfluss von Stabilisatoren, Geometrie und Unterschieden in der Erregerkraftart und Position. Eine Parameterstudie untersucht, anhand eines einfachen Balkenmodelles, welchen Einfluss Stabilisierungspunkte, Biegesteifigkeits- und Massenänderungen auf die laterale Schwingungsanfälligkeit haben. Das Modell nutzt das analytische Verfahren der Transfermatrizen, um alle modalen Eigenschaften und physikalischen Amplituden zu berechnen. Dieses analytische Modell ermöglicht, für eine einfache Balkengeometrie, eine schnelle Berechnung und eignet sich daher hervorragend für das Auswerten verschiedener Konfigurationen. Diese Parameterstudie zeigt die hohe Bedeutung einer geeigneten Stabilisierung für eine effektive Schwingungsminderung und dass Elemente mit einer geringeren Biegesteifigkeit, so genannte Flex-Subs, die meist für die Verringerung des statischen Biegemoments verwendet werden, einen nicht unbedeutenden Beitrag zu Schwingungsdämpfung leisten können. Diese Eigenschaft hängt jedoch stark von der geometrischen Beschaffenheit dieser Elemente ab. Zusätzlich zeigen die Berechnungen, dass die Formänderungsenergie, in Verbindung mit einer auf dem dynamischen Biegemoment basierenden kritischen Frequenzanalyse, eine gute Kennziffer für einen Optimierungsprozess ist. Ein Optimierungsprozess vergleicht verschiedene mögliche BHA-Konfigurationen auf deren laterale Schwingungsanfälligkeit und erlaubt somit die Auswahl der Konfiguration mit den kleinsten Schwingungsamplituden. Das auf der Formänderungsenergie basierende Optimierungsverfahren ist eingebettet in einen Ansatz der die gesamte BHA-Leistungsfähigkeit berücksichtigt. Dazu zählen die statische und dynamische Belastung, Steuerbarkeit und geometrische Eigenschaften. Für das Richtbohrsystem ist die Steuerbarkeit von größerer Bedeutung als eine optimale statische und dynamische Belastung. Jedoch sollte keine der in Betracht gezogenen BHAs durch die Belastungsfälle versagen. Dieser Gesamtvergleich basiert auf verschiedenen Verhältnissen zwischen der geplanten Vorgabe oder Bohrparametern und den eigentlichen Belastungsgrenzen der BHA. Diese Arbeit zeigt die Auswirkungen von BHA-Änderungen auf die laterale Schwingungsanfälligkeit und wie verschiedene Designs am besten verglichen werden können.
Titel in ÜbersetzungEntwicklung und Auswertung von Kriterien für den Vergleich und Optimierung von Bohrgarnituren
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Thonhauser, Gerhard, Betreuer (intern)
  • Gorelik, Ilja, Mitbetreuer (extern), Externe Person
  • Linke, Christian, Betreuer (extern), Externe Person
Datum der Bewilligung18 März 2016
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2016

Bibliographische Notiz

gesperrt bis 29-01-2021

Schlagwörter

  • Optimierung
  • Schwingungen
  • Bohrgarnitur
  • Dynamik
  • Stabilisator
  • MATLAB
  • Simulation

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