Prise en compte de l'interaction outil-roche dans le comportement dynamique du système de forage

par Xiangdong Song

Projet de thèse en Géosciences et géoingénierie

Sous la direction de Michel Tijani et de Hédi Sellami.

Thèses en préparation à Paris Sciences et Lettres , dans le cadre de École doctorale Géosciences, ressources naturelles et environnement (Paris) , en partenariat avec Centre de géosciences (Fontainebleau, Seine et Marne) (laboratoire) , Géosciences - Fontainebleau (equipe de recherche) et de École nationale supérieure des mines (Paris) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2014 .


  • Résumé

    Les techniques de coupe mécanique des roches s'étendent à des roches de natures de plus en plus complexes en terme de dureté, abrasivité, hétérogénéité, comportement à la rupture, etc… Cette mutation des techniques d'abattage et de forage des roches s'est accompagnée durant les deux dernières décennies de recherches visant surtout à renforcer la résistance des taillants. Mais ceci ne suffit plus aujourd'hui pour espérer repousser encore plus loin le domaine de la coupe mécanique. L'effort doit être porté aujourd'hui sur la compréhension de la rupture des roches très dures pour pouvoir maîtriser et contrôler leur fracturation sous l'action des taillants et pour concevoir à terme des dispositifs améliorés, profitant de manière efficace de certaines caractéristiques de roches dures comme leur fragilité. L'objectif de cette thèse est donc de comprendre les phénomènes d'interaction entre le comportement du taillant et celui de la roche durant le processus de coupe. Ce processus sera étudié non seulement en condition atmosphérique mais aussi sous confinement pour pouvoir analyser ce processus dans le cas de forage profond. L'originalité de ce travail réside dans le fait que le processus de coupe sera analysé non pas comme étant un processus intrinsèque à la roche seule mais comme étant résultant d'une interaction complexe entre le processus de déformation du taillant et le processus de fracturation de la roche. La thèse devra permettre de comprendre ces interactions et de les mettre en œuvre à partir d'expérimentations spécifiques à concevoir et à réaliser au laboratoire. Ensuite, il s'agit de développer un modèle décrivant ces processus et fournissant l'évolution des efforts sur le taillant au cours de la coupe.

  • Titre traduit

    Dynamic behavior of the system of drills taking the interaction tool-rock into consideration


  • Résumé

    Drillstring vibration is a dangerous dynamic phenomenon mostly happened. It may result in catastrophic and costly problems, such as failure of drillstring components and also leads to the wear of bit and decreased efficiency. Various studies were carried out to analyze the behavior of the drillstring; however, few of them took the bit-rock interaction into consideration. Therefore, a better understanding of the dynamic behavior of the drillstring in the presence of bits is necessary. In this paper, a new model is developed basing on Timoshenko beam theory to describe the dynamic behavior of drillstring. Firstly, several sources of excitation in vibration are analyzed in order to figure out their influences on the vibration. Then, boundary conditions and initial conditions are presented. Afterwards, the dynamic behavior of drillstring is considered as composed of axial-torsional vibration and lateral vibration, and governing equations are gotten by analyzing the equilibrium of tiny part of drillstring. These partial difference equations in space and in time are discre-tized by means of the finite element method and finite difference method, respectively. A computational code in Scilab is written to solve these equations and numerical simulations with this code are performed in several situations.