породоразруш инструмент. Методические указания по проведению практических занятий по дисциплине Породоразрушающий инструмент
 Скачать 20.28 Mb.
|
|
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 режуще- истирающего действия 2.Самостоятельное чтение материала №5. 3.Изучение конструкции долот на макетах и образцах. 4.Самостоятельное заполнение таблицы. Теоретический материал 5: . КЛАССИФИКАЦИЯ ДОЛОТ РЕЖУЩЕ-ИСТИРАЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ Классификация проводится по форме рабочих органов, на которых размещено вооружение в виде резцов, зубков или алмазных зерен: 1) лопастные – высота лопасти больше ее ширины; 2) секторные – высота сектора меньше его ширины; 3) одношарошечные – элементы вооружения размещены на поверхности сферической шарошки; 4) дисковые – элементы вооружения размещены на цилиндрических поверхностях дисков. По материалу элементов вооружения, которыми оснащены долота: 1) твердосплавными резцами или зубками (типы МСЗ, С и СЗ); 2) синтетическими (искусственными) алмазами (типы С и СТ); 3) натуральными (естественными) алмазами (типы С, СТ и Т); 4) зубками ИСМ (типы МС, С, СТ). Конструктивные особенности режуще-истирающих долот удобнее рассматривать согласно второй классификации. Наи- большее распространение получили долота с твердосплавным вооружением в лопастном и одношарошечном исполнении. ЛОПАСТНЫЕ ДОЛОТА РЕЖУЩЕ-ИСТИРАЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ С ТВЕРДОСПЛАВНЫМ ВООРУЖЕНИЕМ Эти долота изготавливаются двух типов (МСЗ и С) для разбуривания соответственно мягких абразивных (слабосцементированные песчаники и алевролиты) и средней твердости неабразивных горных пород (глинистые сланцы, аргиллиты, гипсы). Долота типа МСЗ выполняются трехлопастными диаметрами от 190,5 до 269,9 мм, а долота типа С – шестилопастными диаметрами от 76 до 269,9 мм. В технической литературе долота режуще-истирающего действия первоначально называли истирающе-режущими (ИР-действия) Однако основной процесс разрушения этими долотами – резание и микрорезание горной породы, а истирание является сопутствующим процессом. Поэтому термин «режущее» вынесен на первое место. Принципиальное отличие этих долот от долот РС-действия – прерывистое (гребенчатое) выполнение режущей кромки для обеспечения более высокого давления вооружения на забой и улучшения охлаждения режущих элементов промывочной жидкостью. Это достигается установкой в стальные лопасти штырей из твердого сплава ВК8-В со значительным вылетом над телом лопасти (рис. 4.6). Армирование боковых граней штырями такое же, как и у долот РС-действия. После установки штырей передняя и боковые грани лопастей наплавляются твердым сплавом (рис. 5 12, а, б, в). Из сопоставления рис. 5 12 и рис. 4.1 видно, что долота режуще-истирающие отличаются от долот режуще-скалывающих выполнением лопастей со скосом, который обусловлен особенностью установки элементов вооружения. Трехлопастные долота оснащены одной полной (см. рис. 5 12, а) и двумя укороченными по радиусу (см. рис. 5 12, б) лопастями. Шестилопастные долота оснащены тремя такими же лопастями, как и трехлопастные долота, и дополнительно тремя калибрующими лопастями (см. рис. 5 12, б), не контактирующими с за- боем. Вид снизу шестилопастного долота показан на рис. 4.6,г, из которого видно, что для повышения запаса вооружения на периферии лопастей твердосплавные штыри (зубки) установлены в два ряда, а далее к центру долота в один ряд. Такая конструкция долота позволила обеспечить высокое давление вооружения на забой при сравнительно равномерном распределении износа по радиусу, высокую калибрующую способность и практически круглое сечение скважины. Режуще-истирающие долота выполняются как с обычной, так и с гидромониторной системами промывки. Расположение промывочных каналов показано на рис. 4.6, в, г. Для уменьшения сопротивления горных пород разрушению по мере удаления от центра скважины к периферии был разработан и испытан ряд конструкций ступенчатых долот, в которых использовался эффект снижения сопротивления разрушению при расширении скважины, образованной идущей впереди ступенью. К недостаткам ступенчатых долот относятся худшие усло- вия очистки забоя от шлама и охлаждения вооружения промывочной жидкостью по сравнению с рассмотренными выше конструкциями.  