تحلیل رفتار دینامیکی کوپل شده غیرخطی بخش پایینی رشته حفاری

در این تحقیق ارتعاشات غیرخطی کوپل شده بخش پایینی رشته حفاری که به مته متصل است مورد بررسی قرار می گیرد. مدل پیوسته برای تحلیل ارتعاشات تهیه شده و حل معادلات حرکت به روش تئوری اغتشاشات انجام می شود. در این تحقیق، رشته حفاری به عنوان یک روتور فرض شده که بر روی تکیه گاههای ساده (پایدارکننده ها) قرار دارد و دارای حرکت محوری بوده و در درون یک سیال قرار گرفته است. برای مدلسازی رشته حفاری موارد زیر در نظر گرفته می شود: ارتعاش سیستم در سه بعد، سرعت محوری، اثر جرم افزوده، نامیزانی جرمی، اثر ژیروسکپی، اینرسی جرمی دورانی، سختی خمشی، کرنش محوری غیرخطی، نیروی درگ سیال، نیروی محوری هارمونیک، سرعت محوری هارمونیک، اثر نیروی جاذبه وزن، مایل بودن رشته حفاری. رشته حفاری در حین دوران خود، زمین را حفر نموده و در عمق چاه پیشروی می کند. از اینرو رشته حفاری را می توان بصورت یک سیستم دارای حرکت محوری فرض نمود. در تحقیق حاضر برای اولین بار سیستم های دوار دارای حرکت محوری مورد بررسی قرار می گیرد. همچنین تغییرات هارمونیک نیروی فشاری در راستای محوری و تغییرات سرعت محوری روتور تاکنون بصورت همزمان مدّنظر نبوده که به عنوان یک فعالیت جدید، هر دو این موارد بصورت همزمان در نظر گرفته شده است. دو حالت بزرگ بودن مرتبه سرعت محوری رشته حفاری و کوچک بودن مرتبه سرعت محوری رشته حفاری بصورت مجزا بررسی شده است. در حالتی که سرعت محوری کوچک (از مرتبه ) باشد، حالتهای بروز رزونانس کاهش می یابد. رزونانس سیستم به دو صورت رزونانس پارامتریک و رزونانس ترکیبی بوجود می آید که هرکدام بصورت جداگانه بررسی شده اند. اثر نیروی فشاری (وزن بر روی مته)، سرعت محوری، اینرسی دورانی و ... بر مقدار فرکانس طبیعی سیستم بررسی شده است. فرکانس طبیعی با افزایش سرعت رشته حفاری، افزایش نیروی محوری، افزایش طول و کاهش سختی خمشی، کاهش می یابد. نمودار فرکانس ـ پاسخ به ازای مقادیر مختلف نیروی نامیزانی جرمی و پارامترهای دیگر سیستم، ارایه می شود که در آن محدوده های پایداری و ناپایداری پاسخ حالت دائم به تفصیل بیان شده است. سپس بطور همزمان حرکت محوری رشته حفاری و حرکت سیال در نظر گرفته می شود. همچنین تغییرات سرعت محوری لوله، سرعت سیال داخل لوله و نیروی محوری وارد بر لوله، هر سه بصورت هارمونیک متغیر با زمان فرض می شود. سپس تمام مراحل روش مقیاس های چندگانه اعمال شده و نتایج ارایه می شود. فرکانس طبیعی با افزایش سرعت سیال، افزایش سرعت رشته حفاری، افزایش نیروی محوری، افزایش طول و کاهش سختی خمشی، کاهش می یابد.