Источник: Науковий вісник НГУ (національного гірничого університету) Дніпропетровськ, №1, 2010. –С.69-72.
Жидкость, протекающая внутри различных трубопроводов, гидроарматуры и т.д., может существенно влиять на устойчивость конструкции, повышая или понижая ее. Так, движущаяся внутри трубы жидкость может при критических значениях скоростей потока привести к потере ее устойчивости колонны и даже к ее разрушению [1]. В работах [1, 2] показано, что при небольших скоростях движения промывочной жидкости (характерно для геологоразведочного бурения) можно пренебречь влиянием центробежных сил инерции жидкости на устойчивость бурильных труб. Однако, с повышением скорости движения жидкости внутри бурильных труб, критическая нагрузка значительно уменьшается, особенно при промывке растворами с большой плотностью. Изучение влияния скорости движения протекающей жидкости в бурильных трубах большого диаметра на их устойчивость представляет важную задачу для обеспечения нормальной и устойчивой работы элементов таких конструкций. При сооружении шахтных стволов и скважин большого диаметра, в условиях Донбасса, широко используются специальные способы бурения, в том числе и бурение реактивно-турбинными бурами (РТБ). Кроме этого бурение РТБ может применяться для проходки верхних интервалов нефтяных, газовых, водопонижающих, технических и т.п. скважин, а также для гидротехнических сооружений (например, пирсов, причалов, береговых укреплений, русловых опор железнодорожных и автомобильных мостов и др.). При этом используют роторно-турбинные буры и реактивно-турбинные буры, которые обеспечивают превращение гидравлической энергии потока промывочной жидкости в механическую энергию валов, вращающих ре-жущие долота. Однако, до настоящего времени нет теоретического обоснования влияния скорости протекающей жидкости на устойчивость бурильной колонны для буровых установок с РТБ.
Целью данной работы является изучение влияния скорости протекающей жидкости внутри бурильной колонны буровых установок с РТБ и способа закрепления концов колонны на устойчивость, а также определение критических скоростей жидкости, приводящих к потере устойчивости при различных технологических режимах работы колонны.
Для проходки вертикальных скважин применяются РТБ диаметром от 760 мм до 5000 мм, которые позволяют бурить скважину за один проход инструмента без последующего её расширения. Буровые установки с РТБ (рис. 1 а, б) состоят из комплекса поверхностного оборудования, используемого для бурения нефтяных и газовых скважин, в которых изменены конструкция основания, насосный блок и т.п. В качестве бурильной колонны используются стандартные бурильные трубы 1 с наружным диаметром 168 мм с замковыми соединениями 2. Забойный агрегат РТБ (рис. 1 б) буровой установки состоит из траверсы 3, размер которой определяет диаметр бурения, к ниппелям 4 траверсы присоединены 2-4 турбобура 5 (гидравлических турбин), на валах которых установлены шарошечные долота 6, диаметром значительно меньшими диаметра скважины. На корпусах турбобуров расположены утяжелители 7, обеспечи-вающие создание осевой нагрузки на долота. Таким образом, агрегаты РТБ представляют собой монолитную конструкцию, в которой турбобуры жестко соединены между собой.
Промывочная жидкость подается с поверхности поршневыми или центробежными насосами по бурильной колонне 1, и через каналы в тра-версе поступает к турбобурам и приводит их во вращение. Шарошечные долота, вращаясь вокруг своей оси и вступая в контакт с забоем 9, совершают планетарное движение вокруг вертикальной оси агрегата, теоретически совпадающей с осью скважины, обрабатывают всю площадь забоя. Мощность турбобуров зависит от напора и подачи насосов, которую можно регулировать. Поток промывочной жидкости, выйдя из отверстия в долоте, омывает забой, поднимается по стволу на поверхность и выносит разбуренную породу в отстойник. Агрегат РТБ можно дополнительно вращать с помощью ротора 8.
Итак в работе приведено теоретическое обоснование и теоритическое обоснование расчета влияния скорости жидкости протекающей внутри бурильной колонны на ее устойчивость. Эти данные можно использовать и для других типов буровых установок.
Пановко Я.Г, Губанова И.И. Устойчивость и колебания упругих систем: современные концепции, парадоксы и ошибки. Изд. 6-е. – М.: КомКнига, 2007. – 352 с.
Сароян А.Е. Теория и практика работы бурильной колонны. – М.: Недра, 1990. – 264 с.