Реферат Бурения Стефан Мирчевский. Реферат Дисциплина тема реферата Современные типы породоразрушающих инструментов и их классификация по назначению и по характеру воздействия на горную породу
 Скачать 0.93 Mb.
|
|
РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина Кафедра бурения нефтяных и газовых скважин Реферат Дисциплина: «» Тема реферата: «Современные типы породоразрушающих инструментов и их классификация по назначению и по характеру воздействия на горную породу» Выполнил: студент группы: РБ-19-03 Седек Ибрахим Научный руководитель: к.т.н., доц. Лубяный Д.А. Москва 2021 2 Оглавление Введение ............................................................................................................... 3 1. Основные параметры бурового породоражрушающего инструмента ........ 5 2. Классификация породоразрушающих инструментов .................................. 6 3. Классификация породоразрушающего инструмента по назначению. ........ 7 3.1 Бурение сплошным забоем ......................................................................... 7 3.2 Бурение кольцевым забоем ....................................................................... 10 3.3 Специальное бурение............................................................................. 11 4. Классификация по характеру воздействия на горную породу .................. 15 4.1 Режуще-скалывающее действие (РС) ................................................... 15 4.2 Истирающе-режущего действия (ИР) ................................................... 16 4.3. Дробяще-скалывающего действия (ДС) ................................................. 21 Заключение ......................................................................................................... 23 Список литературы ............................................................................................ 24 3 Введение До июля 2018 г. Россия занимала лидирующее место по добычи нефти в мире, но в августе уступила США, которые на данный момент занимают первую строчку. По данным Минэнерго РФ, Россия в июле 2020 г. сохранила за собой второе место по объёму добычи нефти в мире. В июле 2020 г. Россия добыла 39,677 млн т нефти, что соответствует примерно 9,4 млн барр./сутки. В связи с быстрыми темпами роста мировой экономики и, в частности, экономики России перед работниками нефтяной и газовой промышленности стоит задача – повысить эффективность бурения. Ежегодно в России бурят свыше 5500 скважин. Для бурения скважин в нефтегазовой промышленности производится свыше 60 тыс. породоразрушающих инструментов. Бурение скважин считается самой капиталоёмкой отраслью нефтегазодобывающей промышленности, например: для строительства скважины на суше затрачивается около 8-12 млн. рублей, а на шельфе морей во много раз дороже. Из-за постоянно изменяющихся глубин скважин в сторону увеличения глубины забоя, сложных горно-геологических и природно-климатический условий процесс бурения должен быть осуществлён хорошо подобранным оборудованием. Именно рационально подобранное оборудование способствует эффективности бурения и уменьшение капиталовложений в строительство нефтегазодобывающей скважины. Тема данной работы «Современные типы буровых породоразрушающих инструментов и их классификация по назначению и по характеру воздействия на горную породу» помогает разобраться в правильном применении того или иного породоразрушающего инструмента, что обеспечивает рациональную эксплуатацию нефтегазодобывающей скважины. 4 Цель работы – дать подробное описание типов буровых породоразрушающих инструментов и классифицировать их по назначению и по характеру воздействия на горную породу. Объект исследования – буровые породоразрушающие инструменты в нефтегазодобывающих скважинах. Предмет исследования – классификация буровых породоразрушающих инструментов по назначению и по воздействию на горную породу. Как уже излагалось выше, данная тема остаётся актуальной на протяжении достаточно большого промежутка времени, потому что она тесно связана с мировой экономикой, которая развивается быстрыми темпами. 