Programa computacional para predecir las frecuencias y modos de vibración transversales en sartas de perforación mediante el método de elementos finitos y análisis modal Computer model to predict drillstring lateral vibration modes and frequencies using the finite-element-method and modal analysis

Se desarrolló un programa computacional mediante el método de elementos finitos, que permite predecir las frecuencias y modos transversales de vibración en el Ensamblaje de Fondo (BHA) de las sartas de perforación. Este modelo se puede aplicar tanto en la planificación como en tiempo real durante la operación de perforación, con la finalidad de evitar problemas de resonancia en el sistema. Este análisis se lleva a cabo en dos etapas. En la primera se resuelve el problema bidimensional y no lineal de la deformación estática de la sarta; esto proporciona su perfil deformado y las fuerzas en los puntos donde contacta las paredes del hoyo. De esta forma se determina la longitud efectiva del ensamblaje de fondo que está libre de vibrar lateralmente. La segunda, consiste en un análisis dinámico del sistema para obtener las frecuencias y modos de vibración transversales. El modelo fue validado con varias configuraciones de sartas de perforación utilizadas en otros estudios y en mediciones experimentales, obteniéndose excelentes resultados. A computer program based on the finite element method was developed to predict the lateral vibration modes and frequencies in the Bottom Hole Assembly (BHA) of a drillstring. This model is applicable in both a planning and a real time mode of operation to avoid resonance problems. The analysis used in this model proceeds in two stages. The first stage solves the two-dimensional nonlinear static deformation of the drillstring; this gives the deformed shape of the BHA and the side forces at points where the BHA touches the wellbore wall. In this way, the length of the BHA that is free to vibrate in the lateral direction is obtained. The second stage consists in a dynamic analysis of the system, to obtain the lateral vibration modes and frequencies. The model was compared with experimental and simulated results obtained from several BHA configurations, giving excellent results.