Stick-slip en forage pétrolier

ABSTRACT

Dynamics of a drilling structure is studied in torsion. Torsional instabilities, also known as stick-slip, are often present during drilling and reduce strongly the system efficiency. Measurements of bit parameters are obtained with an instrumented bit. Two types of behaviour are experimentally highlighted, comforted by a beam model. In the first one (stationary or desired functioning), the system is linear and modal analysis allows to understand the phenomenology. A perturbation of structural parameters (generally, operating parameters) makes converge the system on a periodical attractor, characteristic of stick-slip. In fact, a punctual non linearity appears in the second stage, justified by rock-bit interaction considerations. This bifurcation is theoretically described with linearized analysis and is experimentally exhibited.

RÉSUMÉ

L'étude de la dynamique d'une structure de forage est proposée en torsion. Les instabilités de torsion, généralement connues sous le nom de stick-slip, peuvent conditionner toute une phase de forage et réduisent les performances du système. Des mesures des paramètres à l'outil sont obtenues à l'aide d'un outil instrumenté. Deux plages de fonctionnement sont mises en évidence expérimentalement, confortées par un modèle de poutre. En fonctionnement dit stationnaire ou désiré, le système dynamique est linéaire et l'analyse modale décrit fidèlement la phénomenologie. Une perturbation des paramètres structuraux (généralement les paramètres opératoires) fait bifurquer le système vers un attracteur périodique, caractéristique du stick-slip. Une non linearité ponctuelle apparâit en effet, justifiée par des considérations portant sur l'interaction outil-roche. Cette bifurcation est théoriquemént appréhendée à partir d'une analyse linéarisée et expérimentalement mise en évidence.

KEYWORDS:

• non linear dynamics
• drilling
• rock-structure interaction
• stability
• stick-slip

MOTS-CLÉS:

• dynamique non linéaire
• forage
• interaction roche-structure
• stabilité
• stick-slip