رشته های حفاری تحت تاثیر نیروهای دینامیکی بسیار پیچیده ای قرار دارند که وجود آنها باعث ایجاد تنش های متفاوتی شده است که استهلاک سیستم را به دنبال دارد. دوران آن چنان که در سطح دیده می شود در عمل به حرکتی پیچیده در پایین حفره تبدیل می شود که توسط متغیرهای زیادی کنترل می شود. امروزه این نظر که دینامیک رشته حفاری نقش بسزایی در کاهش راندمان حفاری را برعهده دارد به صورت گسترده ای در صنعت حفاری پذیرفته شده است. نیروهای دینامیکی ناشی از اندرکنش مته و سازند، اندرکنش رشته حفاری و سازند و طراحی رشته حفاری شرایط و شیوه حفاری متفاوتی را نتیجه می دهند. محققینی که در زمینه حفاری بکار مشغول می باشند گروهی از پدیده ها را که بنام ارتعاشات نامیده می شوند شناسایی کرده اند. وجود نیروهای دینامیکی باعث بروز ارتعاشات در رشته حفاری می شود. این ارتعاشات ممکن است بوضوح دیده شود یا ممکن است که پنهان بوده و فقط هنگامی که باعث شکست ابزارهای حفاری گردید حس شود. در هر صورت چنین ارتعاشاتی هزینه های زیادی را برای حفاری چاه نفت به خود اختصاص می دهد. اگر چه میزان دقیقی در دست نیست اما تخمین زده می شود که خسارات ناشی از ارتعاشات رشته تا حدود 10 % کل هزینه های چاه را در بر داشته باشد. این هزینه ها شامل زمان از دست رفته جهت بیرون کشیدن رشته، تعیین محل شکست، عملیات گرفتن و بالا آوردن رشته بریده شده، کاهش میزان نفوذ، کیفیت پایین حفره و در برخی موارد از بین رفتن چاه می باشد. جهت بررسی، کنترل و کاهش اثر ارتعاشات در صنعت حفاری برنامه های پیشنهادی زیر از سوی قطب حفاری پیشنهاد می گردد:

1. طراحی و ساخت ابزارهای اندازه گیری پارامترهای دینامیکی رشته حفاری. از جمله این پارامترها می توان به وزن و گشتاور پیچشی روی مته، گشتاور خمشی وارد بر رشته، سرعت دورانی رشته، شتابهای رشته، فشار گل و دما اشاره نمود. این کار در سه سطح توصیه می شود:

الف)  ندازه گیری خار خط در پایین رشته: در اینجا ابزارهای اندازه گیری پارامترهای حفاری را ضبط نموده و با بالا آوردن رشته، اطلاعات فوق را جهت تحلیل در اختیار می گذارد.

ب)  اندازه گیری برخط در سطح: اندازه گیری های انجام شده در سطح توانایی بررسی ارتعاشات محوری و پیچشی رشته را دارا می باشند. پارامترهای مورد اندازه گیری شامل وزن و گشتاور پیچشی، سرعت دورانی رشته و شتاب های رشته می باشند.

ج) اندازه گیری برخط در پایین رشته: مزیت اصلی و مهم اندازه گیری پارامترهای حفاری در نزدیکی مته دانستن وضعیت دقیق مته، پایدارکننده، موتور و سایر ابزارهای ته چاه و در نتیجه آگاهی آنی از وضعیت رشته است. در حقیقت از این ابزارها می توان به عنوان چشم حفار نام برد. اندازه گیری های انجام شده توانایی بررسی انواع ارتعاشات رشته را دارا می باشند. این اطلاعات از طریق سیستم تله متری به سطح منتقل می شوند.

هدف از انجام این برنامه طراحی و ساخت سخت افزار و نرم افزار لازم جهت اندازه گیری پارامترهای دینامیکی رشته حفاری در ته چاه در طی عملیات حفر چاه می باشد.

2. طراحی و ساخت سیستم مکانیزه جابجایی ادوات حفاری: بیش از 30 % زمان دکل های حفاری به جابجایی رشته حفاری و راندن لوله های جداری اختصاص دارد. این فعالیت ها همواره توأم با خسارات پرسنل نیز می باشند. مهم ترین روش کاهش حوادث و افزایش سرعت جابجایی رشته و راندن لوله جداری، کاهش نفرات درگیر این عملیات و استفاده از سیستم های مکانیزه جابجایی به جای سیستم دستی می باشد. روش های سنتی مکانیزاسیون منجر به تغییرات زیاد در طراحی اجزاء مختلف دکل می گردد که این امر هزینه های زیادی را به دنبال دارد. در مقابل، در این برنامه سعی بر استفاده از سیستم های مکانیزه در تکنولوژی موجود دکل های حفاری مستقر در محدوده عملیات شرکت های حفاری می باشد. در اینجا هدف طراحی سیستم مکانیزه جابجایی ادوات حفاری مانند لوله های وزنه، حفاری و جداری می باشد.

3. بررسی علل شکست کابل های مورد استفاده شرکت های حفاری در ایران: کابل یکی از سازه های مکانیکی است که توان تحمل بارهای کششی را دارا می باشد. امروزه کاربرد انواع مختلف کابل ها در صنعت حفاری امری رایج است. کابل ها تحت تأثیر انواع مختلف بارگذاری قرار داشته که این امر در نهایت منجر به شکست آنها می گردد. این شکست ها کندی عملیات حفاری را به دنبال داشته و علاوه بر آن ممکن است حادثه آفرین نیز باشند. در اینجا به بررسی کاربرد انواع کابل ها درصنعت حفاری پرداخته، شکست های مکانیکی آنها بررسی می گردد.

