Тема: 1 Породоразрушающий буровой инструмент.
Цель работы: Изучение истирающие-режуших долот с природными и синте-
тическими алмазами.
Оборудование: Долота, ГТН
Ход выполнения работы:
1.Краткое объяснение преподавателем общих свойств долот с природными и синтетическими алмазами.
2.Самостоятельное чтение материала №4.
3.Изучение конструкции долот на макетах и образцах.
4.Самостоятельное заполнение таблицы.
Теоретический материал 4:
Истирающе-режущие долота с природными и синтетическими алмазами
Алмазный буровой инструмент (АБИ) подразделяется на следующие группы:
алмазные долота истирающе-режущего типа с природными и синтетическими (искусственными) алмазами;
долота типа ИСМ истирающего-режущего и режуще-скалывающего действия;
долота с алмазно-твердосплавными пластинами и резцами. За рубежом их называют как - «алмазные долота РДС», что означает «алмазные долота с поликристаллическими алмазными режущими элементами».
Эта группа АБИ подразделяется на долота лопастного и матричного исполнения. В последние годы преобладает лопастной вид долот и бурильных головок. Алмаз - это уникальный минерал в виде кристаллической модификации углерода. Аморфная модификация углерода представлена графитом, используемом в бурении в качестве смазочной добавки к буровым растворам. Размер зерен алмазов колеблется обычно в пределах 0,4-4^6 мм. Масса кристаллов алмаза измеряется в каратах. Один карат равен 0,2 г.
Алмаз имеет высокую плотность (3,0-10 -3,5-10 кг/м ), наибольшую твердость и высокую жесткость. По твердости алмаз занимает первое место из природных минералов. В шкале твердости Мооса ему отведена 10 категория. Микротвердость его равна 950-1000 МПа. Это заметно больше по сравнению с кварцем (100 МПа) и вольфрамокобальтовым сплавом (
170 МПа). Таким образом, микротвердость алмаза в 10 раз больше, чем у кварца и в 6 раз превышает микротвердость твердого сплава
Природные технические алмазы подразделяются на борты, балассы и карбонадо. Алмазы типа борт представлены обломками, камнями трещиноватыми и плохой окраски, сростками. Они имеют высокую твердость, но хрупки, поэтому плохо сопротивляются нагрузкам и ударам и их износ велик. Балласы - это прежде всего кристаллы сферической формы с очень большой твердостью, поэтому чаще всего используются для армирования однослойных долот.
Карбонадо (синонимы бразильские, черные) плотные овальной формы из
мелкозернистых кристаллов. Для них характерна высокие износостойкость при истирании и устойчивость к ударам, но они менее тверды, чем борты. За рубежом считаются идеальным средством для оснащения расширителей. В нашей стране в основном используют наиболее дешевые алмазы типа борт. Перед укладкой алмазов в пресс-формы они подвергаются предварительному осмотру для разделения их по форме и размерам.
Обработка алмазов состоит из ряда операций, каждая из которых имеет цель повысить качество зерен. Операции обработки включают дробление, овализацию, полирование, термическую обработку, металлизацию.
Дробление низкосортных алмазов имеет цель раскалывания кристаллов по трещинам и дефектам.
Для овализации алмазных зерен стараются придать им округлую форму путем трения друг с другом.
По данным работы [3.] алмазы с острыми кромками быстро растрескиваются. При овализации алмазных зерен стремятся увеличить углы на кромках не менее, чем до 110°.
Механическое или химическое полирование предусмотрено для лучшего визуального просмотра кристаллов, а также для уменьшения силы трения зерна о горную породу.
Синтетические алмазы и сверхтвердые материалы
Синтетические алмазы (СА) синтезируются при перестройке структуры графита в структуру алмаза. В основе процесса синтеза лежит сжатие сажи или
графита или древесного угля при высоком давлении и высокой температуры.
Устройство алмазных долот
Предназначены для проходки на больших глубинах песчаников, известняков, доломитов и других мягких, средней твердости и твердых пород малой, средней и реже высокой абразивности. Преимущества алмазных долот по сравнению с шарошечными следующие:
высокая износостойкость, а следовательно и высокая рейсовая скорость, обеспечивающая сокращение СПО и экономию средств;
бурение осуществляется при низком уровне всех видов колебаний;
- сравнительно небольшие осевые нагрузки позволяют лучше управлять направлением скважины.
Рассмотрим устройство алмазного долота (Рисунок 4 9а).
