18. Виды вибраций

Различают 2 вида вибраций б.и.: 1) собственные - зависят от параметров системы. 2) вынужденные - поддерживаются определенными источниками колебаний или зависят от параметров системы и характера сил сопротивления при движении системы. В бурении отдельно рассматриваются осевые (продольные), крутильные и изгибные (поперечные) колебания. Осевые и поперечные колебания бурильной колонны вызваны обычно изменением осевых и поперечных усилий, а также крутящих моментов (М). Крутиль­ные колебания обусловливаются непосредственно изменением М или яв­ляются следствием возникновения осевых и поперечных вибраций бу­рильной колонны.

, где Ем- модуль упругости, n – частота вращения долота, См – скорость звука в стали, Gд – динамическая составляющая нагрузки на долото,  - угол наклона оси шарошки к оси долота, Rп – мгновенный радиус долота, Gст – статическая составляющая нагрузки на долото, tп – шаг зубцов переферийного венца, rп – радиус переферийного венца, aп – жесткость «зубец-порода» для переферийного венца.

19. Источники вибраций.

В бурении отдельно рассматриваются осевые (продольные), крутильные и изгибные (поперечные) колебания. Осевые и поперечные колебания бурильной колонны вызваны обычно изменением осевых и поперечных усилий, а также крутящих моментов (М). Крутиль­ные колебания обусловливаются непосредственно изменением М или яв­ляются следствием возникновения осевых и поперечных вибрапий бу­рильной колонны.

Колебания, вызванные периодической подачей жидкости буровыми насосами, частота их в зависимости от типа и числа работающих буровых насосов. С увеличением глуби­ны скважины до 1500 м может снижаться в призабойной части до нуля в связи с затуханием вибраций в потоке жидкости.

Низкочастотные продольные колебания, обусловленны не­равномерной выработкой шарошками долота забоя при его "ухабистой" поверхности,

Колебания, вызванные контактом с забоем шарошек, как гладких ко­нусов, происходят со средними амплитудами 1...5 мм.

Колебания, вызванные работой забойных двигателей являются менее энергонесущими, чем колебания от других ис­точников их возбуждения, и в инженерных расчетах в технологии углуб­ления скважин параметры этих колебаний в настоящее время не учитыва­ются.

Зубцовые вибрации долота в основном обусловливают процесс раз­рушения пород. Их в первую очередь рассматривают и учитывают при расчетах.

Резонанс это когда вынужденные колебания равны собственным. При равенстве вынужденной и собственной частоты в бурильной ко­лонне может возникнуть явление резонанса, при котором амплитуда коле­баний всего бурильного инструмента резко возрастает, в результате чего в элементах бурильного инструмента возможны опасные напряжения и по­ломки.

Из сказанного ясно также, что изменяя частоту вращения колонны (при роторном бурении) или п долота, можно успешно снижать вредное влияние резонанса смещений и повышать Нд.

Биения при вибрациях долота. Когда в системе бурильного ин­струмента появляются вынужденные вибрации с близ­кими частотами осевых зубцовых вибраций, то в системе появляются биения, при которых амплитуда вибрации периодически увеличивается в два и три раза, снижа­ясь почти до нуля. Чаще биения имеют место при синхрон­ном силовом контакте вооружения долота от двух шарошек одновременно или от двух соседних венцов шарошки. При биениях, когда синхронный контакт трех шарошек с забоем, появляются приотрывы долота от забоя и повышенный износ вооружения и опоры долота. Избежать биений можно регулированием ве­личины n, расхода промывочной жидкости и нагрузки G.

Автоколебания являются почти постоянными спутниками роторного способа бурения. Они могут быть осевыми и кру­тильными. Появляются такие колебания при взаимодействии вращающей­ся бурильной колонны со стенками скважины и нагруженного осевым уси­лием долота с забоем. Приложенный к колонне вращающий момент пе­риодически преодолевает силы сопротивления вращению колонны и доло­та, и колонна периодически освобождаясь от силы сопротивления, совершает крутильные автоколебания. Во время закручивания колонны ее длина меняется на определенную величину и в результате появляются продольные автоко­лебания. Автоколебания способствуют отклонению режима работы бурильного инструмента от нормального, что может приводить к снижению механиче­ской скорости проходки, к уменьшению долговечности долота ик снижению проходки на долото.