Принципы выбора типа долота. 1. Породоразрушающий инструмент
 Скачать 1.5 Mb.
|
|
Содержание Введение 1. Породоразрушающий инструмент 2. Основные параметры бурового инструмента 3. Классификация буровых долот 3.1 Лопастное долото 3.2 Шарошечное долото 3.3 Алмазное долото 4. Долота специального назначения 5. Разработка и производство буровых инструментов Заключение Список литературы Введение Долота широко применяются во многих сферах, где требуется пробурить грунт. К примеру, если нужно сделать колодец или же собрать информацию о составе почв и дать им оценку. Нефтяная и газовая промышленность не в состоянии обойтись без этого породоразрушающего оборудования, так как именно оно позволяет наиболее эффективно производить бурение скважин различного размера и глубины. Горные породы, слагающие разрез скважины, различны по составу, обладают различными свойствами и их разрушают резанием, скалыванием, истиранием, дроблением. Характер разрушения зависит от твердости и пластичности пород. Породы мягкие и пластичные наиболее эффективно разрушаются резанием, а твердые и хрупкие – дроблением. Поэтому для разрушения пород с определенными механическими и абразивными свойствами применяются соответствующего типа инструменты. Основным инструментом для механического разрушения горных пород в процессе бурения скважины является долото. Термин "долото" сохранился от раннего периода развития техники бурения, когда единственным способом проходки скважины было ударное бурение, при котором буровое долото имело сходство с плотничным инструментом того же наименования. В современной практике применяются различные виды и типы долот. Энергозатраты, качество работы и скорость бурения напрямую зависят от правильной подборки долота, от качества его изготовления и свойств материала, из которого он изготовлен. Бурильные долота и бурильные головки изготовляют из прочных и износостойких материалов, т.к. в процессе бурения на долото действуют осевые и ударные нагрузки, вращающий момент, а также давление и хим. активность промывочной жидкости. Для секций (лап) и шарошек бурового долота применяют хромникельмолибденовые, хромникелевые и никельмолибденовые стали. Выпускаются бурильные долота и бурильные головки, оснащённые природными или синтетическими алмазами. Некоторые типы долот изготовляют из сталей электрошлакового и вакуумно-дугового переплавов. Совершенствование буровых долот осуществляется в направлении улучшения их конструкций: создания новых схем опор с герметизированный маслонаполненными опорами для низкооборотного и высокооборотного бурения; применения новых форм твёрдосплавных зубков; изыскания более износостойких материалов; повышения точности изготовления деталей и сборки бурового долота, а также применения более совершенных схем подвода промывочной жидкости к забою скважины. 1. Породоразрушающий инструмент Буровые долота в процессе вращательного бурения могут оказывать различное воздействие на горную породу. В зависимости от способа отделения частиц горной породы от ее массива на забое различают долота: дробящего (ударного) действия; дробяще-скалывающего (ударно-сдвигающего) действия; истирающе-режущего действия; режуще-скалывающего действия. Бурят нефтяные и газовые скважины в основном долотами, разрушающими всю поверхность забоя. Такие долота относят к породоразрушающим инструментам сплошного бурения. В разведочном и поисковом бурении в определенных интервалах отбирается образец породы в виде столбика (керна) с помощью бурильных головок, разрушающих породу по кольцу. Для разбуривания цементных пробок, зарезки новых стволов при многозабойном бурении, расширения пробуренных скважин и других работ применяют специальные буровые долота. Конструктивное оформление бурового породоразрушающего инструмента основано на реализации способа воздействия на горную породу и зависит от его назначения. Наибольшее распространение в практике буровых работ получили породоразрушающие инструменты следующих типов:шарошечные долота дробяще-скалывающего и дробящего действия для бурения пород любой твердости. В зависимости от конструктивного исполнения при разрушении горной породы производится ударное, или сдвигающее и ударное