породоразруш инструмент. Методические указания по проведению практических занятий по дисциплине Породоразрушающий инструмент
 Скачать 20.28 Mb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ Российской федерации МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН АЛЬМЕТЬЕВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ИНСТИТУТ Кафедра бурения нефтяных и газовых скважин В.А. Соловьев. Л Б Хузина. В.А.Файзуллин Породоразрушающий инструмент Методические указания по проведению практических занятий по дисциплине «Породоразрушающий инструмент» для бакалавров направления 131000 «Нефтегазовое дело» всех форм обучения. Альметьевск 2015УДК 622.24Хузина Л Б В.А.Фаизуллин, В.А. Соловьев. Методические указания по выполнению практических занятий по дисциплине «Породоразрушающий инструмент» для бакалавров направления 131000 «Нефтегазовое дело» профиля «Бурение нефтяных и газовых скважин» всех форм обучения. Методические указания по выполнению практических занятий содержат сведения о породоразрушающем инструменте . Илл.____, табл. ___, библ. ____. Печатается по решению учебно-методического Совета АГНИ. Рецензенты:
Альметьевский государственный нефтяной институт 2015г Содержание. Введение Предметом дисциплины «Породоразрушающий инструмент при бурении скважин» является – изучение механических процессов в горных породах при бурении скважин, а также конструкций, работы и изнашивания породоразрушающих инструментов. Буровые предприятия России решают проблему улучшения технико-экономических показателей буровых работ за счет оптимизации технологии и технического перевооружения отрасли, в том числе за счет улучшения существующих и создания новых конструкций породоразрушающих инструментов. Задачи дисциплины: создание теоретической и экспериментальной базы для изучения следующих разделов «Технология бурения нефтяных и газовых скважин», формирование знаний, необходимых инженеру-технологу по бурению для предвидения механических процессов и явлений в скважинах, и окружающих ее горных породах в условиях ограниченной информации. В данном пособии рассматриваются шарошечные долота, конструкции и терминология. В зависимости от геологических условий и назначения скважин шарошечные долота применяются при бурении вертикальных и наклонных скважин. Эффективность использования шарошечных долот в процессе углубления скважины в значительной степени определяется правильностью выбора для конкретных условий бурения, для каждого рейса такого типа долота, соответствующего свойствам проходимых горных пород и в сочетании с оптимальными параметрами режима бурения обеспечивает получение максимальной эффективности бурения скважин. Практическое занятие №1. Тема: 1 Породоразрушающий буровой инструмент. Цель работы: Изучение ПБИ общие сведения. Оборудование: Долота, ГТН Ход выполнения работы:
Теоретический материал 1: Общие понятия, параметры и классификации ПБИ К ПБИ следует отнести буровые шарошечные, лопастные, алмазные долота, бурильные головки для отбора керна, а также вспомогательный (специальный) инструмент. По назначению ПБИ классифицируется на 3 класса:
К специальным инструментам относят пикообразные долота, применяемые для расширения суженных участков скважин и разбуривания цементных мостов. Для последней цели применяют также твердосплавные долота. При разбуривании боковых стволов применяют ряд специальных долот-фрезеров. Некоторые специалисты к этому классу ПБИ причисляют буровые амортизаторы, шламоулавливающий, а также отклоняющий и противоприхватный, включаемый в состав компоновки низа, бурильной колонны, инструмент. По конструктивному исполнению различают шарошечные, лопастные, алмазные, твердосплавные, алмазно-твердосплавные, типа ИСМ долота и бурильные головки По характеру воздействия рабочих элементов ПБИ на горную породу при ее разрушении долота и бурильные головки подразделяются на следующие группы:
