Cтраница 4
Это приводит к усилению или ослаблению силового взаимодействия долота с забоем, т.е. к изменению эффективности процесса бурения. При работе долота на забое одновременно возникают продольные, крутильные и поперечные колебания различных частот и амплитуд. Возникновение продольных и крутильных автоколебаний колонны бурильных труб объясняется наличием вязкого фения между трубами и стенкой скважины, величина которого изменяется в зависимости от скорости скольжения. [46]
Владиславлев одним из первых дал схематичное описание природы автоколебаний долота и нижней части бурильной колонны в процессе бурения. Согласно ему, возможны два случая возникновения крутильных автоколебаний долота. В соответствии с первым вариантом крутильные автоколебания могут возникнуть при неравномерном закручивании колонны бурильных труб из-за нелинейного характера момента сопротивления между долотом и горной породой. Для второго варианта основным условием возникновения автоколебаний долота считается неравномерное закручивание бурильной колонны вследствие трения труб о стенки скважины. [47]
Уравнение (8.6) нелинейное, что и объясняет частый отказ от аналитического рассмотрения силы трения в динамике бурильной колонны. Имеются попытки исследований действия сил сухого трения. Одно из них проведено при рассмотрении крутильных автоколебаний бурильной колонны. [48]
Повышение запаса энергии происходит до момента, когда долото способно преодолеть силу сопротивления, необходимую для ранрушения породы, а затем происходит срыв и раскручивание бурильных труб. Частота вращения долота при этом может превышать частоту вра цения ротора. Описанный процесс повторяется и способствует возникни вению крутильных автоколебаний. [49]
Продольное возмущение перемещения долота начинает распространяться по бурильной колонне со скоростью к ( см. (4.3.5)) от забоя к устью скважины и, отразившись от верхнего сечения колонны, вновь возвращается к забою. Периодичность распространения волновых возмущений при определенных условиях может вызвать явление резонанса, то есть резкое увеличение амплитуды продольных колебаний бурильной колонны, а следовательно, и долота. Это явление, поскольку оно вызывается наличием именно крутильных автоколебаний, будем именовать продольными автоколебаниями бурильной колонны. Теоретический вывод условий возникновения колебаний подобного типа весьма сложен, а потому здесь он не излагается. Отметим только, что при данных колебаниях возникают значительные нагрузки, являющиеся причиной поломок инструмента. За сравнительно короткое время работы долот в этом режиме происходит скол и выкрашивание их вооружения, наблюдается значительный люфт шарошек, а также снижение механической скорости бурения. [50]
Как было установлено выше, крутильные автоколебания бурильной колонны снижают механическую скорость бурения. Очевидно, что это происходит в силу уменьшения мощности, подводимой к забою с целью разрушения горной породы. Оценим минимально возможное уменьшение подводимой мощности при возникновении крутильных автоколебаний бурильной колонны, для чего обратимся к рис. 4.1 1, на котором изображен характер изменения скорости вращения долота во времени в установившемся режиме крутильных автоколебаний. [51]
Как было установлено выше, крутильные автоколебания бурильной колонны снижают механическую скорость бурения. Очевидно, что это происходит в силу уменьшения мощности, подводимой к забою с целью разрушения горной породы. Оценим минимально возможное уменьшение подводимой мощности при возникновении крутильных автоколебаний бурильной колонны, для чего обратимся к рис. 4.1 1, на котором изображен характер изменения скорости вращения долота во времени в установившемся режиме крутильных автоколебаний. [52]
Проведя теперь из начала координат пучок прямых до пересечения с зависимостью v ( n) и соединив середины полученных хорд плавной линией, получаем искомую кривую минимально возможных механических скоростей бурения при наличии автоколебательного процесса бурильной колонны. Область, расположенная между кривыми линиями v ( n) и vcmin ( n) ( на рис. 4.9 она заштрихована), является областью возможных значений механических скоростей бурения. Отметим, что в случае идеальной промывки забоя ( практически вся выбуренная борода удаляется с забоя скважины) кривые vc min и v ( n) совпадают, так как в этом случае имеет место линейная зависимость между механической скоростью бурения и скоростью вращения долота, а потому номинальное значение механической скорости и значение ее при крутильных автоколебаниях совпадают. [53]