Introduzione
Il lavoro svolto presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica, Nucleare e della Produzione consiste nello sviluppo di metodologie di prova a fatica in piena scala per batterie di perforazione petrolifera e si inserisce nell’ambito di un progetto di ricerca condotto in collaborazione con ENI - AGIP. Le varie attività svolte sono complementari con il primo sviluppo di questo progetto, concluso con i disegni esecutivi della macchina, vedi [1].
L’obiettivo principale di questo lavoro è di sviluppare la macchina, partire cioè dalla macchina come progettata nella prima fase ed eseguire tutti i passaggi necessari per renderla operativa.
Questo iter è laborioso, in quanto prevede di mettere a punto la dinamica del provino, lo sviluppo del software di controllo , il primo collaudo e successivamente lo sviluppo delle prove per testare i primi campioni a prove di fatica.
La sollecitazione indotta nei provini è a flessione rotante, di tipo affaticante; la necessità di avere dati sperimentali per questo tipo di carico è da ricercare nel fatto che la batteria di perforazione durante l’esercizio è soggetta principalmente a questo tipo di sollecitazione. Gli elementi di perforazione attraversano in genere strati geologici non omogenei, ma con caratteristiche di durezza variabili con la profondità raggiunta e dalla zona stessa in cui si decide di operare. Per questa ragione la direzione di perforazione spesso non è rettilinea, con la conseguenza che gli elementi di perforazione attraversano tratti curvi del pozzo, chiamati “dog-leg”, vedi fig. 1-1.
La presenza di questi tratti curvi, unita al movimento rotatorio degli elementi tubolari (necessaria per dare il moto alla testa di perforazione) sono la causa di uno stato di sollecitazione a flessione rotante.
La prima campagna di prove di fatica in cui sarà impegnata la macchina prevede di testare dei campioni di una drillstring di nuovo tipo, composti dalle aste in alluminio
2 Introduzione
a resistenza migliorata di classe II secondo la ISO 15546 e da giunti in acciaio; le prove saranno condotte parallelamente allo sviluppo della macchina .
Figura 1-1 Esempio di perforazione con dog-leg
Il provino utilizzato per la prova è composto da due semi-tubi ( con un diametro nominale esterno di 147 mm) uniti con il giunto mediante una filettatura. I parametri della prova cui intervenire per ottimizzare il funzionamento della macchina sono principalmente le lunghezze dei due semi-tubi, massa fissa ed eccentrica, infine frequenza della forzante. Agendo su questi parametri è stato possibile ottenere sensibili miglioramenti rispetto alla configurazione di partenza, in particolare ottenere lo stesso livello di sollecitazione sui due lati del giunto (la zona critica per il provino, nella quale si ha il passaggio tra i due materiali alluminio-acciaio).
