Нижняя часть бурильной колонны бурильных труб оказывает влияние на процесс формирования оси скважины при бурении. Изгиб оси КНБК определяет характер распределения сил, действующих на долото. При этом важно не только знание сочетаний критических параметров (осевой нагрузки на долото, частоты вращения труб, скручивающего момента и других), но и значения осевой и поперечной сил, углов наклона долота и силы, действующей на долото.

Исследованию устойчивости форм равновесия бурильных колонн при бурении посвящены работы Л. С. Лейбензона, А. Н. Динника, С. И. Шищенко, Р. И. Шищенко, Г. М. Саркисова, Ц . Виллерса, А. Лубинского, П. В. Балицкого, А. Е. Сарояна, Л. Е. Симонянца, Е. Ф. Эпштейна, Н. Ф. Лебедева, И. А. Сесюнина, Н. Г. Середы, С. А. Ширинзаде, И. М. Аметова, М. Р. Мавлютова, Е. В. Шеберстова и многих других авторов.

В технической литературе по бурению опубликованы решения разных задач по устойчивости форм равновесия нижней части бурильной колонны. Однако при этом, как правило, получены приближенные решения, так как не учитывалось влияние сил собственного веса; принималось, что колонна труб — упругий стержень небольшой длины; не учитывалось совместное действие осевой нагрузки, сил собственного веса труб, центробежных сил, инерционных сил от движения бурового раствора и крутящего момента и т. д.

Условия работы нижней части бурильной колонны при бурении

При роторном способе бурения колонна передает вращение от стола ротора к долоту. При этом она испытывает совместное действие сил собственного веса труб, осевой нагрузки на долото, центробежных сил, сил инерции от движения бурового раствора внутри труб и в кольцевом пространстве, сил сжатия и растяжения от перепада давления в долотных отверстиях и скручивающего момента. При бурении скважин забойными двигателями, как правило, бурильная колонна не вращается. Трубы не испытывают действия центробежных сил, а перечисленные выше нагрузки действуют на бурильную колонну.

В процессе бурения скважины колонна изменяет форму движения своей оси. Например, равномерный износ труб по наружной поверхности может свидетельствовать, что бурильная колонна вращается вокруг собственной оси. При таких условиях центробежные силы не влияют на изгиб оси труб. Однако бурильная колонна будет совершать вращение вокруг собственной оси до тех пор, пока осевая нагрузка на долото не станет больше величины критической силы первого порядка и возникнет новая полуволна изгиба. Итак, при определении критических параметров (осевой нагрузки, частоты вращения и т. д.) необходимо учитывать отмеченные особенности работы труб в скважине.

Односторонний износ поверхности труб свидетельствует о вращении изогнутой колонны вокруг оси скважины. Практика бурения скважин показывает, что односторонний износ труб наблюдается в верхней части, а равномерный — в нижней части бурильной колонны.

Особенно часто наблюдаются случаи равномерного износа поверхности труб при бурении наклонных или криволинейных участков ствола. Таковы основные наиболее важные особенности взаимодействия бурильных труб со стенками скважины, которые учитываются при теоретических исследованиях.