воздействие на забой вооружением шарошки. На шарошечные долота приходится более 90 % общего объема бурения; алмазные и твердосплавные буровые долота истирающе-режущего действия для бурения твердых, но хрупких пород. Особенно эффективны алмазные долота при бурении крепких пород на больших глубинах; лопастные долота режуще-скалывающего действия для бурения мягких и пластичных пород роторным способом. Буровое долото испытывает при работе значительные статические и динамические осевые нагрузки и действие переменного крутящего момента. Поэтому их конструкция должна быть рассчитана на экономически обоснованный срок службы, так как долото является инструментом одноразового использования. Восстановление долот экономически не оправдывается при современной технике их производства. Попытки создания долот со сменными рабочими органами до настоящего времени не дали положительных результатов. 2. Основные параметры бурового инструмента Под параметрами инструмента обычно подразумевают все данные, которые позволяют оценить его конструкцию, технический уровень, степень надежности в работе, определяют его техническую и общественную полезность, экономическую эффективность, позволяют выявить область рационального применения и др. Один из важнейших, наиболее универсальных параметров, общий для всех видов бурового инструмента — фактический срок его службы. Он обеспечивает возможность оценить общественную полезность (практическую ценность) конструкции инструмента каждого классификационного подразделения и входит в эксплуатационную характеристику в качестве ее основного компонента. Он может быть выражен в различных единицах, чаще всего в часах. Стойкость, или долговечность, инструмента характеризует работоспособность промышленного изделия. Срок службы, стойкость, или долговечность, инструмента, его узла или детали зависит от условий применения и режима эксплуатации. С увеличением глубины бурения роль этих параметров растет и применение инструмента, характеризующегося небольшим сроком службы (или малой часовой стойкостью), оказывается экономически невыгодным. Параметр, весьма близкий к сроку службы, — проходка на инструмент (в метрах). Его называют показателем работы (долота или другого породоразрушающего инструмента). Этот параметр доминирует при анализе работы и сравнительных испытаниях разных моделей или модификаций однотипного бурового инструмента (см. раздел шестой). При анализе работы породоразрушающего инструмента в некоторых случаях (например, при бурении относительно неглубоких интервалов скважин) на первое место выдвигается механическая скорость проходки, чаще всего ее среднее значение как частное от деления проходки на время чистого бурения. 3. Классификация буровых долот Буровые долота классифицируются как по назначению, так и по характеру взаимодействия с горной породой. По назначению они подразделяются на долота для сплошного бурения, керноприемные устройства и инструмент специального назначения. Первые воздействуют практически на всю площадь забоя, вторые – только на его периферийную часть. Инструмент специального назначения применяется для разбуривания цементного камня, металла, расширения скважины и т.п. По характеру взаимодействия с горной породой есть долота дробяще – скалывающего действия и режуще – скалывающего действия. К первым относятся практически все шарошечные долота (кроме одношарошечных); ко вторым – одношарошечные, лопастные, долота типа ИСМ и алмазные. Долота делятся по: Назначению для сплошного бурения для бурения с отбором керна По исполнению пикообразные лопастные торцовые (фрезерные) шарошечные По воздействию на породу режуще - скалывающего типа (лопастные) дробяще - скалывающие типа (шарошечные) режуще - истирающего типа (ИСМ, алмазные) В зависимости от числа рабочих органов шарошечные долота бывают одно-, двух-, трех-, четырех-, шести- и многошарошечные. Наиболее распространен трехшарошечный вариант долота. Конструкция такого долота отличается наилучшей вписываемостью в круглое сечение скважины трех конических шарошек, обеспечивающих оптимальное центрирование и устойчивость долота и т. д. По количеству шарошек: одношарошечные, двухшарошечные, трехшарошечные По расположению и конструкции промывочных или продувочных отверстий: Ц - долото с центральной промывкой Г - долото с боковой промывкой. П - долото с центральной продувкой ПГ - долото с боковой продувкой. По конструкции опор шарошек: В - на подшипниках качения. Н - на одном подшипнике скольжения (остальные подшипники качения ) У - герметизация опоры с маслонаполнением А - на двух или более подшипниках скольжения. Литерами А маркируются долота для низкооборотного бурения ( до 150 об/мин), Н - для среднеоборотного бурения ( от 150 до 400 об/мин ), В - для высокооборотного бурения ( более 400 об/мин). 