Cтраница 2
При рассмотрении условий работы бурильных труб было видно, что кривизна нижней части бурильной колонны зависит от стрелы прогиба ее на длине одной полуволны сжатия. [16]
Под действием сравнительно небольшой сжимающей нагрузки, называемой критической нагрузкой первого порядка OIPI, низ колонны теряет устойчивость и изгибается с образованием так называемой полуволны сжатия. Потерей устойчивости называется явление, когда система, выведенная из состояния равновесия, не возвращается в исходное состояние под действием лишь сил упругости. [17]
При рассмотрении динамики бурильного инструмента важно учесть и волны, распространяющиеся от долота к устью скважины по колонне и состоящие из равных по длине полуволн сжатия и растяжения. [18]
Под действием сравнительно небольшой сжимающей нагрузки, называемой первой критической нагрузкой, низ колонны длиной в несколько десятков метров теряет продольную устойчивость и изгибается, образуя одну полуволну сжатия. [19]
Из изложенного очевидно, что динамическое воздействие полуволны сжатия на забой прекращается, как только возникает полуволна растяжения, а динамическое воздействие полуволны растяжения прекращается, как только возникает полуволна сжатия, причем это воздействие достигает максимума в моменты t Т / 2, когда I 1Л, и не зависит от динамического возмущения остальной части колонны. [20]
Осевое смещение корпуса долота вверх за время Т / 2 вызывает в колонне полуволну сжатия. За полупериод полуволна сжатия распространится по колонне на длину / д сТ / 2 ( рис. 16, б), создавая на этой длине дополнительно к статическому динамическое сжатие. Остальная часть колонны по истечении времени Т / 2 от начала возмущения ( ta 0) пока остается в состоянии покоя и испытывает только статическое напряжение под действием собственного веса. [21]
В случае недеформируемого забоя в сходственные моменты времени абсолютная величина осевых кинематических и динамических параметров корпуса долота при его перемещениях вниз и вверх одинакова. Осевое смещение корпуса долота h ( t) вниз вызывает в бурильной колонне полуволну растяжения, началом которой является конец полуволны сжатия, находящейся у долота. За время Т / 2 полуволна растяжения распространяется по колонне на длину / д сТ / 2, вызывая на этой длине динамическое напряжение растяжения. [22]
Практически это достигается тем, что цилиндр герметизируется жесткими крышками-основаниями. При проверке наличия побочных резонансных частот следует подсчитать первую собственную частоту цилиндра, колеблющегося вдоль образующей. Если масса крышек мала, то вдоль образующей цилиндра укладывается около полуволны сжатия при резонансе. Для того чтобы учесть массу крышек, воспользуемся тем, что эквивалентная масса полуволнового стержня составляет половину его полной массы. [23]
Выше была рассмотрена одна бегущая по колонне упругая волна, соответствующая одному циклу периодического возвратно-поступательного движения корпуса долота. За п циклов в колонне будут возбуждены п волн. Непрерывный поток следующих одна за другой упругих волн распространяется по колонне со скоростью с от долота к устью скважины. Бегущие волны, постепенно затухая, окончательно исчезают в каком-то сечении колонны; если расстояние от долота до этого сечения Z, то на этой длине колонны будет L lcT упругих волн, а следовательно, такое же количество полуволн сжатия и растяжения. [24]
Известно, что присутствие некоторых органических жидкостей приводит к уменьшению поверхностного натяжения ряда жидкостей, например воды. Считается, что небольшие примеси этих жидкостей ответственны за существование газовых зародышей. В жидкостях, не подвергнутых специальным методам очистки, прочность на разрыв составляет всего несколько атмосфер. Выше уже говорилось о том, что звуковые давления в интенсивных ультразвуковых волнах составляют несколько атмосфер, а в некоторых случаях даже несколько десятков атмосфер. При этих условиях становится невозможным возникновение кавитации. Пузырек, возникающий в фазе отрицательного давления, затем захлопывается набегающей полуволной сжатия. При захлопывании возникают колоссальные давления порядка нескольких тысяч атмосфер); от захлопнувшейся полости распространяется сферическая волна. [25]
Как указывалось выше, источником продольных колебаний колонны являются возмущающие силы, обусловленные работой долота, вращением колонны и движением бурового раствора. Рассмотрим влияние долота на работу колонны. Вращение шарошечного долота приводит к возвратно-поступательному вертикальному перемещению долота, которое передается трубам. Перемещение долота вверх сопровождается увеличением потенциальной энергии в колонне, при перемещении долота вниз потенциальная энергия переходит в кинетическую, расходуемую на разрушение породы. Непрерывный контакт зубцов долота с забоем скважины приводит к возникновению упругих волн, связанных с перекатыванием как шарошек с зубца на зубец, так и самих шарошек как конусов по волнистому забою. Возвратно-поступательное движение долота возбуждает продольные волны, распространяющиеся по колонне и состоящие из полуволн сжатия и растяжения. [26]