Рис 5.12.Особенности конструкции лопастного режуще- истирающего долота 1.-корпус. 2.-лопасть. 3.-твердосплавный штырь( зуб ). 4.-наплавка твердого сплава. 5.-промывочное отверстие. . ДОЛОТА ИСМ Эти долота для горных пород средней твердости и твердых готовятся в секторном исполнении. Одна из конструкций долота ИСМ приведена на рис. 5.13, г. Корпус долота состоит из стальных головки 1 и переводника 2. Зубки 4 запрессованы в сектора 7, выполненные на головке фрезе- рованием. В цилиндрических поверхностях секторов запрессованы калибрующие цилиндрические вставки. Система промывки обычная и представлена каналами 5.Вооружение секторных долот ИСМ разрушает горную породу микрорезанием и истиранием обнажающимися в процессе работы алмазными зернами. Обнажение происходит в результате опережающего износа твердосплавной составляющей «Славутича». При этом вылет алмазных зерен составляет 0,04–0,10 мм. Такое разрушение, как и в случае секторных алмазных долот, обусловливает весьма малую механическую скорость бурения (0,5–1,5 м/ ч). Долота предназначены для разбуривания горных пород от средней твердости до твердых, а поэтому в их шифре указывается тип вооружения, например, ИСМ 163,5Т или УИСМ 242,1С. Буква У впереди шифра означает, что долото изготовлено на Дрогобычском долотном заводе. Выпускаемые типы долот ИСМ диаметром от 163,5 до 391,3 мм, Долота предназначены, в основном, для разбуривания малоабразивных высокопластичных горных пород и только долота типа Т могут работать в горных породах средней абразивности. Долота ИСМ в два-три раза дешевле алмазных, менее чувствительны к динамическим нагрузкам и неоднородностям в горных породах; они не требуют специальной подготовки ствола и забоя скважины перед спуском. Эти преимущества позволяют долотам ИСМ успешно конкурировать с алмазными и другими долотами при бурении на больших глубинах (более 2500 м). На малых глубинах из-за низкой механической скорости бурения долота ИСМ применять нецелесооб- разно. Долота ИСМ изнашиваются, как правило, неравномерно с образованием кольцевой выработки на рабочей поверхности или ступени опережающего износа на периферии долота. Признаком отказа долота является падение механической скорости бурения. Механизм такого изнашивания до конца неясен. Это может быть следствием неравномерной интенсивности нагрузки на вооружение, а также недостаточного охлаждения соответствующего вооружения.  Рис 5.13.Секторные режуще-истирающие долота Контрольные вопросы.
вооружением.
Практическое занятие №6. Тема: 1 Породоразрушающий буровой инструмент. Цель работы: Изучение ПБИ дробяще-скалывающего.действия(шарошечных) Оборудование: Долота, ГТН Ход выполнения работы: 1.Краткое объяснение преподавателем общих сведений о ПБИ.ДС действия 2.Самостоятельное чтение материала №6. 3.Изучение конструкции долот на макетах и образцах. 4.Самостоятельное заполнение таблицы. Теоретический материал 6:  Рис6.1 Классификация шарошечных долот Основной объем бурения на нефть и газ ведется шарошечными долотами, которые изготавливаются 1-го класса для неабразивных горных пород типа М, МС,С, СТ и Т и 2-го класса для абразивных горных пород типов типов МЗ, МСЗ, СЗ,ТЗ, ТКЗ, К и ОК. При разбуривании горных пород средней абразивности долота 1-го и 2-го класса являются конкурирующими, но предпочтение отдается долотам 2-го класса. Измерение твердости горных пород может быть выполнено в МПа, а также в условных единицах категориях. Классификация горных пород (по Л.А. Шрейнеру)
Под твердостью горной породы понимается ее способность оказывать сопротивление прониканию в нее (внедрению) инородного тела. Классификационная шкала твердости горных пород включает в себя 12 категорий твердости(табл.). Под абразивностью горной породы понимается ее способность изнашивать контактирующий с ней породоразрушающий инструмент в процессе их взаимодействия. Классификационная шкала абразивности горных пород включает в себя 12 категорий бразивности (табл. ). Таблица. Классификация горных пород.
