Определение параметров крутильных колебаний бурильного вала

• Автор: Маковский, Павел Александрович
• Шифр специальности: 05.15.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 165 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Поведение бурильной колонны - функция параметров режима бурения и характеристики системы «бурильный вал - ствол скважины»
1.1. Обзор и анализ представлений об особенностях движения бурильного вала в скважине
1.1.1. Влияние задаваемой частоты вращения бурильной колонны на вид движения произвольного сечения
1.1.2. Влияние осевой нагрузки, сил трения, кривизны труб, несоосности соединений и радиального зазора на характер движения
бурильной колонны
1.2. Изучение колебаний бурильной колонны как самостоятельного
вида движения
1.3. Анализ энергетических затрат на вращение бурильного вала -косвенной характеристики видов движения
1.4. Постановка задач исследований
Глава 2. Методика исследований
2.1. Теоретическое исследование некоторых задач кинематики вращающейся бурильной колонны
2.2. Определение параметров крутильных колебаний вращающегося гибкого криволинейного вала на макете при идеализированной форме движения
2.3. Экспериментальное исследование частоты (X) и амплитуды (А) крутильных колебаний по данным скоростной киносъемки

2.4. Исследования величин (к,А), характеризующих колебания угловой скорости бурильной колонны на горизонтальном стенде
Глава 3. Примеры практического применения полученных параметров крутильных колебаний в расчетах затрат мощности и прочности бурильной колонны
3.1. Силы сопротивления движению бурильного вала. Крутящий момент. Затраты мощности на процесс вращательного бурения
3.2. Метод подхода к установлению рациональных геометрических параметров системы «бурильный вал - ствол скважины» при переменных изгибных и касательных напряжениях
Заключение
Библиографический список использованной литературы
ВВЕДЕНИЕ.
Известно, что эффективность процесса бурения во многом зависит от динамических процессов, возникающих в системе «бурильный вал - ствол скважины». Эти процессы (продольные, поперечные и крутильные колебания) отрицательно влияют на процесс бурения: резко увеличиваются затраты мощности на вращение самой колонны, увеличивается вероятность поломок бурильного вала и породоразрушающего инструмента, падает механическая скорость, снижается выход керна, и т.д.
До настоящего времени в научно - технической литературе нет достаточного анализа зависимости мощности, потребляемой в процессе бурения от частоты вращения бурильного вала. Зависимости, приводимые в литературе, имеют эмпирический характер, во многом противоречивый, так как не учитывают многих факторов, имеющих место в период бурения скважины. В частности, недостаточно изучены параметры динамических режимов: - частота (А,) и амплитуды (А) крутильных колебаний.
Целью работы является изучение возможных идеализированных форм движения бурильной колонны в скважине для установления влияния относительной, переносной угловых скоростей на параметры крутильных колебаний - частоту (X) и амплитуду (А). Установление аналитической зависимости динамической составляющей затрат мощности на вращение бурильного вала с учетом указанных параметров. Поиск условий для обеспечения надежности колонны при ее эксплуатации.
В период работы над диссертацией было изучено более70 научно -исследовательских работ, список которых прилагается; изучены и учтены данные по бурению более чем 40 скважин в различных регионах России; проведены более

вынужденные, параметрические и автоколебания. Этот принцип, в общем-то, перенесён на исследования колебательных процессов бурового снаряда.
Свободные колебания бурильных труб наиболее полно исследованы Симо-нянцем Л.Е. [61], Власенко Н.В. [24]. Математические решения собственных крутильных, продольных и поперечных колебаний бурильных труб проводились по аналогии с длинными вертикальными стержнями. Собственные частоты определялись из условия заделки концов бурильных колонн (свободная, жесткая, упругая).
Вынужденные колебания рассматриваются во всех работах, которые приведены выше, и их связывают с действием сил, которые приводит Копылов В. Е. [42]. Параметрические колебания в процессе бурения скважин возможны, как указывает Владиславлев В. С. [23], но они практически не исследованы.
Автоколебательные процессы также имеют место при бурении скважин, частично они рассмотрены в работах [23, 63], но наиболее полно приведены теоретические и экспериментальные исследования возникновения и развития автоколебаний бурового инструмента Юниным Е. К. и Симоновым В.В. [59; 69]. Авторами доказывается, что главной причиной возникновения крутильных автоколебаний бурового инструмента является падение момента сопротивления долота при увеличении угловой скорости вращения.
Это доказательство является спорным, так как крутильные колебания наблюдаются и без породоразрушающего инструмента, то есть при холостом вращении.
Для алмазных коронок исследования проводились в работе [64], где отмечается, что при движении единичного алмаза по горизонтальной поверхности горных пород, сила сопротивления при увеличении скорости движения уменьшается. Фоминых В. Г. И Шолохов Л. Г. [67], исследуя зависимость изменения коэффициента сопротивления движению алмазной коронки по породе, указывают на то, что он имеет тенденцию к уменьшению при увеличении скорости вращения. Следовательно, мож-