The inverse problem about the theoretical analysis of a drill string bending in a channel of an inclined bore-hole with localized geometrical imperfections is studied. The system of ordinary differential equations is first derived based on the theory of curvilinear flexible elastic rods. One can then use these equations to investigate the quasi-static effects of the drill string bending that may occur in the process of raising, lowering and rotation of the string inside the bore-hole. The method for numerical solution of the constructed equations is described. With the proposed method, the phenomenon of the drill column movement, its contact interaction with the bore-hole surface, and the frictional seizure can be simulated for different combinations of velocities, directions of rotation and axial motion of the string. Geometrical imperfections in the shape of localized smoothed breaks of the bore-hole axis line are considered. Some numerical examples are presented to illustrate the applicability of the method proposed.
The equation of motion of the drill string along the excavation trajectory was analyzed using the Lagrangian approach together with the finite element method (FEM). A drill string of circular cross section is constructed by combining a plurality of circular axes each having 12 degrees of freedom (DOF). FEM analysis can observe the vibration and dynamic changes of the entire drill string, and it is easy to apply comprehensive boundary conditions to reproduce the simulation of a realistic drill string. In this study, the constructed FEM motel was simulated. In order to apply the FEM program to the actual drill trajectory, the dynamic analysis of the curved beam was verified by comparison with the actual values. The dynamic change over time was observed.
At present, the time of easy oil and gas is over. Now, the largest part of fossil fuels is concentrated in the deepest levels of tectonic structures and in the sea shelves. One of the most cumbersome operations of their extraction is the bore-hole drilling. In connection with austere tectonic and climate conditions, their drivage every so often is associated with great and diversified technological difficulties causing emergencies on frequent occasions. As a rule, they are linked with drill string accidents. A key role in prediction of these situations should play methods of theoretical modelling. For this reason, there is a growing need for development and implementation of new numerical methods for computer simulation of critical and post-critical behavior of drill strings (DSs). In this paper, the processes of non-linear deforming of a DS in cylindrical cavity of a deep bore-hole are considered. On the basis of the theory of curvilinear flexible rods, non-linear constitutive differential equations are deduced. The effects of the longitudinal non-uniform preloading, action of torque and interaction between the DS and the bore-hole surface are taken into account. Owing to the use of curvilinear coordinates in the constraining cylindrical surface and a specially chosen concomitant reference frame, it became possible to separate the desired variables and to reduce the total order of the equation system. To solve it, the method of continuation the solution by parameter and the transfer matrix technique are applied. As a result of the completed numerical analysis, the critical states of the DS loading in the cylindrical channels of inclined bore-holes are found. It is shown that the modes of the post-critical deforming of the DS are associated with its irregular spiral curving prevailing in the zone of bottom-hole-assembly. The possibility of invariant state generation during post-critical deforming is established, condition of its bifurcation is formulated. It is shown that infinite variety of loads can correspond to one geometrical configuration of the DS. They differ each from other by contact force functions.
The conventional communication method using mud flow pressure waves has a speed of 1-2 bps, so it takes a long time to communicate, making real-time control impossible. Although the sound wave communication method for improving the communication speed by 10 times or more has been commercialized, its use is limited due to its high price and there are not many application cases. In this study, the simulator corresponding to the facility was developed to develop performance similar to the actual test results. For simulating sound wave communication through a drill pipe, we proposed a governing equation that can simulate friction damping by mud and developed a numerical analysis model. The attenuation factor was corrected by comparing it with the attenuation rate of sound wave energy at the drilling site. The developed numerical analysis model was applied to the QPSK modulation type communication algorithm to confirm the excellent performance of the communication error rate of 0.04% in the ground. This is the communication performance under the condition that noise has not been mixed yet, and in order to apply it, the technology of reproducing the actual noise signal for mixing by securing the field noise data was established.
Okoro, Emmanuel E.;Oladejo, Bukola R.;Sanni, Samuel E.;Obomanu, Tamunotonjo;Ibe, Amarachukwu A.;Orodu, Oyinkepreye D.;Olawole, Olukunle C.