Долото состоит из полого стального корпуса 1, алмазосодержащей рабочей головки, называемой матрицей 2, алмазов 3, присоединительной резьбы в виде ниппеля 4. Корпуса в основном изготавливаются из стали марки 40Х. На корпусе имеется выемка 6 под ключ для свинчивания и навинчивания долота. Матрица изготавливается из твердого сплава. В России применяется метод порошковой металлургии, называемый также «спеканием».
За рубежом отдельные фирмы применяют также литейный способ - изготовления - матрицы.
Система промывки долота включает широкие пазы - проемы 7 и глубокие напорные каналы 5, в которые попадает буровой раствор из центрального отверстия долота 8.По форме рабочих элементов матрицы различают следующие разновидности долот с природными алмазами, выпускаемых отечественными предприятиями:
радиальные - ДР (рисунок 4 9а);
ступенчатые - ДК (рисунок 4 96);
лопастные - ДЛ (рисунок 4 9в);
зарезные - ДВ (рисунок 4 9г);
импрегнированные - ДИ (рисунок 4 9д);
с уменьшенной рабочей поверхностью - ДУ (рисунок 4 9е).
За рубежом выпускают также долота с матрицей спиральной формы.
Долота радиальные ДР отличается от других тем, что наружная рабочая
поверхность матрицы разделена на 3 спаренных сектора, размещенных радиально. Торцевая и калибрующая поверхности армированы природными алмазами.
Рис 4 9 Устройство алмазного долота
Кроме долот с природными алмазами выпускаются также долота с СА. Это типы ДРС, ДКС, ДЛС, ДУС, а также долота импрегнированные ДКСИ и ДЛСИ. В нашей стране алмазные долота производятся диаметром 138,1; 141,3; 157,1; 163,5; 188,9; 214,3; 267,5; 292,9 мм.
Шифр алмазного долота включает особенности конструкции, тип алмазов, диаметр в мм, твердость горных пород, для разбуривания которых предназначено это долото и номер заводской модификации. Например, шифр долота ДК 188,9 С6 расшифровывается так: долото с природными алмазами диаметром 188,9 мм для разбуривания малоабразивных пород средней твердости, 6- номер заводской модели
. ДОЛОТА, ОСНАЩЕННЫЕ
АЛМАЗНО-ТВЕРДОСПЛАВНЫМИ ПЛАСТИНКАМИ
(АТП) И РЕЗЦАМИ (АТР)
Эти долота по характеру разрушения горной породы относятся к режуще-скалывающим инструментам. Основу вооружения составляют алмазно-твердосплавные пластинки круглой формы (АТП) или резцы треугольной формы (АТР). АТП (рис. 4.10, а) выполняют диаметром от 1/ 2″до 2″ (от 12,7 до 50,4 мм). Пластинка имеет твердосплавную основу 1, покрытую слоем поликристаллического алмаза 2.Толщина алмазного слоя 0,5–0,7 мм. Прочность твердого сплава на изгиб на 70 % выше прочности на изгиб поликристаллического алмаза. Поэтому в пластинке с послойным расположением названных материалов оптимально сочетаются твердость, износостойкость и прочность на изгиб.
Пластинка крепится к твердосплавной опоре методом диффузионной сварки, в результате чего получается элемент вооружения в виде зубка (рис. 4.10, г) или резца (рис. 4.10, д),которые непосредственно крепятся в лопастях или секторах
Рисунок 4 10 Алмазно-твердосплавная пластинка(а) резцы (б) и
(в) и схемы ( г, д) их крепления и взаимодействия с горной породой.
Общий вид вооружения одной из конструкций долота, оснащенного АТП, приведен на рис. 4.11, а. Корпус долота состоит из головки 1 и переводника (переводник показан на рис. 4.11, б, позиция 6). Лопасти 3 оснащены зубками с пластинками АТП 4, которые размещаются по радиусу долота так, чтобы перекрыть полностью забой, и только на периферии долота зубки на разных лопастях установлены на одном
расстоянии от оси долота, чем обеспечивается кратное перекрытие периферийной части забоя. Между лопастями долота и вблизи оси выполнены промывочные отверстия 5. Калибрующие части лопасти оснащены зубками 2 (вставками) из материала «Славутич».
При бурении породоразрушающие инструменты, оснащенные АТП или АТР, разрушают горную породу резанием-скалыванием по схеме, приведенной на рис. 4.10, г, д.
Рис 4 11 Долота режуще- скалывающего действия, оснащенного зубками.
