В идеальном случае осевая линия бурильной колонны или вертикальна, или повторяет профиль скважины. Изменение формы колонны под действием внешних сил называется потерей устойчивости.

Факторами, приводящими к потере устойчивости колонны, являются, в основном, центробежные силы, возникающие при ее вращении. Все виды нагрузок, действующих на колонну, могут либо способствовать потере устойчивости, либо препятствовать ей. Изучение устойчивости бурильной колонны имеет большое значение для её проектирования и эксплуатации.

Нагрузка, при которой происходит потеря устойчивости колонны в скважине, называется критической. В отличие от потери устойчивости длинных стержней, изучаемой в курсе сопротивления материалов, деформация бурильной колонны ограничивается стенками скважины. Это приводит к образованию волн второго и более высоких порядков. Расстояние между двумя ближайшими аналогичными точками, например, точками касания стенок скважины, называется длиной полуволны. Значения критической нагрузки и длина полуволны описываются следующими формулами:

где Р кр – критическая нагрузка; L – длина полуволны; Е – модуль упругости материала труб; J – момент инерции сечения труб; q – вес погонного метра трубы; a, b – безразмерные коэффициенты, зависящие от заделки концов стержня и других постоянных факторов.

Бурильная колонна неоднородна по длине, так как содержит замки и другие сосредоточенные массы. Поэтому при вращении под действием центробежных сил происходит искажение осевой линии (рис.84) – потеря устойчивости.

Частота вращения, при которой происходит изменение формы колонны в скважине, называется критической частотой вращения. Она зависит от длины трубы и ее диаметра, жёсткости и других факторов. В процессе бурения на колонну воздействуют практически все виды нагрузок, и их влияние на устойчивость колонны является предметом специальных исследований. В результате расчётов и экспериментов на буровой было установлено, что уменьшению длины полуволны способствуют перепад гидравлического давления в колонне, скорость движения раствора, его плотность, крутящий момент, причем крутящий момент и скорость движения раствора оказывают меньшее влияние, чем другие факторы. Эти явления носят качественный характер и практически не поддаются расчёту. Также установлено, что длина полуволны не является постоянной величиной, она увеличивается от забоя к устью скважины.