Продольно-поперечный изгиб БК и ее устойчивость. Основное уравнение, описывающее состояние бурильной колонны, ее решение и результат.

Различные участки бурильной колонны подвергаются изгибу, при котором она теряет прямолинейную форму. Самым простым видом изгиба является поперечный. Изгиб, происходящий под действием только поперечных сил, называется поперечным изгибом.

Наиболее характерным примером поперечного изгиба бурильной колонны является

изгиб ее в искривленных интервалах (набора и/или снижения зенитного угла) наклонно направленной скважины. Изгиб происходит под действием поперечных сил на контакте колонны со стенкой скважины. Вынужденная повторять конфигурацию ствола скважины, бурильная колонна на искривленном участке изгибается независимо от того, движется она или находится в состоянии покоя. Поскольку абсолютно прямолинейных интервалов не бывает даже в вертикальной скважине, то вся бурильная колонна всегда в той или иной мере подвержена поперечному изгибу. Действие поперечных сил на стенки скважины ничем не отличается от действия ранее рассмотренных сил прижатия, и все негативные последствия последних в полной мере относятся и к поперечным силам.

При поперечном изгибе в теле трубы возникают напряжения, растягивающие с выпуклой стороны и сжимающие – с вогнутой, которые можно найти с помощью простой формулы

где Е - модуль Юнга; D_н – наружный диаметр труб.

Напряжения поперечного изгиба в невращающейся колонне в данном искривленном интервале будут неизменны и по величине, и по знаку. Во вращающейся колонне величина их сохранится, а знак будет зависеть от характера вращения колонны. Установлено, что бурильная колонна в общем случае может вращаться вокруг:

1) собственной прямолинейной, плоско- или спирально-изогнутой оси;

2) оси скважины со скольжением по ее стенке;

3) оси скважины с обратным перекатыванием по ее стенке;

Кроме того, колонна может вращаться также в режиме беспорядочного биения отдельных участков или всей колонны труб. Если исходить из принципа минимума энергии на вращение колонны, то она будет вращаться в том режиме, на поддержание которого затрачивается минимальная мощность. Поэтому различные участки колонны в один и тот же момент времени могут вращаться в разных режимах.

Однако не все эти режимы вращения равновероятны. Имеется целый ряд ограничений для 2 и 3 режимов. Так, они маловероятны на искривленных и наклонных участках и если зенитный угол превышает 8⁰…10⁰. Поэтому наиболее вероятен 1 режим вращения

При создании нагрузки на долото частью веса бурильной колонны нижняя ее часть сжата, а верхняя растянута. Наибольшая сжимающая нагрузка приходится на самое нижнее сечении и может достигать больших величин (0, 20…0, 25 МН). Но напряжения сжатия в трубах при этом сравнительно невелики и обычно ниже предела текучести материла труб. Однако определяющую роль при этом играет продольный или продольно-поперечный изгиб сжатого низа колонны.

Под продольным изгибом понимают изгиб длинномерного (далее - гибкого) тела, происходящий только под действием осевых сжимающих сил. Если кроме осевых сил на тело действуют также и поперечные силы, то изгиб называют продольно-поперечным. В вертикальной скважине изгиб может быть и продольный, но чаще он продольно-поперечный. В наклонной скважине изгиб может быть только продольно-поперечный.