5 1. Основные параметры бурового породоражрушающего инструмента При бурении нефтегазодобывающих скважин используются породоразрушающие инструменты различных видов. Назначение инструментов заключается в преодолении слоёв, состоящих из твёрдой каменной породы и препятствующих проникновению к продуктивным горизонтам, содержащим нефть и газ. Одним из важнейших параметров для всех типов породоразрушающих инструментов является фактический срок службы данного инструмента. Этот параметр позволяет оценить практическую значимость каждого классификационного подразделения и обозначается в эксплуатационной характеристике как один из важнейших критериев. Именно срок службы, а также стойкость инструмента, его узла и детали определяют в какой горной породе будут производится работы. При увеличении глубины бурения роль этих параметров увеличивается, поэтому использование неверно выбранного инструмента влечёт за собой не только экономические затраты, но и увеличивает время, затрачиваемое на разработку скважины. Ещё один из важных параметров – проходка инструмента, по-другому называемая показателем работы породоразрушающего инструмента. Параметр занимает ведущую позицию при анализе работы и сравнительных испытаниях разных моделей одного типа. 6 2. Классификация породоразрушающих инструментов Современная промышленность производит породоразрушающие инструменты различных видов, конструкций и типов. Для удобства ориентировки в этом многообразии их классифицируют по некоторым признакам: по назначению, характеру взаимодействия с разрушаемой горной породой и конструкции. По назначению: −для бурения сплошным забоем (буровые долота); −для бурения кольцевым забоем (бурильные головки и коронки); −специального назначения (вспомогательные инструменты типов ПЦ, ПР, расширители, долота-фрезеры, инструменты для «зарезки» наклонных стволов, бицентричные долота и т.п.). По характеру (способу) воздействия вооружения на горную породу в процессе её разрушения: −режуще-скалывающего действия (РС) (инструменты лопастные, одношарошечные, PDC); −истирающе-режущего действия (ИР) (инструменты алмазные (классические), ИСМ); −дробяще-скалывающего действия (ДС) (инструменты шарошечные). По конструкции: −опорные 7 −на опоре закреплена шарошка −вращающаяся относительно корпуса часть долота, оснащенная вооружением (все шарошечные долота и шарошечные бурильные головки); −безопорные (с фиксированными резцами) −долото не имеет вращающихся частей (долота и бурильные головки лопастные, алмазные, ИСМ, PDC) 3. Классификация породоразрушающего инструмента по назначению. 3.1 Бурение сплошным забоем Для бурения сплошным забоем используют долота шарошечные и долота лопастные. Лопастные породоразрушающие инструменты состоят из корпуса (1), лопастей (2), промывочных отверстий (3) и присоединительных резьб (4) (рис. 1). В верхней части корпуса нарезается присоединительная резьба, а в нижней части просверливаются сквозные промывочные отверстия для подачи промывочной жидкости на забой. Боковые калибрующие и другие рабочие поверхности лопастей обычно покрывают релитом, чугуном или армируют порошкообразным карбидом вольфрам. 8 Рисунок 1 – Лопастное долото Лопастное долото выпускают пяти разновидностей: 2Л - двухлопастные 3Л – трёхлопастные 3ИР – трёхлопастные истирающе-режущие 6ИР – шестилопастные истирающе-режущие П – пикообразные (однолопастные) 9 Так же в соответствии с их назначением лопастные породоразрушающие инструменты производятся четырёх типов: М, МС, МСЗ и С. Породоразрушающие инструменты разновидностей2Л и 3Л выпускаются двух типов: М и МС. Отличие этих двух типов заключается в том, что в М армирование передней поверхности производится зерновым релитом, а в МС устанавливаются и припаиваются твёрдосплавные победитовые пластины прямоугольной формы. Породоразрушающие инструменты разновидно-сти3ИР относятся к типу МСЗ, а разновидности 6ИР −к типу С. Пикообразные породоразрушающие инструменты изготовляют двух типов: ПЦ – для обнаружения цементных пробок и металлических деталей низа обсадных колонн; ПР – для расширения ствола скважины. Шарошечные породоразрушающие инструменты относятся к группе инструментов дробяще-скалывающего действия, за исключением одношарошечных. В настоящее время шарошечные породоразрушающие инструменты про-изводят в двух-, трех-и многошарошечном исполнении. Свое название они получили по конструктивному элементу −зубчатому катку −шарошке, на которой кольцевыми рядами (венцами) располагаются элементы вооружения (зубцы), разрушающие горную породу. Породоразрушающие инструменты в двух-и трехшарошечном исполнении составляют группу инструментов, разрушающих породу сплошным забоем. Их называют буровыми шарошечными долотами. 