A Literature Review of Approaches for Stick-Slip Vibration Suppression in Oilwell Drillstring

Abstract

Stick-slip vibration presents one of the main problems in the quality of drilling performance limiting tool life and productivity. This type of vibration can be suppressed by means of many approaches, such as varying parameters and use of control tools. Although tremendous improvements have been made in overcoming this dysfunction, stick-slip vibration suppression remains a large problem in the drilling industry. This paper provides an up-to-date review of stick-slip vibration behavior in drillstrings. First, the phenomena and the modeling methods of stick-slip vibrations are reviewed. Then an overview of the approaches for stick-slip suppression in oilwell drillstrings is presented, grouping the references under the categories of passive vibration control and active vibration control. Literature related to passive control is grouped under the categories of optimization of bottom hole assembly (BHA) configurations, bit selection and bit redesign, and use of downhole tools. The contributions related to the active control approaches for stick-slip mitigation are grouped under the categories of drilling parameters optimization based on real-time measurement and use of active control systems. Finally, related discussions and recommendations are conducted.

Computational monitoring in real time: review of methods and applications

“…SWD uses the drill bit as a source for the seismic imaging of the formation ahead the drill bit (Poletto and Miranda 2004). A range of physical and phenomenological models is used for monitoring of bit-rock interaction (Detournay et al 2008;Chiaia et al 2013), detection of stick-slip vibrations (Zhu et al 2014), and modelling of drilling fluids (Guzek et al 2015), For example, a computational tool developed by Petrobras is able to monitor the real time drilling conditions by comparing the pressure while drilling (PWD), torque and drug predicted based on the mud analysis to the real-data obtained from MWD measurements (Gandelman et al 2013). Although as discussed in the previous section, high performance computing utilising supercomputer and processor clusters has been used in numerous applications in geomechanics, it requires expensive hardware infrastructure.…”

Research of Axial Force and the Torque Action on a Drill String at Rotary and Combined Drilling Methods

“…Однак під час дослідження процесів проводки та обертання бурильної колони виникає проблема через відсутність точних розрахункових формул для обчислення механічної роботи її силових параметрів за кінематичними характеристиками її руху та деформацією у стовбурі свердловини. Задачі такого плану є актуальними щодо оцінки динамічної стійкості та піддатливості бурильної колони в умовах вібраційного навантажування в процесі буріння глибоких свердловин (особливо свердловин зі складними гірничо-геологічними умовами) [1,2].…”

“…навантаження у верхній частині від елементів талевої системи; 0 Mкрутний момент на роторі;1 Sпереміщення бурильної колони на вертикальній ділянці; 2 αкутове переміщення бурильної колони на криволінійній ділянці, причому радіус кривизни дуги криволінійної ділянки; 3 αкут, що визначає положення похилої ділянки; 2 Sдугове переміщення бурильної колони на криволінійній ділянці; -переміщення бурильної колони на похило-скерованій ділянці; l , 2 l , Lвідповідно довжина вертикальної, криволінійної та похило-скерованої ділянок; Pреакція вибою від результуючого навантаження на долото; H Mрезультуючий крутний момент на долоті Розрахункова схема для визначення роботи осьового навантаження та крутного моменту при бурінні похило-скерованої свердловини у відповідності із залежностями (7) та (8) інтегруємо функції силових факторів (9) -(14). Визначаємо роботу осьового навантаження:на вертикальній ділянці:…”

Mathematical model of oscillations of a drill tool with a drill bit of cutting-scraping type

“…In addition, the drilling tool is exposed to friction and contact forces, inertia forces, and others. These phenomena have a negative effect on the elements of the drill string and the bit and generally lead to energy losses [1,2] and a decrease in the technical and economic indices of drilling [3,4].…”

“…Results. At present, the results of studies [2,3,16] estab lished that the condition of the emergence of longitudinal self oscillations caused by torsional ones is the eigenfrequency of any harmonics of torsional and longitudinal oscillations. In this regard, it is possible to model the process of longitudinal and torsional vibrations of a drilling tool, as a mechanical sys tem with concentrated parameters.…”