а-с АТП,,б- из сверхтвердого материала « Славутич «
Шифр долот, оснащенных АТП и АТР, начинается с буквы Д, как и других алмазных инструментов, которые будут рассмотрены ниже. Далее ставятся две буквы А и П, диаметр долота в мм и тип вооружения. Полный шифр долота следующий, например, ДАП188,9М4, ДАП214,3МС3 и т.д. Последняя цифра означает номер модели долота
Сравнивая диаметры лопастных долот и долот, оснащенных АТП и АТР, нетрудно видеть их различие. Алмазные инструменты изготавливают всегда несколько меньшего диаметра, чем обычные. Это связано с тем, что алмазными инструментами нельзя прорабатывать скважину при спуске инструмента, так как нагрузки на калибрующие поверхности
нельзя регламентировать. Отсюда возникает реальная опасность раздавливания калибрующего вооружения. В то же время высокая износостойкость долот обеспечивает практически постоянный их диаметр и беспрепятственный спуск после них любых инструментов.
ДолотаPDC с вооружением типа АТП или АТР
состоящем из оптимальной комбинации криссталов
алмазов и твердосплавного матричного порошка ( ВК).
PDC Резцы
Термостойкие
Термостойкие (НОТ) резцы могут эффективно работать при температурах, значительно превышающих предельную температуру для стандартных высококачественных резцов PDC.
Долота с термостойкими резцами HOT не только обладают износостойкостью в 2-5 раз больше превышающей обычную, но и более высокой надежностью и долговечностью. Достигнутое увеличение ресурса долота становится особенно заметно при проходке интервалов переслаивающихся пород, например песчаников и алевролитов.
 Режущие края резцов серии HOT остаются острыми дольше, чему стандартных PDC Резцов. Специальная обработка Позволяет существенно повысить устойчивость резцов к абразивному износу. Благодаря повышенной износоустойчивости, в свою очередь, увеличивается механическая скорость и проходка на долото. В результате, новые долота PDC позволяют бурить более длинные интервалы, по сравнению со стандартными PDC долотами. Долота с режущей структурой серии НОТ показали отличные результаты при бурении скважин в самых различных регионах мира, включая Россию и страны СНГ.
До того, как была разработана и внедрена технология резцов HOT, повышение ресурса долот достигалось за счет повышения твердости резцов, приводившее к уменьшению стойкости к ударным нагрузкам. Использование в резцах НОТ усовершенствованной конструкции и новых материалов позволило одновременно увеличить долговечность резцов и их стойкость к ударным нагрузкам. Лабораторные и полевые испытания показали устойчивую тенденцию к уменьшению скалывания резцов. Это было достигнуто за счет оптимизации в резцах НОТ режима распределения остаточных напряжений, что способствовало уменьшению износа при больших нагрузках и сохранению первоначальных размеров резцов более продолжительное время
Основные преимущества:
Резцы НОТ обладают повышенной термостойкостью для эффективной работы в жестких
условиях бурения
Режущие кромки резцов НОТ дольше остаются острыми
Долота с резцами НОТ позволяют бурить более продолжительные интервалы с более
высокой механической скоростью и меньшим износом резцов
Применение долот с резцами НОТ обеспечивает снижение стоимости метра проходки при бурении скважины.
Горячепрессованные вставки GHI
Для изготовления горячепрессованных ставок GHI используется новый специально разработанный процесс гранулирования,
Обеспечивающий значительно более равномерное распределение алмазной крошки в вставке по сравнению со стандартным
Гранулированием. В результате получаются более твердые и долговечные вставки GHI, сохраняющие свою форму длительное
время, что способствует увеличению механической скорости бурения и ресурса долот, оснащенных такими вставками.
Вставки GHI напоминают маленькие шлифовальные круги, поэтому глубина подрезания породы при каждом обороте долота небольшая. При бурении происходит постоянное самозатачивание вставок GHI при стачивании связующего материала и выходе новых алмазов на режущую поверхность. Вставки GHI могут изготавливаться с использованием различных связующих материалов и алмазов для эффективного бурения в различных условиях (технических и геологических). Поскольку вставки GHI выступают над поверхностью лопастей, обеспечивается отличная торцевой части долота, что способствует улучшенному охлаждению режущей структуры, а так же увеличению скорости бурения в широком диапазоне геологических условий.
ПРИРОДНЫЙ АЛМАЗ
Долота, армированные природными алмазами
Линия долот, армированных природными алмазами GeoDiamond, предлагаемая компанией Smith Bits, обеспечивает получение оптимальных результатов бурения в различных породах- от средне-мягких до твердых. Вариации конструкции долот, включая различные профили режущей структуры, системы промывки с зонами высокого и низкого давления жидкости или с радикальным потоком, а также широкий выбор типа и конфигурации алмазных вставок, позволяют подобрать оптимальный тип долота для самых сложных условий бурения.