Advances in nano research
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v.9
no.1
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pp.59-67
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2020
Filter cake formation during rotary drilling operation is an unavoidable scenario, hence there is need for constant improvement in the approaches used in monitoring the cake thickness growth in order to prevent drill-string sticking. This study proposes an improved model that predicts the growth of mud cake thickness overtime with the consideration of the addition of nanoparticles in the formulated drilling fluid system. Ferric oxide, titanium dioxide and copper oxide nanoparticles were used in varying amounts (2 g, 4 g and 6 g), and filtration data were obtained from the HPHT filtration test. The filter cakes formed were further analyzed with scanning electron microscope to obtain the morphological characteristics. The data obtained was used to validate the new filtrate loss model. This model specifically presents the concept of time variation in filter cake formation as against the previous works of constant and definite time. Regression coefficient which is a statistical measure was used to validate the new model and the predicted results were compared with the API model. The new model showed R2 values of 99.9%, and the predictions from the proposed filtration model can be said to be more closely related to the experimental data than that predicted from the API model from the SSE and RMSE results.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.16
no.2
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pp.261-270
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2018
In this study, to replace the 'J-slot joint', a joint device between a disposal canister and an emplacement jig in Deep Borehole Disposal process, a novel joint device was designed and tested. The novel joint device was composed of a wedge on top of a disposal canister and a hook box at the end of a winch system. The designed joint device had merits in that it can recombine an emplaced canister freely without the replacement of the joint component. Moreover, it can be applied to various emplacement jigs such as drill pipes, wire-lines, and coiled tubing. To demonstrate the designed joint device, the joint device (${\Phi}110mm$, H 148 mm), a twin canister string (${\Phi}140mm$, H 1,105 mm), and a water tube (${\Phi}150mm$, H 1,500 mm) as a borehole model were manufactured at 1/3 scale. As deployment muds, Na-type bentonite (MX-80) and Ca-type (GJ II) bentonite muds were prepared at solid contents of 7wt% and 28wt%, respectively. The manufactured joint device showed good performance in pure water and viscous muds, with an operation speed of $10m{\cdot}min^{-1}$. It was concluded that the newly developed joint device can be used for the emplacement and retrieval of a deep disposal canister, below 3~5 km, in the future.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.23
no.4_2
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pp.617-626
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2020
The drilling mud is essentially used in oil and gas development. There are several roles of using the drilling mud, such as cleaning the bottomhole, cooling and lubricating the drill bit and string, transporting the cuttings to the surface, keeping and adjusting the wellbore pressure, and preventing the collapse of the wellbore. The fragments from rocks and micro-sized bubbles generated by the high pressure are mixed in the drilling mud. The systems to separate those mixtures and to keep the uniformly maintained quality of drilling mud are required. In this study, the simulation is conducted to verify the performance of the mud tank's agitation capacity. The primary role of the mud tank is the mixing of mud at the surface with controlling the mud condition. The container type is chosen as a mud tank pursuing efficient transport and better management of equipment. The single- and two-phase simulations about the agitation in the mud tank are performed to analyze and identify the inner flow behavior. The convergence of results is obtained for the vertical- and axis-direction velocity vector fields based on the grid-dependency tests. The mixing time analysis depending on the multiphase flow conditions indicates that the utilization of a two-stepped impeller with a smaller size provides less time for mixing. This study's results are expected to be utilized as the preliminary data to develop the mixing and integrating equipment of the onshore drilling mud system.
Jihoon Kim;Junhyung Choi;Doyoung Kim;Taeil Park;Daesung Lee
Journal of the Korean GEO-environmental Society
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v.24
no.1
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pp.51-60
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2023
Unlike the vertical drilling in the directional drilling should be minimized torque and drag in the well trajectory that avoided problems such as drillstring transformation, casing wear and key-seating. These torque and drag magnitude is determined by variations such as the well trajectory geometry, drilling mud, drillstring type and kick-off point. Therefore, it is essential to consider these variations for designing directional well trajectory. In this study, it was selected well trajectory by the most common build-hold type well and calculated torque and drag on each section by Analytical friction model. Analysis indicates that torque and drag could be minimized by using high lubricity drilling mud, kick-off point appropriate according to the well geometry and possible minimize dogleg severity. The results of this study is useful to minimize torque and drag from directional well trajectory design.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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