Области применимости долот по твердости горных пород
Приведены типы долот по кодуМАБП (code IADC). 2 По конструкции шарошечные долота делятся на: 2.1. По количеству шарошек: одношарошечные, двухшарошечные, трехшарошечные 2.2 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. 2.3 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). .В соответствии с ГОСТ 20692-75 шарошечные долота изготавливаются следующих типов (см. табл. № 6.1.) Таблица №6.1.
* - фрезерованные зубья - выполнены за одно целое с телом шарошки ** - вставные твердосплавные зубки - обычно карбит-вольфрамовые вставки. В зависимости от назначения определяемого литологическим составом физико–механических свойств разбуриваемых горных пород трехшарошечные долота в соответствии с ГОСТ 20692–75 могут изготавливаться тринадцати типов (табл. 6.1.) Одношарошечные долота. . Автором первых одношарошечных долот был американец Зублин Д. Широкой известностью пользовались его долота типа Симплекс. Такое долото отличалось от других тем, что к корпусу прикладывались сменные шарошки восьми типов, предназначенные не только для углубления ствола скважины в мягких вязких и средней твердости породах, но и для расширения ствола скважины, зарезки вторых стволов, фрезерования на забое металлических деталей, выправлении смятых участков обсадных колонн и разбуривания цементных стаканов. Известны также долота Зублина Д., названные дифференциальными. Конструкция современного одношарошечного долота представлена на рисунке 6.1.Корпус 1 с лапой 2 переходит в цапфу 3.  Рисунок 6.1- Общий вид одношарошечного долота с маслонаполненной опорой Промывка забоя производится при помощи отверстия 4 и продольных пазов 5. Главный недостаток одношарошечных долот заключается в низкой механической скорости бурения по сравнению с этим же показателем у трехшарошечных долот. Несмотря на то, что сетка поражения забоя резцами одношарошечного долота существенна, однако на забое часто образуются гребни с неразрушенной породой, называемые также целиками. Целики раздавливаются корпусом шарошки, но в целом эффективность разрушения породы по всей площади забоя низка, поэтому востребованность одношарошечных долот производством мала. В настоящее время на основе одношарошечных долот разработаны маслонаполненные герметизированные расширители типа ОДР и развальцеватели ОРШ, применяемые при установке в скважине профильных перекрывателей ПП216 и ПП216У при ликвидации интенсивных поглощений буровых Двухшарошечные долота Как отмечено нами ранее, первым шарошечным долото с коническими шарошками было двухшарошечное долото, разработанное Г. Хьюзом . Они изготавливаются из двух кованых секций, соединенных электросваркой. Устройство секций в основном аналогично секции трехшарошечного долота, поэтому описываться здесь не будет. Заметим, что лапы и цапфы секций одинаковы, но формы двухконических шарошек несколько отличаются друг от друга (рисунок 6.2). Вершина одной из шарошек, перекрывающей центральную часть забоя, заканчивается лопаткой -1 (для фрезерованного вооружения) или одним штырем (при твердосплавном вооружении). Эта шарошка первая. Второй считается шарошка со срезанной вершиной -2.  Рисунок 3.89 -Двухшарошечные долота Главным конструктивным отличием двухшарошечных долот от трехшарошечных такого же диаметра в том, что в двухшарошечных долот возможно использование шарошек увеличенного диаметра, что является определяющим при формировании силы удара набегающим зубом шарошки. Вторым отличием следует считать лучшую возможность установки гидромониторных устройств без опасения повреждения их зубьями шарошек в периоды появления больших люфтов в опоре. Здесь также имеется в виду Рисунок 6.2 Двухшарошечное долото. Главным конструктивным отличием двухшарошечных долот от трехшарошечных такого же диаметра в том ,что в двухшарошечных долотах возможно использование шарошек увеличенного диаметра, что является опре- деляющем при формировании силы удара набегающим зубом шарошек. Вторым отличием следует считать лучшую возможность установки гидромониторных устройств без опасения повреждения их зубьями шарошек в период появления больших люфтов в опоре. У долот типов М и С шарошки самоочищаются с положительным смещением осей относительно оси долота. Так, у долот II 112М-ГВ величина смещения осей составляет 3 мм, а у долота II 151М-ГВ увеличена до 5 мм. Помимо гидромониторной выпускаются долота с центральной системой