Modélisation des vibrations de torsion dans les garnitures de forage

Abstract

Lors des opérations de forage pétrolier, de violentes et indésirables vibrations se produisent dans la garniture de forage et conduisent à une fatigue des tiges et provoquent la rupture de la garniture. Elles sont de trois types : vibrations axiales, vibrations latérales et les vibrations de torsion (Stick-Slip), objet du présent projet de fin d’études. Ledit projet est le fruit de la collaboration ENP (Laboratoire de Génie Mécanique et Développement) - SONATRACH (Centre de Recherche et Développement) Le travail effectué consiste à modéliser les vibrations de torsion dans les garnitures de forage en utilisant la méthode des éléments finis afin de simuler le comportement de la garniture au cœur du puits. Pour ce faire, un code de calcul sous environnement 𝑀𝑎𝑡𝑙𝑎𝑏 a été élaboré par nos soins. Une première validation par le calcul des fréquences propres montre que les résultats obtenus par le présent code sont en bonne concordance avec ceux obtenus par le logiciel commercial 𝑊𝑒𝑙𝑙𝑆𝑐𝑎𝑛 avec un maximum d’erreur relative de 3%. L’analyse dynamique permet de prédire les rotations, les vitesses de rotation et les accélérations des jonctions des tiges le long de la garniture ainsi que le couple sur l’outil pendant un laps de temps. Les résultats de simulation du comportement dynamique de la garniture de forage obtenus par le code sont comparables à ceux obtenus expérimentalement et par le logiciel commercial 𝑊𝑒𝑙𝑙𝑆𝑐𝑎𝑛.