Основным породоразрушающим инструментом при бурении являются буровые долота. Долота делятся по: а) назначению: - для сплошного бурения - для бурения с отбором керна б) исполнению: - пикообразные - лопастные - торцовые (фрезерные) - шарошечные в) воздействию на породу: - режуще - скалывающего типа (лопастные) - дробящее - скалывающие типа (шарошечные) - режуще - истирающего типа (ИСМ, алмазные) Практическое занятие №2. Тема: 1 Породоразрушающий буровой инструмент. Цель работы: Изучение ПБИ режуще - скалывающего типа (лопастные) Оборудование: Долота, ГТН Ход выполнения работы:
Теоретический материал 2: Схема разрушения горной породы инструментом режуще-скалывающего действия представлена на рисунке 2.1. Лопасть или резец алмазно-твердосплавного долота перемещается по забою со скоростью Vq, срезает слой породы толщиной Щ при этом элемент лопасти вдавливается в горную породу осевой нагрузкой с силой Р и перемещаясь, срезает породу с силой Р Q .  Рис 2.1 Схема разрушения горной породы инструментом режуще-скалывающего действия.РС инструмент применяются для разбуривания очень мягких, мягких вязких, мягких с пропластками средней твердости пород. Это лопастные долота типа 2Л, ЗЛ, ЗЛГ, пикообразные долота, лопастные истирающе-режущие долота, рабочие кромки которых усилены твердосплавными вольфрамокобальтовыми пластинами. К этому классу следует отнести долота РДГ, армированные сверхтвердым композиционным материалом «Славутич». Кроме того, лопастными долотами режуще-скалывающего действия являются алмазно-твердосплавные долота, выполненные в виде лопастей. Другие модификации алмазно-твердосплавных долот, имеют матричную основу породоразрушающих резцов. Основным преимуществом лопастных долот перед другими типами ПБИ является то, что резание и скалывание во много раз эффективнее такой форму разрушения, как дробление (вдавливание), характерной для работы, например, шарошечных долот. Кроме того, лопастные долота просты, не сложны в изготовлении. В них отсутствуют подшипники, а стоимость значительно меньше стоимости шарошечных, алмазных и других типов долот . К этой группе лопастных долот, кроме РХ, следует отнести пикообразные, двухлопастные 2Л, трехлопастные ЗЛ и ЗЛГ, эллиптические и в определенной степени ступенчатые долота. Все они имеют одну общую конструктивную особенность в виде непрерывной рабочей кромки инструмента, находящейся в постоянном контакте с разрушаемой горной породой. Второй особенностью этой группы долот простота устройства и применение для их изготовления дешевых материалов и самых простых технологий. Лопастные долота этой группы работают в режиме резания для разбуривания самых мягких пород, например, пластичных глин, песков, супесей, суглинков Первым долотом для бурения на нефть и газ следует считать лопастное долото. Долото типа РХ (рыбий хвост) является прототипом современного двухлопастного долота. Оно состоит из пулевидного корпуса и двух лопастей. Известно две модификации долота РХ по конструкции промывочных отверстий:
-долото с нижней промывкой.  Рисунок 2.2 - Общий вид и устройство двухлопастных долот Корпус 1 штампуется из стали марки 40 вместе с двумя лопастями 2. Присоединительная резьба может быть выполнена в виде ниппеля 3 или муфты. Промывочный узел включает осевую полость корпуса и два обычных промывочных узла 4, расположенных под углом 60 к тыльной грани лопасти. Боковые грани (периферийные ребра) армируются цилиндрическими вставными штырями 5 из твердого сплава ВК8-В. Промежутки между штырями наплавляются релитом. Передняя грань лопастей армируется или дробленными осколками вольфрамокобальтового сплава 6 (рисунок 2.2) или твердосплавными пластинами, как