Вибрационно-ударный механизм системы низа бурильной колонны с двумя стабилизаторами в вертикальном стволе скважины

Поперечные вибрации бурильной колонны могут вызывать отклонение ствола скважины и столкновения бурильного утяжелителя со стенкой ствола, а сильные поперечные вибрации также могут снижать безопасность и надежность бурения. Для решения этих проблем необходимо проанализировать характеристики поперечных вибраций бурильной колонны. В связи с этим в статье предложена новая вибрационно-ударная модель низа бурильной колонны (BHA) со случайными характеристиками столкновений. Сначала с использованием уравнений Лагранжа разработана динамическая модель бурильного утяжелителя с двумя стабилизаторами. Затем проанализированы динамические характеристики бурильного утяжелителя при бурении воздухом и буровом раствором для различных частот столкновений. Далее методом численного моделирования исследованы перемещение и траектория движения бурильного утяжелителя при различных конструктивных параметрах BHA и механических параметрах системы. Наконец, рассмотрено влияние частоты вращения BHA и длины бурильного утяжелителя на его поперечные вибрации. Результаты показывают, что при бурении воздухом поперечные вибрации бурильного утяжелителя более интенсивны, чем при бурении буровым раствором, а увеличение частоты столкновений приводит к усилению поперечных вибраций. Увеличение частоты вращения BHA, длины бурильного утяжелителя и осевой нагрузки на долото (WOB) усиливает поперечные вибрации, тогда как увеличение диаметра стабилизатора их подавляет. Полученные результаты дают обоснованные рекомендации по проектированию конструкции BHA и выбору механических параметров системы.