10. Динамические осевые нагрузки, возникающие при спуско-подьемных операциях и их определение.

Динамические нагрузки на колонну возникают также при СПО, запуске буровых насосов, ликвидации аварий, особенно с использованием ударных механизмов, взрывов, создании гидравлических импульсов и т.д. Динамические нагрузки, возникающие при подъеме бурильной колонны, обычно неве­лики и не представляют опасности для прочности бурильной колонны из-за ограниченности мощности грузоподъемного оборудования (ГПО). Поэтому ускорения α и, следовательно, инерционные нагрузки F_и при большом весе колонны ограничены этой мощностью, а при малом весе колонны — ее массой и инерционностью передаточных механизмов ГПО.

Н есколько иначе обстоит дело при спуске колонны, когда α и F_и могут достигать значительных величин при неудачном выборе режима торможения колонны. Основным условием предупреждения больших F_и при спуске является ограниче­ние максимальной скорости спуска перед торможением v_ос и правильный выбор пути торможения l_Т. При постоянном тор­мозном усилии на барабане лебедки а можно принять посто­янным (что допустимо). Тогда . Из этой формулы видно, что с увеличением скорости спуска и уменьшением пути торможения ускорение и инер­ционные силы резко возрастают. Особенно опасна наблю­дающаяся иногда на практике ударная посадка колонны на элеватор или клиновые захваты. При захвате труб клиньями даже при безударной посадке в трубах возникают сложные сминающие напряжения, обусловленные радиальными и ок­ружными нормальными напряжениями. При роторном буре­нии могут возникать значительные инерционные моментные нагрузки, обусловленные крутильным ударом при заклиниваниях долота. При запуске буровых насосов возможны гидравлические удары в нагнетательной линии при быстром закрытии пусковых задвижек. Т.о., бурильная колонна подвергается разнообразным по характеру и величине динамическим нагрузкам.

10. Динамические моментые нагрузки, возникающие в процессе бурения и их определение.

Динамические нагрузки на долото, вал забойного двигателя и низ колонны обусловлены, главным образом, непосредственным динамическим взаимодействием долота с забоем. Удаленные участки колонны испытывают динамические нагрузки, обусловленные большей частью колебательными процессами, возникающими при работе долота, забойного двигателя, пульсацией давления промывочной жидкости и т.д. Указанные причины порождают одновременно продольные, крутильные, поперечные колебания и в ряде случаев – автоколебания различных частот и амплитуд.

Низкочастотные продольные колебания большой амплитуды (до 5-10 мм) возникают из-за ухабистости забоя, колебаний давления в нагнетательной системе при работе поршневых буровых насосов, разновысокости шарошек и др., а высокочастотные колебания малой амплитуды (0,1-2 мм) обусловливаются скачкообразным хрупким разрушением забоя, перекатыванием шарошек долота по забою и т.д.

Продольные колебания, особенно колебания большой амплитуды, приводят к резкому изменению осевой нагрузки на долото и связанного с ней крутящего момента, что в свою очередь, вызывает крутильные колебания. Последние возникают также при заклиниваниях долота, из-за биений шарошек, переменного по радиусу и углу поворота шарошек сопротивления вращению долота, а также при подклиниваниях опор шарошек и т.д.

Неодинаковые сопротивления породы разрушению различными зубьями, шарошками, различное их проскальзывание по забою приводит к появлению поперечных сил, уводящих долото в сторону. Возникает косой удар, вызывающий поперечные колебания. Причиной возникновения поперечных колебаний при роторном бурении является также динамическая неуравновешанность элементов вращающейся колонны (из-за разностенности труб, эксцентричности замковых деталей, переводников и д.т.), вызывающая возникновение центробежных сил.

Переменный момент сопротивления вращению долота обусловливает неравномерное вращение бурильной колонны (вала забойного двигателя, что приводит при нелинейном (зависящем от частоты вращения, контактного давления) коэффициенте трения труб о стенки скважины (в опорах забойного двигателя) возникновению крутильных автоколебаний.

Дополнительным источником колебаний колонны при бурении с плавучих средств являются вертикальные перемещения, бортовая и килевая качка судна, вызывающие соответственно продольные и поперечные колебания.