Условия работы колонн бурильных труб

Бурильная колонна представляет собой вертикальный пустоте­лый вал с очень большим отношением длины к диаметру. При бурении, спускоподъемных и других операциях этот вал подверга­ется статическим и динамическим нагрузкам от растяжения, сжа­тия, продольного и поперечного изгиба, кручения и внутреннего давления. Характер нагрузок, действующих на бурильную колон­ну, не постоянен, а изменяется по всей длине. Если у забоя сква­жины действуют главным образом переменные нагрузки, то по мере приближения к устью скважины преобладают постоянные нагрузки.

Отличительная особенность бурильной колонны — потеря в про­цессе работы устойчивости, прямолинейной формы, равновесия под действием продольных и поперечных сил и крутящего момен­та. Ось бурильной колонны в общем случае принимает форму про­странственной спирально изогнутой кривой переменного шага, величина которого увеличивается в направлении от забоя к устью скважины.

Масса бурильной колонны, вращающий момент, центробеж­ные силы и перепад давления в отверстиях долота создают в до­полнение к статическим динамические нагрузки в результате воз­никающих в процессе бурения осевых и поперечных колебаний колонны. Для гашения этих колебаний применяют амортизирующие устройства, устанавливаемые над долотом. Принцип действия амор­тизаторов основан на гашении возникающих колебаний эластич-. ными элементами, которыми снабжен этот забойный механизм.

При роторном бурении на бурильную колонну действуют сле­дующие основные усилия:

осевое усилие растяжения от собственной массы колонны (наибольшие растягивающие усилия проявляются возле устья скважины);

осевое усилие сжатия, создаваемое частью массы колонны и действующее в ее нижней части;

изгибающий момент, возникающий в результате действия цен­тробежных сил в процессе вращения колонны;

крутящий момент, необходимый для вращения колонны.

При бурении гидравлическими забойными двигателями буриль­ная колонна неподвижна. По ней поступает промывочная жидкость к двигателю и долоту, и она воспринимает во время работы турбо­бура (в случае бурения турбинным способом) его реактивный мо­мент. Так как бурильная колонна неподвижна и всегда, даже при небольшом искривлении ствола, лежит на стенке скважины, то реактивный момент воспринимается только нижней частью бу­рильной колонны и затухает по мере удаления к верху от турбобу­ра вследствие трения колонны о стенки скважины. Таким образом, при бурении гидравлическими забойными двигателями число обо­ротов колонны бурильных труб равно нулю и ее можно считать практически разгруженной от действия вращающих моментов.