Мета дисертаційної роботи полягає у забезпеченні працездатності бурильної колони в складних гірничо-геологічних і техніко-технологічних умовах буріння нафтових та газових свердловин шляхом контролю рівня вібраційного навантаження замкових різьбових з'єднань обважнених бурильних труб. Основні завдання дослідження. 1. Удосконалення системи реєстрації, обробки та аналізу вібраційних характеристик бурильної колони під час буріння свердловини. 2. Удосконалення математичної моделі визначення напруженого стану в елементах бурильної колони в умовах вібраційного навантажування. 3. Створення комп'ютерної моделі для дослідження коливальних процесів у бурильній колоні, як у складній механічній системі. 4. Обґрунтування критерію безпечної експлуатації елементів бурильної колони під час вібраційного навантажування. 5. Розроблення методу прогнозування довговічності елементів бурильної колони з урахуванням дії на неї вібраційного навантаження. 6. Промислова перевірка результатів дослідження. ЗМІСТ ВСТУП 5 РОЗДІЛ 1 ОГЛЯД І АНАЛІЗ ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ТА ПОСТАНОВКА ЗАВДАННЯ ДОСЛІДЖЕННЯ 11 1.1 Загальний рівень вібрації бурильної колони та її джерела 11 1.2 Цілі та задачі існуючих досліджень коливань бурильної колони.... 16 1.3 Аналіз існуючих математичних моделей бурильної колони для дослідження її коливальних процесів 23 1.4 Сучасні методи та засоби контролю коливань бурильної колони в умовах експлуатації 41 1.5 Завдання дослідження вібрацій бурильного інструменту 48 1.6 Висновки до розділу 1 52 РОЗДІЛ 2 УДОСКОНАЛЕННЯ СИСТЕМИ ЗБОРУ І АНАЛІЗУ ХАРАКТЕРИСТИК ВІБРАЩЙ БУРИЛЬНОЇ КОЛОНИ 53 2.1 Апаратура для вимірювання вібрацій верху бурильної колони 55 2.2 Методика збору та обробки результатів вимірювання вібрацій бурильної колони 66 2.3 Спектральний аналіз вібраційних досліджень 75 2.4 Автоматизація системи обробки і аналізу результатів вимірювання вібрацій бурильної колони 80 2.5 Висновки до розділу 2 88 РОЗДІЛ З ТЕОРЕТИЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ВІБРОНАПРУЖЕНЬ В ЕЛЕМЕНТАХ БУРИЛЬНОЇ КОЛОНИ 89 3.1 Напруження в елементах бурильної колони при випадкових динамічних навантаженнях 89 3.2 Розрахункова схема бурильної колони для дослідження її поздовжніх коливань з урахуванням впливу різьбових з'єднань.... 106 3.3 Комп'ютерне дослідження поздовжніх коливань бурильної колони в середовищі MapleSim 112 3.4 Оцінка коефіцієнту динамічності бурильної колони за частотами власних та вимушених коливань 128 3.5 Висновки до розділу 3 134 РОЗДІЛ 4 ДОСЛІДЖЕННЯ ВІБРОНАПРУЖЕНЬ В ЕЛЕМЕНТАХ БУРИЛЬНОЇ КОЛОНИ В УМОВАХ ЕКСПЛУАТАЦІЇ 135 4.1 Стендові дослідження залежностей між напруженнями в елементах механічної системи та характеристиками її коливального руху 135 4.2 Критерій безпечної експлуатації елементів бурильної колони при вібраційному навантаженні 151 4.3 Нормування характеристик вібрацій бурильної колони 156 4.4 Висновки до розділу 4 158 РОЗДІЛ 5 РОЗРОБЛЕННЯ МОДЕЛІ ВИЗНАЧЕННЯ ДОВГОВІЧНОСТІ ЕЛЕМЕНТІВ НИЗУ БУРИЛЬНОЇ КОЛОНИ 159 5-1 Математична модель визначення показників довговічності елементів бурильної колони при випадковому вібраційному навантажуванні 159 5.2 Метод прогнозування довговічності елементів низу бурильної колони під час буріння свердловини в умовах вібраційного навантажування 172 5.3 Результати застосування в промислових умовах методу та технічних засобів для прогнозування довговічності елементів низу бурильної колони в умовах вібраційного навантажування 181 5.4 Висновки до розділу 5 189 ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ 190 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 193 ДОДАТКИ 210