показано на передней грани трехлопастного долота (рисунок 2.3). Пластины укладываются в пазы и напаиваются чугунным припоем при помощи ацетиленокислородной горелки. Трехлопастные долота типа ЗЛ и ЗЛГ применяют для проходки мягких пластичных пород без или с включением пропластков средней твердости (М и МС). Они изготавливаются с обычной системой промывки (ЗЛ) или с гидромониторной (ЗЛГ). Трехлопастные долота более распространены, чем двухлопастные, так как имеют больший запас долговечность, а следовательно и большие проходки на долото. Они работают в стволе скважины более устойчиво, то есть имеют меньшую вероятность заклиниваний и лучше сохраняют направления ствола долота ЗЛГ (рисунок 2.4) состоят из штампового корпуса 1 с присоединительной резьбой 10 типа ниппель и трех приваренных лопастей 2.  Рисунок 2.4 Трехлопастное долото. Следует отметить то, что в конструкции лопастных долот последующих поколений угол резания принимается равным 85-90°, а в лопастных долотах, оснащенных алмазно-твердосплавными пластинами и резцами угол резания принят отрицательным. Основной недостаток лопастных долот первого поколения это большая контактная площадь лопастей с горной породой. Например, для долот диаметром 243 мм контактная площадь при осевой нагрузке 3 тс у лопастных и шарошечных долот 2 составляет соответственно 235 и 186 мм Используемое для лопастных долот типа 2Л, ЗЛ и ЗЛГ твердосплавное армирование не соответствует по прочностным характеристикам этому условию. Следует также отметить то, что лопастные долота типа 2Л, ЗЛ и ЗЛГ вследствие большой моментоемкости применяются при роторном бурении. . . ШИФР И РАЗМЕРЫ ЛОПАСТНЫХ ДОЛОТ Шифр лопастного долота несет информацию о его конструктивных особенностях и области применения. Первая арабская цифра соответствует числу лопастей (2 или3). Буква Л указывает на то, что долото лопастное режуще-скалывающего действия, далее записывается диаметр долота в мм и тип вооружения. В случае, если долото снабжено гидромониторной системой промывки, то после буквы Л ставится буква Г. Примеры шифра: 2Л161,1М – двухлопастное долото с обычной системой промывки диаметром 161,1 мм типа М; 3ЛГ215,9МС – трехлопастное с гидромониторной системой промывки диаметром 215,9 мм типа Мс. Техническими условиями на выпуск долот предусмотрено изготовление двухлопастных долот диаметрами от 76 до161,1 мм, а трехлопастных долот – диаметрами от 120,6 до469,9 мм. Контрольные вопросы. 1 Что называется долотом. 2. Как классифицируются породоразрушающий инструмент. 3 По каким признакам классифицируются инструмент Р С. действия 4. Назовите область применения долот типа РХ. 5. Назовите шифр и размеры выпускаемых долот. Практическое занятие №3. Тема: 1 Породоразрушающий буровой инструмент. Цель работы: Изучение ПБИ режуще - скалывающего типа (пикообразные) Оборудование: Долота, ГТН Ход выполнения работы: 1.Краткое объяснение преподавателем общих сведений о РС. 2.Самостоятельное чтение материала №3. 3.Изучение конструкции долот на макетах и образцах. 4.Самостоятельное заполнение таблицы. Теоретический материал 3: Пикообразные долота Рис 3.6 Перовой пикобур  Пикообразные долота были первым породоразрушающим инструментом, применявшимся при вращательном бурении В настоящее время пикообразные долота потеряли свое значение как породоразрушающий инструмент для нефтяных и газовых скважин, но применяются как вспомогательный инструмент для расширения ствола скважины и разбуривания цементных пробок, металлических деталей низа обсадных колонн, а также для проработки забоя перед проведением ловильных работ по удалению мелких предметов из скважины. За исключением профиля рабочей поверхности пикообразные долота конструктивно не отличаются от лопастных. Выпускаются они диаметром от 98,4 до 444,5 мм. В разведочном бурении при проходке мягких вязких пластичных пород нашли широкое применение плоские пикообразные пикобуры ПКО, эллиптические (рисунок 3.5) и перовые пикобуры (рис 3.6).  