4. تحلیل نرم افزاری پدیده های دینامیکی: برای حل معضل ارتعاشات در رشته های حفاری سرویس های دینامیکی ابداع شده اند که یکی از آنها ابزار تحلیل می باشد. در اینجا دینامیک رشته تحت تأثیر نیروهای وارده با استفاده از روش های تحلیلی و عددی بررسی می گردد. کاربرد مدل های دینامیکی جهت طراحی بهینه رشته به گونه ای است که معضل ارتعاشات در آن رخ نداده و یا حداقل باشد. همچنین از این مدل ها می توان در جهت تحلیل شکست های بوجود آمده در رشته های حفاری و تعیین دلایل شکست رشته استفاده برد. این تحلیل ها برای حفاری عمودی و جهت دار استفاده می شوند.

در سال های اخیر به دلیل افت تولید ناشی از کاهش حجم و افت فشار مخازن نفتی در گذر زمان و نیاز به استخراج روز افزون نفت از چاه های نفتی، بسیاری از حوزه های میادین نفتی وارد فاز تولید و بهره برداری از چاه های عمیق و استفاده از روش حفاری انحرافی و افقی شده اند. با این حال، به علت پیچیده تر بودن شرایط در اینگونه چاه ها، اغلب رشته حفاری دچار سوراخ شدگی یا گسیختگی می شوند. این شکست عموما به دلیل خستگی در ناحیه اتصال رشته ها، به عنوان یکی از آسیب پذیرترین نقاط رشته و با رشد ترک به وقوع می پیوندد. شکست رشته حفاری می تواند منجر به از بین رفتن یا آسیب جدی تجهیزات حفاری شده و موجب هدر رفتن هزینه و زمان زیاد جهت عملیات بازیافت مانده گردد. ممکن است در نتیجه عدم موفقیت در بازیافت مانده، نیاز به حفاری کنارگذر به عنوان مسیر جایگزین وجود داشته باشد. بر همین اساس و به منظور افزایش عمر بهره برداری، پایش وضعیت سیستم به صورت برخط و نیز خارج از سرویس به صورت دوره ای در نقاط بحرانی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در واقع پایش وضعیت می تواند با پیش بینی و شناسایی عیوب از وقوع حوادث فوق جلوگیری نموده و باعث کاهش هزینه های خرابی و افزایش عمر رشته های حفاری گردد. از آنجایی که پایش تمامی نواحی کاری مشکل و تقریباً غیرممکن است می توان با آنالیز نیرویی و تحلیل تنش، نواحی بحرانی را شناسایی و برای پایش این نواحی برنامه ریزی لازم را ارائه نمود. همچنین در صورت وقوع عیب، با تشخیص به موقع آن می توان دستورالعمل لازم جهت تقویت سازه را ارائه کرد. علاوه بر موارد ذکر شده، در نظر است موضوعات زیر در این بخش مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته و راهکارهای اجرایی طراحی فرآیندها و ساخت قطعات و تجهیزات مرتبط پیشنهاد گردد:

1. طراحی و ساخت هم مرکزکننده های کامپوزیتی.

2. طراحی و ساخت کفشک و طوقه کامپوزیتی

3. طراحی و ساخت رشته حفاری کامپوزیتی.

4. تحلیل خستگی و پدیده شکست برشی در ناحیه اتصالات لوله های وزنه.

5. تحلیل تنش پایدار کننده ها ناشی از برخورد با دیواره سازندهای سخت.

6. تحلیل تنش محوری و خمشی.

7. تعیین جنس مناسب برای کابل حفاری.

8. تحلیل تنش و کرنش سیمان سخت شده در طول زمان با استفاده از مدل المان های چسبنده اینترفیس و رفتار ویسکو الاستیک.

9. امکان استفاده از سیمان پلاستیک جهت افزایش شکل پذیری سیمان سخت شده برای تاب آوری در برابر ترک خوردگی.

10. تغییرات مقاومت فشاری و کششی سیمان بند 1 تحت تغییرات دما و فشار با گذشت زمان.

11. اثر افزاینده های مختلف بر مقاومت فشاری و کششی سیمان سخت شده در زمان های کوتاه و بلند.

برنامه ریزی به گونه ای صورت خواهد گرفت تا ضعیف ترین نقاط در مجموعه رشته حفاری از این حیث شناسایی شده و راهکارهای علمی و عملی جهت افزایش طول عمر آنها پیشنهاد خواهد شد. در بخش طراحی رشته حفاری، اتصالات و دیگر ساز و کار موجود در صنعت حفاری، می توان به کمک بهینه سازی پارامترهای هندسی و مواد، طراحی مجدد رشته حفاری بر اساس اندازه حفره، محدوده عمق و زاویه انحراف چاه، انتخاب پارامترهای حفاری مناسب و امکان سنجی، تحلیل و طراحی لوله های کامپوزیتی با استحکام بالا و وزن پایین، طول عمر خستگی قطعات را بهبود بخشید. در این راستا و به کمک الگوریتم های نوین بهینه سازی سعی خواهد شد طراحی بهینه سیستم های مکانیکی مذکور با در نظر گرفتن محدودیت های مختلف ارائه و پیشنهاد گردد. در این راستا، به کمک روش های نوین اجزای محدود، آنالیز مودال، تست های غیرمخرب و استفاده از نرم افزارهای توانمندی مانند ANSYS ،COMOSL و MATLAB ، فرایند شناسایی ترک، راهکارهای جلوگیری از ایجاد ترک و همچنین پیش بینی عمر خستگی قطعات مختلف و از جمله رشته حفاری صورت خواهد پذیرفت.