На сегодняшний день в мировом рынке долот, армированных природными алмазами, долота GeoDiamond показали себя как наиболее экономически выгодные и надежные.
Импрегнированные долота
Эффективное высокооборотное бурение
Долота Kinetic особенно эффективны при бурении с турбобуром и с высокоскоростным гидравлическим забойным двигателем. Высокая скорость вращения оптимально подходит для успешного разрушения пород долотами серии Kinetic и достижения ими наилучших результатов. Характеристики долот могут быть оптимизированы для различных видов турбин или винтовых забойных двигателей.
Горячепрессованные вставки GHI
Особенностью долот Kinetic являются горячепрессованные вставки (GHI), состоящие из оптимальной комбинации кристаллов алмазов и твердосплавного матричного порошка. Рецептура каждой смеси подбирается в соответствии с условиями бурения. Для изготовления вставок используется, специально разработанный процесс гранулирования компонентов, обеспечивающий равномерное распределение алмазных зерен по объему вставок и во время изготовления смеси. Благодаря этому обеспечивается максимальная стойкость резцов GHI, а также увеличение механической скорости и проходки.
Усовершенствованный профиль долота.Профиль долот Kinetic включает ряд конструктивных усовершенствований режущей структуры. У большинства долот серии Kinetic увеличенная высота лопастей позволяет разместить большой объем алмазного материала. Благодаря этому повышается стойкость торцевой и калибрующей режущих структур и обеспечивается надлежащая защита диаметра при работе в абразивных породах. Дополнительная высота лопастей способствует значительному увеличению проходки по сравнению со стандартными долотами. ПромывкаОдним из ключевых моментов конструкций долот серии Kinetic является конфигурация их систем промывки. В долотах этой серии используется комбинация центрального промывочного отверстия и дополнительных промывочных отверстий, расположение которых оптимизировано для эффективного охлаждения долота и его очистки. Качественная очистка чрезвычайно важна для импрегнированных долот, поскольку они применяются для бурения интервалов, сложенных как мягким, так и твердыми породами. Серии долот Kinetic обеспечивают эффективное бурение интервалов переслаивающихся пород с высокой механической скоростью, исключая необходимость СПО для замены долота из-за смены породы 
ВАРИАНТЫ ИСПОЛНЕНИЯ
«А»- Активные калибрующие резцы
Конструктивная особенность: Активные калибрующие резцы применяются в долотах для направленного
бурения с забойным двигателем.
Преимущество: Активные калибрующие резцы обеспечивают хорошую калибровку ствола скважины
В разбухающих или тектонически напряженных породах.
Эффект: Снижение вероятности прихвата долота и лучшая защита диаметра
«В»- Резцы обратной проработки
Конструктивная особенность: Выбуривающие резцы
Преимущество: В верхней части лопастей установлены резцы PDC, позволяющие долоту прорабатывать при подьеме участки сужения ствола для предотвращения прихвата долота.
Эффект: При необходимости долото может использоваться для проработки ствола при подьеме без ущерба для калибрующих поверхностей.
«С»- Нестандартное резьбовое соединениеКонструктивная особенность: Нестандартное резьбовое соединение, включая муфтовую резьбу. Преимущество: Внутренняя муфтовая резьба в сочетании с интегрированным калибратором позволяет точно подобрать длину инструмента в зависимости от необходимости. Минимально возможная длина соединения между муфтой долота и ниппелем забойного двигателя. Эффект: Стабилизация долота и дополнительная защита калибрующих поверхностей 
ВАРИАНТЫ ИСПОЛНЕНИЯ
ВА
«Н»- Увеличенное количество насадок
Конструктивная особенность: Большое по сравнению со стандартным, количество насадок
Преимущество: Увеличенная суммарная площадь насадок и фиксированных промывочных отверстий для наилучшей очистки
И охлаждения режущей структура и эффективного удаления шлама при существующих возможностях насосного оборудования.
Применяется при ограниченных возможностях насосного оборудования
Эффект: Увеличение механической скорости и ресурса долота.
Увеличение времени работы долота на забое
К»- Дополнительная импрегнированная защита резцов
Конструктивная особенность: Дополнительная алмазно-импрегнированная защита расположена за резцами PDC
Преимущество: Уменьшение интенсивности изнашивания
Матрицы с тыльной части резцов PDC.