Рисунок 3.5 - Эллиптические пикобуры Как вспомогательный технологический инструмент при проходке нефтяных и газовых скважин применяются два типа цельноштампованных пикобуров: ПЦ и ПР. Пикобур типа ПР (рисунок 3.7) отличается от пикобура ПЦ тем, что боковые кромки лопасти усилены вооружением из твердосплавных пластин и цилиндрических твердосплавных зубков. Состоит из полого округлого корпуса, с ниппельной резьбовой головкой, лопасти из стали марки 40 с термообработкой. Рабочая грань лопасти, армированная твердосплавными пластинками, заострена под углом 900 в виде пики. Набегающие грани изготовлены с заострением с обратным углом, на этих гранях сделаны пазы для твердосплавных пластин, закрепляемых чугунным припоем. Промежутки поверхности между пластинами, а также между твердосплавными штырями на калибрующей грани наплавляются релитом.  Рисунок 3.7 - Пикобур типа ПР Корпус пикобура снабжен двумя боковыми промывочными каналами, направляющими струю бурового раствора из внутренней полости долота на периферию забоя. Пикобур ПР предназначен для расширения и проработки ствола скважины Пикобур ПЦ служит для разбуривания цементных мостов и стаканов с обратным клапаном ЦКОД. Пикобур ПЦ отличается от описанного пикобура ПР только тем, что не имеет армирования на боковых гранях лопасти. Это делается для предотвращения повреждений обсадных колонн. Лопастные долота истирающе-режущие с твердосплавным вооружением (ДИР) Предназначены для бурения перемежающихся по твердости мягких с пропластками средней твердости абразивных МСЗ и средней твердости малообразивных С породах. Долота типа ДИР для МСЗ пород выпускаются трехлопастными (рис 3.8), для пород С шестилопастными.  Рис 3.8 Конструкция трехлопастного долота типа ДИР 1 - корпус; 2 - лопасти; 3, 4 - твердосплавные штыри; 5 - канал для промывки В отличие от 2Л, ЗЛ и ЗЛГ долота ДИР не имеют изгиба лопастей и отличаются большей толщиной лопастей. Все три лопасти на рабочей кромке имеют каждая свой профиль. Одна из лопастей, условно назовем ее первой, перекрывает весь радиус долота, а вторая и третья имеют расчлененную форму, то есть разные длины гребней и впадин. Все лопасти в нижней части по периферии скошены под углом 45°. Рабочие кромки лопастей армированы штырями ВК-8В с большим вылетом над торцом лопасти. Этим обеспечивается прерывистость (гребенчатость) режущей кромки. Калибрующие грани лопастей армированы так же, как и у долот типа 2Л и ЗЛ. Промежутки поверхности между штырями рабочей и боковой кромками лопастей наплавлены релитом. Передняя поверхности лопастей также армированы релитом типа ТЗ. Шестилопастные долота оснащены тремя такими же рабочими лопастями и тремя короткими калибрующими (рисунок 3.9). ДИР могут выпускаться с обычной схемой промывки и гидромониторной. При бурении в мягких вязких глинах долото ДИР работает в режиме резания, как обычное лопастное долото. При подсечении пропластков средней твердости в работу включаются твердосплавные штыри, разрушающие породы истиранием, фрезерованием. И.К. Масленниковым [3] считает, что в целом долото ДИР скорее всего фрезерующего, чем режущего действия. Долота шифруются так: например долото 3 ИРГ-215,9 МСЗ - это трехлопастное истирающе-режущее (ИР) долото с гидромониторной промывкой (Г) диаметром 215,9 мм для бурения в мягких с пропластками средней твердости абразивных породах. Контрольные вопросы. 1 Назовите область применения пикобуров. 2 Чем отличаются долота ПР от долот ПЦ. 2 Назначение долот ДИР. 4 Сколько модификаций выпускаются долота типа ДИР. 5 Назовите шифр и размер долот ДИР. Практическое занятие №4. |