Modelos continuos de sondas de perforación para la industria petrolera: Análisis de enfoques y su discretización

Abstract

En este trabajo se presenta un modelo continuo que, por discretización mediante el método de elementos finitos, se emplea para analizar las vibraciones acopladas extensionales, flexionales y torsionales de una sonda de perforación. La sonda se describe como una viga axial rotante confinada a moverse dentro de un cilindro rígido que simula el pozo de perforación. La estructura se halla sujeta a fuerzas distribuidas asociadas a su propio peso, fuerzas de reacción y momentos de perturbación donde actúa el trépano. La fricción y los impactos laterales de la sonda de perforación se consideran mediante formas de penalización simplificadas. Por su complejidad la dinámica de sondas de perforación suele analizarse por medio de modelos de parámetros condensados equivalentes que se obtienen a partir de correlaciones experimentales de datos de campo. Sin embargo estos modelos de parámetros condensados no incluyen fehacientemente los efectos de no linealidad geométrica, misma que tiene una importante influencia en la dinámica de estructuras esbeltas. Otros modelos de sondas se basan en enfoques continuos pero bajo hipótesis de comportamiento lineal. En este contexto el objetivo de este trabajo es analizar la influencia de la no linealidad geométrica en la dinámica de las sondas de perforación junto con los patrones de vibro-impacto comparando los presentes resultados con otro tipo de predicciones. El modelo de sonda de perforación se discretiza con elementos finitos tipo viga con 12 grados de libertad por elemento. Los resultados de este estudio muestran la influencia de los aspectos considerados en la respuesta dinámica de las sondas, especialmente cuando se presentan impactos con los bordes del pozo o la formación rocosa del fondo.