3.1 Лопастное долото Лопастные долота режущего типа используются для бурения геологоразведочных скважин на небольшие глубины. Применяются два типа лопастных долот: М – для бурения скважин в мягких породах МС – для бурения скважин в породах средней крепости. Существуют лопастные долота с калибрующим сектором, с вогнутыми лопастями и с опережающим лезвием. Все эти конструкции имеют ряд особенностей в вооружении и системе расположения промывочных отверстий. Долота типа М могут оснащаться струйными или гидромониторными насадками. Лопастное буровое долото состоит из кованого корпуса с присоединит. Резьбой, к которому привариваются 3 и более лопастей. У двухлопастного долота корпус и лопасти отштамповываются как одно целое. Для повышения износостойкости долот лопасти армируются твёрдым сплавом. Пластинки твёрдого сплава заплавляются на передней грани лопастей в специально профрезерованные пазы. Боковые (калибрующие стенку скважины) грани лопастей армируются цилиндрическими зубками, запрессовываемыми в просверленные отверстия. Промежутки между зубками наплавляются твёрдым сплавом. Для бурения скважин с отбором керна применяют шарошечные и лопастные бурильные головки, которые изготовляют для специальных керноприёмных устройств со съёмным и несъёмным керноприёмниками. Колонковые долота со съёмным керноприёмником позволяют отбирать с забоя скважины керн без подъёма бурильной колонны. Поверхность между рёбрами имеет коническую форму и способствует смещению разрушенной породы в центральный канал бурильной колонны. Рёбра армируются породоразрушающий и элементами различной формы: круглыми, шестигранными или квадратными. Коронки предназначены для бурения мягких пород с незначительным содержанием твёрдых пропластков. Торцевая поверхность рёбер имеет коническую форму для предотвращения заклинивания частиц породы, а на наружной поверхности имеются пазы. Важным элементом коронки являются тороидальные канавки на внутреннем уступе, способствующие в сочетании с внутренним патрубком керноприёмной трубы переходу нисходящего потока очистного агента в восходящий. При отсутствии такой канавки в процессе бурения резко возрастают потери очистного агента. Малогабаритное долото лопастное режущего типа, предназначенное для бурения геологоразведочных скважин в мягких породах и в мягких породах с прослойками средней твердости, разрушают породу в режиме резания с очисткой забоя промывочным агентом или шнековым способом. В большинстве районов бурение геологоразведочных скважин в мягких породах ведется с использованием легкого бурового оборудования и поэтому с небольшими осевыми нагрузками на долото и с малым крутящим моментом. В таких условиях обычные серийные долота лопастные нефтяного сортамента работают, небольшой промежуток времени до 10-15 ч. Тогда как при использовании нефтяного тяжелого оборудования эти долота лопастные работают 150-200 ч. Лопастные долота режущего типа для геологоразведочного бурения работают до затупления режущих кромок твердосплавных резцов и режущих кромок, наплавленных крупнозернистым твердым сплавом. Процесс изнашивания режущих кромок характеризуется медленным истиранием от периферийной зоны до центральной части долота. Несмотря на то, что центральная часть долота лопастного изнашивается значительно меньше, именно она определяет работоспособность долота в целом. Даже при незначительном износе центральной части долота лопастного резко снижается удельная нагрузка на режущие кромки и твердосплавные резцы, и они перестают внедряться в поверхность разрушаемого забоя. Твердосплавные резцы, расположенные