возникают одновременно и зависят от волновой характеристики бурильной колонны и включенных в ее компоновку устройств (калибраторов, центраторов, демпферов, амортизаторов), типоразмера долота, свойств разбуриваемых пород, параметров режима бурения.
Основные причины возникновения колебаний:
• Скачкообразный характер разрушения горных пород;
Ухабистость забоя скважины, которая в свою очередь зависит от:
а) воздействия бурильной колонны на забой при ее продольных и крутильных колебаниях;
б) резких и частых изменениях параметров режима бурения;
в) неоднородности, трещиноватости, и резкой перемежаемости по твердости разбуриваемых пород;
г) различия давления под разными опорными зубцами долота, вызываемого:
1. Неравномерным износом цапф и деталей подшипников долота, приводящим к нарушению соосности геометрической оси шарошки с осью вращения, а как следствие, к неодинаковому динамическому нагружению разных опорных зубцов;
2. Неравномерным износом зубцов, приводящим к образованию разной площади контакта с породой;
3. Зубчатая рабочая поверхность долота; пульсация давления в нагнетательной системе;
4. Дискретную подачу инструмента и др.
Форма поверхности ухабообразного забоя может быть различной, но наиболее вероятной является волнообразная
Экспериментально установлены характеристики колебаний:
Частота продольных колебаний:
• Высокочастотные колебания – 110–170 Гц;
• Низкочастотные колебания – 3–20 Гц;
Частота крутильных колебаний:
• Низкочастотные – 6–16 Гц;
• Высокочастотные – 120–220 Гц;
• Промежуточные – 20–110 Гц;
Амплитуда продольных колебаний составляет 0,1–1 мм. Хотя абсолютные значения частоты для различных видов колебаний различный, однако, порядок числовых значений примерно одинаков. Поэтому колебания, в которых работает долото, можно разделить на две гармоники: – высокочастотную и низкочастотную. [54]
§ 17. Практические приемы и устройства для снижения воздействий вибраций при бурении
Практика показывает, что высокочастотные колебания бурильного инструмента, возникающие при перекатывании зубцов шарошки по забою скважины и недостаточные по амплитуде для объемного разрушения породы, могут быть без ущерба погашены. [54]
В этом случае опоры шарошек будут испытывать вибрации меньшей интенсивности и ресурс долота возрастет.
Низкочастотные колебания связаны с усилием прижатия бурильной колонны к стенкам скважины, носят релаксационный характер и полностью связаны по частоте и амплитуде с крутильными колебаниями.
По данным исследований, низкочастотные колебания по амплитуде в 1,3–2,6 раза превышают статические усилия нагружения долота бурильным инструментом. Эта нагрузка способна создавать усилия для объемного разрушения забоя скважины. Следовательно, эффективность
