Снижение негативных последствий вибрации породоразрушающего инструмента

Одной из наиболее актуальных тем современной буровой промышленности является вопрос повышения эффективности работы. Его решение заключается далеко не только в разработке новых технологий работы, но и в снижении текущих затрат за счет увеличения ресурса применяемого бурового оборудования и инструмента.

Ярким примером задачи, которая сегодня стоит перед конструкторами и производителями инструмента для бурения скважин, является снижение негативного воздействия вибрации на породоразрушающий инструмент. И если для шарошечных долот уже были предложены различные устройства для гашения вибрационных колебаний, то для позднее появившихся долот PDC эти решения демонстрировали крайне низкую эффективность.

Поскольку шарошечные долота не создают значительного реактивного момента, а значит, не подвержены крутильной вибрации. Дробяще-скалывающий характер разрушения породы этими долотами определяет  и характер возникающих вибраций, которые проявляются в виде изменения показателя осевой нагрузки (долото буквально подскакивает на забое). В связи с этим применяемые при бурении шарошечными долотами гасители колебаний представляют собой низкочастотные высокоамплитудные конструкции, направление работы которых совпадает с осью ствола скважины. Однако они никак не препятствовали проявлению так называемых крутильных колебаний, действующих не только в осевом, но и в тангенциальном направлении.

В целях уменьшения амплитуды колебаний осевого типа применяют подход увеличения веса колонны (для чего в состав компоновки вводятся дополнительные секции утяжеленных труб). Однако вместе с повышением веса может повышаться и ударный импульс. Наиболее целесообразно при осевой вибрации большой амплитуды увеличить нагрузку на долото, одновременно снизив скорость вращения инструмента.

Достаточно эффективно с осевыми вибрациями справляются различные демпферы, амортизаторы и виброгасители. Как правило, конструктивно они представляют собой единый узел из тарельчатых или винтовых пружин. Современные демпферирующие устройства могут достигать двух метров в длину, что при расположении их непосредственно над долотом может вызывать трудности при ориентировании ствола скважины. Наиболее актуальным вопросом для конструкторов сегодня является создание компактных, но при этом более энергоемких механизмов.

Для противодействия крутильным колебаниям требуется, прежде всего, корректировка режима бурения с уменьшением осевой нагрузки и одновременным увеличением скорости вращения долота. Дополнительно в компоновке колонны бурильных труб при проведении работ на большой глубине могут применяться демпферы тангенциального направления действия, которые за счет своих свойств увеличивают эластичность колонны, одновременно снижая ударную нагрузку на долото.

В целях гашения поперечных вибраций бурового инструмента производится корректировка режима бурения: уменьшение оборотов в сочетании с увеличением осевой нагрузки на долото после остановки колонны. В данном случае инструменты для гашения осевых вибраций демонстрируют крайне низкую эффективность. Для нейтрализации поперечных вибраций и завихрений необходимо комбинированное применение с механическими ограничителями, например, калибраторами, роликовыми центраторами и иными устройствами.