3次元グラフィックスを用いた掘削挙動シミュレータの開発

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11750805
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 長縄 茂実 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (10237539)
• Keywords: 石油・天然ガス / 地熱 / 掘削 / 振動 / ローラーコンビット / シミュレーション / 3Dグラフィックス

Research Abstract

本研究の目的は、石油・天然ガス開発に用いられる掘削ビットおよびドリルストリングの動挙動をモデル化し、3次元的に視覚化できる堀削挙動シミュレータを開発することである。本年度は、これまで研究代表者が構築してきた機構学的考察に基づくローラーコーンビットの運動モデルをベースにして、ドリルストリングの振動の影響を組み込んだ数値計算モデルの再構築を行った。
1.ローラーコーンビットの運動モデルの拡張
ベースとしたビット運動モデルは、ドリルストリングの挙動による影響を単純化してあったため、境界条件を設定し直し、モデルの拡張・修正を行った。
2.ドリルストリングの振動モデルの構築
ドリルストリングの縦、横、ねじれとこれらの連成について振動モデルを構築した。モデルの境界条件として、ドリルストリングの地上部分はケリードライブ方式を、坑底部分は前項のローラーコーンビットの運動モデルを組み込んだ。摩擦減衰項として掘削流体や坑壁とドリルストリングとの間の作用を考慮した。流体モデルにはYield Power-lawモデルの適用を検討中である。
3.数値計算モデルの再構築
数値計算では逐次積分法の一つであるNewmarkβ法を用いた動的応答の計算プログラムを作成した。
次年度に計画している視覚化プログラムの作成によって、実際の掘削オペレーション時に現れる非定常掘削条件を含んだ様々な掘削挙動のシミュレーション・解析結果の3次元グラフィックス表示を可能にする。