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.