Источник: Збірник наукових праць (галузеве машинобудування, будівництво) - Полтава: ПолтНТУ, 2009. - Вип. 3(25), т.2 С. 214-218
Обеспечение Украины сырьевыми и топливно-энергетическими ресурсами напрямую связано с увеличением объемов разведочных буровых работ, что обусловливает необходимость дальнейшего совершенствования технологии бурения. При этом важное значение имеет повышение эффективности и надежности бурового оборудования.
Эксплуатация буровых установок связана с разного рода динамиче-скими процессами, протекающими в них. Известно, что крутильные колебания в бурильной колонне являются одним из основных источников ее поломок, а это приводит к авариям и многодневным простоям на буровых участках. Поэтому, изучение динамики буровых станков является важным условием их эффективной и безаварийной эксплуатации. Остановимся подробно на задаче о крутильном ударе при прихвате бурильной колонны.
Так при бурении скважин на больших глубинах могут происходить стенками скважин за счет прилипания бурильной колонны к стенкам и заклинивания труб в желобах, шламом или посторонними предметами. Прихват бурильной колонны также возможен обвалившимися неустойчивыми породами и сальником. В результате перечисленных прихватов происходят значительные увеличение касательных напряжений в колонне, которое может при-водить к поломке бурильных труб. Решению аналогичных задач, но без учета прихвата в скважине посвящены работы [1-3].
Целью данной работы является исследование касательных напряжений, возникающих при прихвате бурильной колонны стенками скважины, как одного из экстремальных случаев в технологии бурения.
На рис. 1 приведена общая расчетная схема бурильной колонны в момент образования прихвата, например сальникообразования.
Исходные данные для расчета прихвата колонны были приняты следующие: угловая частота вращения колонны 12,56 рад/с, наружный диаметр бурильной трубы 51,5 мм, внутренний 39,5 мм; полярный момент инерции площади поперечного сечения колонны 2,258?103 м4; момент инерции массы единичной длины колонны 1,838x103 кгм2; момент сил сопротивления прихвата колонны; момент сил резания на забое; момент на шпинделе 1000 Нм; глубина бурения 800 м ; момент инерции режущего инструмента кгм2.
На рис. 2 изображено изменение максимальных касательных напряжений в момент начала образования прихвата для различных его глубин при глубине бурения 800 м в зависимости от безразмерного времени. Как видно, максимальные напряжения возникают в начальный момент прихвата. На рис. 2 изображено изменение максимальных касательных напря-жений в момент начала образования прихвата для различных его глубин при глубине бурения 800 м в зависимости от безразмерного времени.Как видно, максимальные напряжения возникают в начальный момент прихвата.
Из графиков видно, что касательные напряжения возникают довольно значительные, максимальные значения которых практически не зависят от глубины прихвата и их можно снизить за счет уменьшения угловой частоты вращения или изменения конструктивных параметров бурильной колонны.
Шевченко Ф.Л., Улитин Г.М., Петтик Ю.В. Крутильный удар при свободных колебаниях в буровых установках //Прогрессивные технологи и системы машиностроения. Донецк: ДонГТУ. 1999. – Вып. 8. – С.244-247.
Шевченко Ф.Л., Улитин Г.М. О разновидностях крутильных ударов возникающих при работе буровых установок и способах их устране-ния // Совершенствование техники и технологии бурения скважин на твердые полезные ископаемые. Екатеринбург: Уральская ГГА. 2001. Вып. 24. С.132-138.
Улитин Г.М., Петтик Ю.В. Крутильный удар бурильной колонны при заклинивании режущего инструмента // Наукові праці Донецького на-ціонального технічного університету. Серія: Гірничо-геологічна”. Донецьк; ДонНТУ, 2008. Випуск 7 (135). –С. 104-107.