10 Рисунок 2 – Общий вид трёхшарошечного долота Шарошечное долото (рис. 2) состоит из шарошки (1), козырька лапы (2), лапы (3), присоединительной резьбы (4), насадочного прилива (5) и насадки (6). Верхняя часть сваренных между собой секций образует корпус. На верхнем конце корпуса нарезается присоединительная резьба. Число секций равно числу шарошек. В шарошечных долотах выделяют: −вооружение долота − совокупность всех зубцов на всех шарошках; −опору долота − совокупность подшипников всех шарошек −совокупность всех промывочных узлов долота 3.2 Бурение кольцевым забоем Бурение кольцевым забоем применяется при геологических исследованиях, разведке и поиске месторождений полезных ископаемых. Средняя глубина скважины составляет 15 - 30 метров при диаметре 7,3 - 27,3 сантиметра. Ударное бурение кольцевым забоем происходит при помощи сбрасывания на отверстие скважины, то есть забивки в грунт - грунтоносов (забивных стаканов). Применяются бурильные головки. Промышленностью выпускаются алмазные (классические) бурильные головки, оснащенные как природными, так и синтетическими алмазами. 11 Рисунок 3 – Общий вид импрегрированной алмазной бурильной головки Шарошечные бурильные головки выполняются с одной, тремя, четырьмя, пятью, шестью, восемью и более рабочими органами. Шарошки в бурильной головке могут быть: −коническими; −одно-, двух-, или трехконусными; −в виде усеченного конуса; −цилиндрическими; −цилиндроконическими; −сферическими; −чечевицеобразными. Число и конструкция подшипников в опоре каждой шарошки также могут быть различными в зависимости, главным образом, от формы исполнения, габаритных размеров шарошки и бурильной головки. Лопастные бурильные головки предназначены для отбора керна в мягких порода роторным способом в комплекте с не съемным керноприемником. 3.3 Специальное бурение 12 При специальном бурении применяют вспомогательные инструменты типов ПЦ, ПР, расширители, долота-фрезеры, инструменты для «зарезки» наклонных стволов, бицентричные долота и т.п. Бицентричные долота. Особенностью бицентричных долот заключается в том, что при бурении они образуют новый ствол большего диаметра, чем проходной ствол. Рисунок 4 – Общий вид бицентричного долота 13 Рисунок 5 - Схема буренияскважины бицентричным долотом Бицентричные долота используют при бурении вторых стволов, при необходимости намывки гравийных фильтров в зоне продуктивного пласта. В последние годы буровые долота PDC получили широкое применение во всем мире, в том числеи в Рос-сии за счет их высокой стойкости (тысячи метров на долото) и высокихмеханических скоростей бурения. На сегодня в Россиии меется шесть производителей породоразрушающих инструментов PDC: ООО «Азимут», ООО НПП «Буринтех», ОАО НПП «Бурсервис», ОАО «Волга-бурмаш», ЗАО «Проммашсервис», СП ЗАО «Удол», что указвает на повышенный спрос данного инструмента. Фрезерные долота имеют высокую прочность, износостойкость, но при этом низкую производительность, малую проходку на долото, не пригодны для бурения вязких и мягких пород. Поэтому использование фрезеров специфично, их применяют для проходки твердых участков, а также для разбуривания оставшихся в скважине, в результате аварии, металлических фрагментов бурового инструмента, бетонных пробок и мостов. Фрезерное долото состоит: из корпуса с торцевой частью на которой наплавлен материал большей твердости и специальные штыри или вставки; и замковой резьбы для соединения с бурильной колонной. Существует несколько групп фрезеров: — забойные