00 CAMPUS ARISTÓTELES CALAZANS SIMÕES (CAMPUS A. C. SIMÕES) CTEC - CENTRO DE TECNOLOGIA TRABALHOS DE CONCLUSÃO DE CURSO (TCC) - GRADUAÇÃO - CTEC Trabalhos de Conclusão de Curso (TCC) - Bacharelado - ENGENHARIA CIVIL - CTEC
Use este identificador para citar ou linkar para este item: http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/14444
Tipo: Trabalho de Conclusão de Curso
Título: Análise modal aplicada a modelos simplificados de colunas de perfuração
Autor(es): Santos, Joab Manoel Almeida
Primeiro Orientador: Lima Júnior, Eduardo Toledo de
metadata.dc.contributor.referee1: Binas Júnior, Francisco de Assis Viana
metadata.dc.contributor.referee2: Lages, Eduardo Nobre
metadata.dc.contributor.referee3: Ferreira, Diego de Vasconcelos Gonçalves
Resumo: O fenômeno de vibração em colunas de perfuração é de grande interesse no projeto de perfuração em poços de óleo e gás, devido aos danos significativos que podem causar aos seus componentes. A análise modal é uma técnica essencial para compreender o comportamento característico de sistemas e evitar problemas de ressonância, pois fornece as frequências naturais e os modos de vibração da estrutura. O objetivo deste trabalho é determinar e analisar os modos e as frequências naturais de vibração de elementos que representem uma coluna de perfuração, considerando fatores relacionados à variação de massa, rigidez e influência dos estabilizadores. Para isso, utiliza-se o software educacional para análise de estruturas LESM, baseado no método da rigidez direta, e disponibilizado em MATLAB. O estudo propõe três modelos simplificados que representam a coluna em operações de perfuração vertical, cujas geometrias são coerentes com os padrões da indústria. Parte-se de um modelo com seções uniformes, em que os diâmetros interno e externo, assim como o comprimento, são alterados para análise da variação da espessura e comprimentos da estrutura. Em seguida, é analisado um modelo composto por dois segmentos, com rigidezes distintas, sendo o segundo segmento mais rígido que o primeiro, de forma a representar a composição de fundo da coluna. No último modelo, são adicionadas condições de contorno para modelar a presença dos estabilizadores, considerados como pontos de contato com liberdade de movimento axial e sem restrições de rotação. Observou-se que os modos de vibração dos modelos propostos não são alterados pela variação do comprimento e seção geométrica dos elementos da coluna de perfuração, porém, são afetados por mudanças nas condições de contorno, delimitadas pela broca, mesa rotativa e pelos estabilizadores. Para análise dos modos de vibração que se enquadram no intervalo de valores operacionais, os tipos de vibração lateral foram predominantes. Os valores baixos nas frequências naturais são atribuídos ao comprimento significativo da coluna de perfuração. Além disso, constata-se o papel dos estabilizadores no controle das frequências naturais, proporcionando estabilidade e rigidez. O fenômeno de vibração em colunas de perfuração é de grande interesse no projeto de perfuração em poços de óleo e gás, devido aos danos significativos que podem causar aos seus componentes. A análise modal é uma técnica essencial para compreender o comportamento característico de sistemas e evitar problemas de ressonância, pois fornece as frequências naturais e os modos de vibração da estrutura. O objetivo deste trabalho é determinar e analisar os modos e as frequências naturais de vibração de elementos que representem uma coluna de perfuração, considerando fatores relacionados à variação de massa, rigidez e influência dos estabilizadores. Para isso, utiliza-se o software educacional para análise de estruturas LESM, baseado no método da rigidez direta, e disponibilizado em MATLAB. O estudo propõe três modelos simplificados que representam a coluna em operações de perfuração vertical, cujas geometrias são coerentes com os padrões da indústria. Parte-se de um modelo com seções uniformes, em que os diâmetros interno e externo, assim como o comprimento, são alterados para análise da variação da espessura e comprimentos da estrutura. Em seguida, é analisado um modelo composto por dois segmentos, com rigidezes distintas, sendo o segundo segmento mais rígido que o primeiro, de forma a representar a composição de fundo da coluna. No último modelo, são adicionadas condições de contorno para modelar a presença dos estabilizadores, considerados como pontos de contato com liberdade de movimento axial e sem restrições de rotação. Observou-se que os modos de vibração dos modelos propostos não são alterados pela variação do comprimento e seção geométrica dos elementos da coluna de perfuração, porém, são afetados por mudanças nas condições de contorno, delimitadas pela broca, mesa rotativa e pelos estabilizadores. Para análise dos modos de vibração que se enquadram no intervalo de valores operacionais, os tipos de vibração lateral foram predominantes. Os valores baixos nas frequências naturais são atribuídos ao comprimento significativo da coluna de perfuração. Além disso, constata-se o papel dos estabilizadores no controle das frequências naturais, proporcionando estabilidade e rigidez.
Abstract: The vibration phenomenon in drilling columns is of great interest in oil and gas well drilling design due to the significant damage it can cause to its components. Modal analysis is an essential technique for understanding the characteristic behavior of systems and avoiding resonance problems, as it provides the natural frequencies and vibration modes of the structure. The aim of this work is to evaluate the vibration modes and natural frequencies of linear elements representing a drilling column, considering factors related to mass variation, stiffness, and the influence of stabilizers. For this purpose, the structural analysis educational software LESM, which is based on the direct stiffness method and provided in MATLAB, is used. The study proposes three simplified models representing the column in vertical drilling operations, whose geometries are consistent with industry practice. It starts with a model with uniform sections, where the inner and outer diameters, as well as the length, are altered for stiffness and mass analysis of the structure. Next, a model consisting of two segments with different stiffness is analyzed, with the second segment being stiffer than the first, representing the bottom hole assembly (BHA) of the column. In the last model, boundary conditions are added to model the presence of stabilizers, considered as points of contact with axial displacement and rotation degrees of freedom released. It was observed that the vibration modes of the proposed models are not altered by the variation in mass and stiffness of the drilling column; however, they depend on changes in boundary conditions influenced by the drill bit, rotary table, and stabilizers. Stiffness and mass are essential parameters for controlling natural frequency. For the analysis of vibration modes falling within the operational value range, lateral vibration types predominated. Low values in natural frequencies are attributed to the significant length of the drilling column. Additionally, the role of stabilizers in controlling natural frequencies is noted, providing stability and stiffness.
Palavras-chave: Coluna de perfuração
Análise modal
Modos de vibração
Vibration modes
Parametric analysis
Stabilizer
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Alagoas
Sigla da Instituição: UFAL
metadata.dc.publisher.department: Curso de Engenharia Civil - Bacharelado
Citação: SANTOS, Joab Manoel Almeida. Análise modal aplicada a modelos simplificados de colunas de perfuração. 2024. 53 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Civil) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2024.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/14444
Data do documento: 8-mar-2024
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