Dynamique des trains de tiges de forage, étude des instabilités et du contact tige-puits

par Hayet Bouslimani

Thèse de doctorat en Mécanique des structures

Sous la direction de Guy Ferraris.

Soutenue en 1999

à Lyon, INSA .


  • Résumé

    Ce travail a pour objet de prévoir le comportement dynamique de train de tiges de forage pétrolier. Lors du forage, le poids appliqué sur l'outil et l'effort de taillage génèrent un effort axial et un couple axial dans les tiges. Ces deux sollicitations comportent une composante statique et une composante dynamique. Les sollicitations dynamiques conduisent à une raideur de flexion latérale périodique dans le temps. Les équations du mouvement se présentent sous la forme d'un système d'équations différentielles à coefficients périodiques. Deux problèmes sont étudiés : l'influence d'un couple axial périodique pouvant entraîner des phénomènes instables et l'interaction entre la tige et le puits. Dans la première partie, la résolution des équations est effectuée en factorisant les termes périodiques dans la base des polynômes de Chebyshev. Un dispositif expérimental est utilisé pour mettre en évidence les phénomènes vibratoires liés aux instabilités paramétriques dues au couple axial. La deuxième partie concerne l'étude du contact entre la garniture de forage et le puits. Ce contact est préjudiciable au forage et peut dans certains cas entraîner des mouvements "chaotiques". Un modèle mécanique est proposé, il prend en compte les mouvements de flexion et de torsion ainsi que le phénomène de frottement entre la tige et le puits. La comparaison des résultats expérimentaux avec celles du modèle proposé a permis la validation du logiciel développé.

  • Titre traduit

    = Dynamic of drill strings study of instabilities and contact


  • Résumé

    This work is devoted to the dynamic behaviour of the drill-string in the oil well. During drilling, the weight on bit and the effort of cutting generate an axial load and an axial torque in the drill-string. These stresses include a static component and a dynamic component. The dynamic stresses lead to stiffness periodic in time. The equations of the motion consist of a system of differential equations with periodic coefficients. Two problems are studied: the influence of a periodic axial torque which is able to create unstable phenomenon and the interaction between the drill-string and the well. In the first part, the solution of the equations is carried out by factorizing the periodic terms in the base of the Chebyshev polynomials. An experimental device is used to highlight the vibratory phenomena related to parametric instabilities due to the axial torque. The second part concerns the study of the contact between the drill-string and the well. In some cases, this contact will involve in «chaotic” motions. A mechanical model is proposed: it takes into account the motion of bending and torsion as well as the phenomenon of friction between the drill-string and the well. The comparison of experimental results with mechanical models presented validates the software developed.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (121 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. P

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(2320)
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