Эффект: Увеличение проходки на долото при бурении в
абразивных породах
«L»- Пониженный момент на долоте
Конструктивная особенность: Усовершенствованная посадка
резцов
Преимущество: Ограничение углубления резца в породу при избыточных нагрузках на долото и, как следствие, крутящего
момента.
Эффект: Предотвращение перегрузок ВЗД и роста давления на стояке. Данная опция наиболее эффективна при наклонно-направленном бурении.
ВАРИАНТЫ ИСПОЛНЕНИЯ
«РХХ»- Калибрующие защитные накладки с алмазными вставками
Конструктивная особенность: Защитные накладки с алмазными вставками на калибрующих ребрах.
Преимущество: Вставные резцы с алмазным покрытием обеспечивают высокую защиту диаметра долота в высокоабразивных породах.
Эффект: Хорошая калибровка ствола скважины и повышенная стойкость калибрующих поверхностей долота в жестких условиях бурения. Увеличение времени работы долота на забое.
«S»- Укороченная калибрующая поверхность
Конструктивная особенность: Укороченная калибрующая поверхность
Преимущество: За счет укороченной длины долота повышается его эффективность и управляемость при наклонно-направленном и и горизонтальном бурении. Уменьшение потерь времени на корректировку при отклонении скважины от заданного курса благодаря более эффективному набору угла и азимута
«Т»- Интегрированный калибратор
Конструктивная особенность: Интегрированный калибратор
Преимущество: Интегрированный калибратор способствует уменьшению вибрации и нежелательных искривлений ствола при турбинном бурении. Турбинные стабилизаторы долот GeoDiamond могут изготавливаться любой длины и конфигурации по требованию заказчика.
Эффект: Увеличение стабилизации и ресурса долота.
Долото PDC
215,9 FD-355SM-А46
НАЗНАЧЕНИЕ:
Долото предназначено для бурения сплошным забоем вертикальных и наклонно-направленных нефтяных и газовых скважин в мягких породах с пропластками средних пород с промывкой забоя водой или глинистым раствором.
ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА:
Вид долота……………………корпус с 5 лопастями
Диаметр долота………………215,9 мм (8 ½ дюйма)
Высота долота………………………………….394мм
Количество резцов PDC……………….………57 шт.
Размер резца PDC………………………………13 мм
Количество и диаметр насадок в стандартном исполнении………………………5 шт. (5,6-15,9 мм)
Присоединительная резьба…………...ниппель 3-152
Масса долота, кг……………..…………………..47/98
РЕКОМЕНДУЕМЫЕ РЕЖИМЫ БУРЕНИЯ:
Осевая нагрузка…………………………………0,9-8т
Расход промывочной жидкости………….25-40 л/сек
КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ:
Наличие PDC зубцов на калибрующей части повышает износостойкость долота.
Геометрия высокоспиральных лопастей обеспечивает полный контакт долота по всему диаметру забоя, более плавное резание породы, что в свою очередь препятствует возникновению вихревого движения долота, делает его более устойчивым.
Установлены противоударные вставки, ограничивающие вибрацию долота и повышающие стабильность бурения
ДОЛОТО PDC
295,3 FD-388MH-A66-01
НАЗНАЧЕНИЕ:
Долото предназначено для бурения сплошным забоем вертикальных и наклонно-направленных нефтяных и газовых скважин в средних породах с пропластками твердых пород с промывкой забоя водой или глинистым раствором.
ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА:
Вид долота………...……….корпус с 8 лопастями
Диаметр долота……………..……...……295,3 мм
Высота долота……………………….…….441 мм
Количество резцов PDC……………………82 шт
Размер резца PDC……………………..……13 мм
Количество и диаметр насадок в стандартном исполнении……………………………………..8 шт
Присоединительная резьба…….…ниппель 3-152
Масса долота, кг………………………….90/138
РЕКОМЕНДУЕМЫЕ РЕЖИМЫ БУРЕНИЯ:
Осевая нагрузка……………………………0,9-13т
Расход промывочной жидкости……..60-70 л/сек
КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ:
Геометрия спиральных лопастей облегчает вынос шлама с забоя и стабилизирует долото на забое.
Конструкция высоких лопастей снижает вероятность образования сальника и улучшает очистку забоя от выбуренной породы.
Наличие PDC зубцов на калибрующей части повышает износостойкость долота.
Второй ряд резцов PDC на лопастях повышает износостойкость долота
Практическое занятие №5.
|
Скачать 20.28 Mb.