в центральной части долота, обнажаются медленно и на незначительную величину вследствие небольших окружных скоростей, возникающих в центральной зоне при вращении долота с частотой до 200 об/мин. Режущие грани и твердосплавные резцы лопастных долот, расположенные в периферийной зоне, изнашиваются более интенсивно. Однако за счет высоких окружных скоростей происходит обнажение верхних частей твердосплавных резцов и режущих граней, а также истирание корпуса лопастей и державок, что способствует увеличению удельной нагрузки и внедрению кромок и резцов в поверхность разрушаемого забоя. Режущие грани и твердосплавные резцы на калибрующих гранях рабочих лопастей обрабатывают стенки скважины по наибольшему периметру и в этой зоне они истираются по ко криволинейной поверхности, на которой расположено калибрующее вооружение лопастей. Лопастные долота могут быть режущего и истирающережущего типов. РЕЖУЩИЕ ЛОПАСТНЫЕ ДОЛОТА Лопастные долота режущего типа выпускаются двух основных видов: двухлопастные 2Л и трехлопастные 3Л. Лопастное долото состоит из стального штампованного или литого корпуса с конической присоединительной резьбой и лопастей, отштампованных или отлитых вместе с корпусом, присоединенных или приваренных к нему (рис. 3.1). Лопасти выполняются со скосом боковых граней под углом 3–5°, направленным в сторону, противоположную вращению. В зависимости от твердости пород лопасти заправляются под различными уг лами, отличающимися формой передней грани, ее наклоном относительно плоскости, перпендикулярной к оси долота. Угол наклона грани относительно этой плоскости называется углом резания. В центре долота делается вырез для улучшения его работы, так как разрушение породы в этой зоне затруднено.  Рисунок 3.1 Корпус и лопасти долота выполняются из среднеуглеродистых нелегированных или малолегированных конструкционных сталей. Передняя и боковая грани лопастей для увеличения стойкости армируются твердым сплавом. После приварки лопастей к корпусу на передней и боковой гранях ее вырезают канавки, дно которых наплавляется крупкой зернистого твердого сплава – релит. В армированные пазы укладываются твердосплавные пластины. Для этого применяют твердый сплав на основе карбида вольфрама типа ВК8. Затем поверхности лопасти и пластины твердого сплава заплавляют чугунным припоем с крупкой твердого сплава с помощью ацетилено-кислородного пламени. Для снятия напряжений после сварки и наплавки долото подвергают нормализации. После этого на корпусе долота нарезают присоединительную резьбу, производят подгонку размера по диаметру и заправку лезвий долота в соответствии с назначением. Трехлопастные долота типа 3ЛГ диаметром от 118 до 445 мм имеют три промывочных канала, в которые могут быть установлены гидромониторные насадки. Двухлопастные долота типа 2Л выпускают диаметром от 76 до 161 мм. Для упрощения изготовления и удобства при эксплуатации лопастные долота 3Л и 2Л нескольких размеров изготовляют с одинаковым корпусом. Разновидностью лопастных долот являются долота типа РХ (рыбий хвост), изготовляемые больших диаметров (от 490 до 640 мм) по требованию заказчика для бурения мягких и средних пород. Долото типа РХ представляет собой поковку из стали марки 40. Верхняя часть долота снабжена замковой резьбой для присоединения к колонне бурильных труб. В нижней части долото имеет форму лезвия, заправленного в виде рыбьего хвоста. Лопасти долота армируются твердым сплавом. Долото типа РХ поддается реставрации по мере износа рабочего лезвия и поэтому используется многократно. ИСТИРАЮЩЕ-РЕЖУЩИЕ ДОЛОТА Долота истирающе-режущего действия предназначены для бурения вязких, мягких и средних по твердости пород с абразивными пропластками. Долото типа ИР (рис. 3.2) состоит из корпуса 1, приваренных к нему шести лопастей, из которых три нижние – 2, 8 è 9 имеют нормальную высоту и три верхние 5, 6, 7 – укороченную. Режущие кромки лопастей армированы цилиндрическими зубками из твердого сплава типа ВК8. Промежутки между штырями и передняя грань всех лопастей армируются зернистым твердым сплавом – релит. Боковые грани лопастей, калибрующие стенки скважины, также армируются твердосплавными штырями и слоем релита.  |