Analysis of the oil well impactor mechanism under different conditions

Abstract

Drilling process is one of vastly used manufacturing in oil and gas industry, there are plenty of studies that are looking for this complex process in academic and industry world. PDC drill bit is an important petroleum equipment in this process, therefore predictions of significant process variable such as torque, cutting force and stress distributions play an important role to keep the equipment life and the safety of the lives of workers. The researchers have found these variables by using experimental techniques which makes the investigation need long period time and have expensive cost. At this point, finite element modeling and simulation become the main to investigate these parameters. It can be expected that finite element Simulations can be used without conducting any experimental studies. This thesis covers a study investigating the effect of parameters on the drill bit, PDC modelling and simulation during the drilling process by using finite element method with software ABAQUS. For this purpose, drilling simulations of the PDC are performed. At the first step, the effect of drilling speed on torque and cutting force is investigated by comparing simulation result with experimental results that are found in the literature review. The effect of load force on torque and the values of rotary speed depend on data from experimental working from field NOOR WELL in south of Iraq are found. In addition, comparison of two different mesh sizes of element is performed and the results are compared with that of the literature. Then the effect of applied pressure on the drill bit is shown. Also the effect of kinetic energy and internal energy are considered. Lastly, element point in drill bit is set and the maximum stress results are listed from the beginning of the process to the end. The results corresponding to all of these parameters related with the process of the drill bit are taken as a reference point and then comparison for other impactors are conducted using ABAQUS.

Sondaj işlemi petrol ve gaz imalatında çokca kullanılır. Bu yüzden akademi ve endüstri dünyasında bu kompleks prosesi araştıran yeterli derecede çalışma bulunmaktadır. PDC matkap ucu bu proseste önemli bir ekipmandır. Bu yüzden tork, kesme kuvveti ve stres dağılımı gibi önemli proses değişkenlerinin bulunması, hem çalışanların hayatları açısından hem de ekipmanların kullanım süresi açısından önemli bir rol oynamaktadır. Araştırmacılar bu degişkenleri hem uzun zaman alan hem de pahalıya mal olan deneysel teknikleri kullanarak bulmuşlardır. Bu noktada sonlu eleman modeli ve simülasyon ana aracımız olmaktadır. Bu sayede, sistemdeki değişimler herhangi bir deney yapmadan sonlu elemanlar yöntemiyle belirlenebilir. Bu tez, ABAQUS programıyla birlikte sonlu elemanlar metodu kullanarak sondaj işlemi süresince PDC modelleme ve simülasyonla önemli etken parametrelerin incelenmesini içerir. Bu amaçla PDC sondaj simülasyonları yapılmış ve simülasyonlarda kullanılan model doğrulanmıştır. İlk aşamada; matkap hızının kesme kuvveti ve tork üzerindeki etkisi , literatürlerde bulunan deneysel sonuçlarla simülasyon sonuçlarının karşılaştırılmasıyla araştırılmıştır. Daha sonra yük kuvvetinin tork üzerindeki etkisine bakılmış ve Irak'ın güneyindeki NOOR WELL bölgesindeki deneysel çalışmalardan elde edilen verilere bağlı olarak dönme hız degerleri bulunmuştur. Elementlerin iki farklı mesh ölçüleri karşılaştırılmıştır. Bazı simulasyonlarda matkap ucuna basınç uygulayarak stress degerleri üzerindeki etkisinin gösterilmesine gerek duyulmuştur. Aynı zamanda kinetik enerji ve iç enerjinin de etkisi düşünülmüştür. Son olarak matkap ucundaki temel nokta ayarlanarak başlangıctan sona kadar maksimum stres sonuçları gösterilmiştir. Matkap ucu üzerinde referans nokta belirleyerek bütün bu degişkenlerin incelenmesi işlemi ve bütün etkileyen faktörlerin ölçümü ABAQUS programıyla yapılmıştır.