промывки. Это долото типа С и К. Все отечественные двухшарошечные долота изготавливаются с открытой опорой. Как правило, опора трехрядная. Основные схемы опоры СЩ С, СЩ О, Щ ЩР и СЩ Щ. 3 3 3 3 В настоящее время двухшарошечные долота выпускаются диаметром 76-151 мм ОАО «Уралбурмаш» и используются при бурении структурно-поисковых скважин на нефть и газ, а также для проходки сейсморазведочных и горнорудных скважин. Попытки производства двухшарошечных долот для нефтяных и газовых скважин диаметром 190,5; 215,9 мм предпринимались неоднократно, однако сравнительные промысловые испытания показали большую эффективность трехшарошечных долот. За рубежом двухшарошечные долота более распространены. Они выпускаются фирмами «Смит Тул», «Рид Тул», «Дрессер индастриз»диаметром от 165,1 до 444,5 мм. Следует отметить то, что почти все зарубежные двухшарошечные долота также имеют открытые опоры, кроме одного. Фирма «Рид Тул» выпускает долото типа HP, имеющее три боковых насадки и одно с увеличенным по диаметру круглым отверстием (вариант асимметричной промывки). Кроме того, опора долота выполнена герметизированной типа АУ, а вооружение долота - в фрезерованном исполнении. . Трех шарошечные долота. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ Шарошечные долота выполняются двух классов и типов от М до ОК как с обычной,так и с гидромониторной системами промывки. Основные элементы шарошечного долота рассмотрим на конкретном примере (рис. 6 14). Шарошечные долота выпускают главным образом в секционном исполнении. Каждая секция включает лапу 1, на цапфе 2 которой с помощью подшипников 3 установлена шарошка 4, имеющая вооружение в виде зубчатых или сплошных венцов 5. Секции соеди- нены между собой сваркой. На верхнем конце сваренных секций (долота) выполняется конус и нарезается присоединительная резьба. Двухрядный шариковый подшипник собран через отверстие, которое закрывается пальцем 6.Шарошечные долота выполняются с обычной и гидромониторной системами промывки. Система промывки долота, показанная на рис. 6 14, является обычной центральной и включает внутреннюю полость долота 7, сужающийся подводящий канал 8 и цилиндрическое промывочное (продувочное) отверстие 9. В долотах для бурения с продувкой воздухом в лапах и цапфе сверлят отверстия 10 и 11 для охлаждения подшипников и защиты их от засорения шламом  Рис 6 14 Конструкция трех шарошечного долота  Рис 6 15 Общии вид секции в сборе с подшипниками долота серии В. . ПРИНЦИП РАБОТЫ ДОЛОТА При перекатывании шарошки с одного элемента вооружения на другой создается дробящий эффект, а при проскальзывании вооружения относительно плоскости забоя создается скалывающий эффект. Обеспечение и регулирование дробящей способности долота рассмотрим в соответствии со схемой на рис. 6 16. При перекатывании шарошек с зуба на зуб происходит вертикальное перемещение корпуса долота и связанного с ним бурильного инструмента.  Рис 6 16 Схема вертикального перемещения долота. 1,2,3 –номера венцов. . СКАЛЫВАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ШАРОШЕК Скалывающая способность шарошек задается их геометрическими параметрами, формой и смещением осей шарошек в плане. На рис. 6 17, а показана шарошка «чистого» качения. Вершина этой шарошки лежит на оси 1 долота, а ось шарошки 2 пересекается с осью долота. Такая шарошка не может создать существенного для разрушения горных пород скалывающего эффекта. Конус 3 называется основным, а конус 4 обратным. На конусе 4 размещено вооружение, калибрующее стенку скважины. Тем не менее, такая шарошка называется одноконусной, т.е. обратный конус в расчет не принимается. Для обеспечения скалывающего эффекта используются три технических приема. Первый – вынос вершины за ось долота на величину f, как показано на рис. 6 17, б. Второй прием – выполнение шарошек многоконусными. На рис. 6 17, в показана трехконусная шарошка. Конус 5 называется первым дополнительным, а конус 6 – вторым дополнительным. Третий прием – смещение осей шарошек в плане на величину k в направлении вращения долота,  Рис 6 17 Формы одноконусноной и трехконусной шарошки. По расположению шарошек относительно друг друга следует различать два вида долот: долота самоочищающимися шарошками, у которых контуры соседних шарошек не пересекаются. Смещение осей.  Рис 6 18 Долото с смешенными осями шарошек.        Практическое занятие №7. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||