Режим работы БУ и действующие нагрузки

В процессе углубления скважины буровое оборудование эксплуатируется в двух основных режимах, связанных с работой бурильной колонны: режим вращения долота (бурение) и режим спуска или подъема бурильной колонны. Оба эти режима являются нестационарными.

В режиме бурения нагрузки возникают вследствие необходимости передачи долоту крутящего момента, поддержания на весу бурильной колонны и прокачки по ЦС бурового раствора. В связи с неоднородностью горных пород и их физико-механических свойств разрушение долотом забоя и углубление скважины происходит неравномерно. Соответственно изменяется растягивающая нагрузка на крюке талевой системы. Эти изменения соответствуют пульсирующему циклу с небольшими частотой и амплитудой.

Величина крутящего момента, передаваемого долоту, зависит главным образом от момента трения бурильной колонны о стенки скважины и момента сопротивления долота.

Напорная часть циркуляционной системы нагружена в процессе бурения избыточным внутренним давлением 10¸40 Мпа. Практика показывает, что пульсирующие давление бурового раствора влияет на работоспособность узлов нагнетательного манифольда вплоть до вертлюга. Пульсацию раствора следует рассматривать как переменные нагрузки, которые расстраивают резьбовые соединения и вызывают коррозионно-усталостные разрушения сварных соединений. После вертлюга пульсация раствора не может существенно влиять на прочность деталей бурильной колонны в связи с тем, что на них действуют значительно большие механические переменные нагрузки. Наиболее нагруженной БУ оказывается при подъеме колонн. Процесс подъема колонны цикличен, поэтому и нагрузки, действующие на детали механизмов подъемного комплекса, носят переменный характер как по времени так и по величине. Действующие нагрузки следует рассматривать как статические и динамические.

Величины расчетных нагрузок находят путем корректировки наибольших статических нагрузок с помощью коэффициентов динамичности.

Р_Р=Qk_Д

где Р_Р – расчетная нагрузка в опасном сечении детали;

Q – статическая нагрузка от наибольшего веса колонны;

k_Д – коэффициент динамических перегрузок – величина переменная и зависит от ускорения, необходимого для достижения требуемых скоростей подвижной части талевой системы.(k_Д =1,05¸4). С увеличением нагрузки коэффициент динамичности уменьшается.

Таким образом, на узлы и детали БУ действуют нагрузки трех видов: статические, динамические и переменные. Под статическими будем понимать постоянные или медленно изменяющиеся по времени нагрузки. Напряжения, возникающие от динамических нагрузок, подсчитываются с помощью коэффициента динамических перегрузок. Переменные нагрузки бывают значительно меньше статических, однако при длительной эксплуатации они могут быть более опасными вследствие усталостного разрушения деталей.