фрезеры используются для разрушения элементов бурильных колонн, долот, аварийных инструментов; — фрезеры пилотные предназначены для сплошного разрушения прихваченного инструмента с опережающим фрезерованием его внутреннего диаметра; 14 — фрезеры забойно-кольцевые используются для сплошного фрезерования объекта с опережающим фрезерованием кольцевого пространства между объектом и стенками скважины; — фрезеры колонные конусные применяют для восстановления проходимости деформированных обсадных колонн.; — кольцевыми фрезерами обуривают прихваченные или заклиненные трубы и другой инструмент в скважине; — фрезеры специальные калибрующие используются с целью обработки деформированных верхних торцов труб, оставшихся в скважине, для придания им стандартных размеров необходимых для последующего захвата ловителями; — фрезеры-райберы предназначены для прорезания специальных отверстий в обсадной колонне при забуривании нового ствола. Рисунок 6 – Долото-фрезер 15 4. Классификация по характеру воздействия на горную породу 4.1 Режуще-скалывающее действие (РС) При данном воздействии на данную породу применяются одношарошечные долота, лопастные долота, PDC. Одношарошечные долота. Центр сферы располагается в точке пересечения осей. Ось шарошки наклонена под углом 30° к оси долота. Промывка осуществляется через отверстие в корпусе долота. Опора долота гораздо больше, чем в трехшарошечных долотах, и состоит из цапфы и трех подшипников: скольжения, шарикового и шарикового замкового. Одношарошечные долота выпускают диаметрами 138−216 мм. Они предназначены для низкооборотного бурения в породах средней твердости. Поскольку часть зубков при бурении находится в постоянном контакте с породой, серийное одношарошечное долото относится к долотам режуще- скалывающего действия. Рисунок 7 – Общий вид одношарошечного долота с открытой опорой 16 PDC. Долото состоит из корпуса с присоединительной замковой резьбой и рабочей части долота −матрицы с лопастями, оснащенными резцами. В матрице между лопастями в промывочных каналах смонтированы гидромониторные промывочные узлы. Резцы долот PDC двухкомпонентные. Тело резца состоит из прессованного карбида вольфрама. Рабочая кромка резца упрочнена поликристаллическими синтетическими алмазами толщиной 0,5−0,7 мм. Упрочнение резцов поликристаллическими алмазами повышает износостойкость резцов, а наличие карбидоволь-фрамового тела (подкладки) увеличивает пластичность резцов в целом. Рисунок 8 – Общий вид долота PDC 4.2 Истирающе-режущего действия (ИР) Применяются инструменты алмазные (классические), ИСМ. Главной особенностью алмазных (классических) долот является наличие в них алмазных режущих элементов (натуральных или искусственных алмазов). В буровых долотах обычно используют наименее 17 ценную разновид-ность натуральных алмазов −борт, баллас и карбонадо. В производстве долот используют только карбонадо (бразильские технические алмазы) или черные алмазы. Перед использованием в буровых долотах природные алмазы обычно окатывают путем трения алмаза об алмаз. В результате такой обработки получают более прочные овализованные алмазы, подверженные раскалыванию в меньшей мере, чем остроугольные. Искусственные (синтетические) алмазы по прочности близки к естественным алмазам. Технические показатели алмазных долот во многом зависят от качества и размеров алмазов. Качество алмазов определяют группой и категорией. К высшим группе и категории относятся крупные алмазы диаметром2−3 мм (от 3 до 12 зерен на карат) и мелкие (до 1000 зерен на карат). Карат равен 0,2 г. Рисунок 9 - Схемы конструкций алмазных (классических) долот различных типов (а, б) и профили рабочих поверхностей (в, г, д): а−спирального; б−радиального; в−гладкий профиль (ДР, ДС, ДЛС); г−система крупных торовидных профилей (ДК, ДИ, ДУ); д−система мелких 18 торовидных профилей (ДР, ДИ); 1−стальной корпус; 2−твердосплавная матрица По форме и направлению пазов, промывочных каналов, рабочих органов и всей рабочей части выделяют алмазные долота двух типов, производимых в России: долота спиральные (ДС) (см. рис. 9, а) и радиальные (ДР) (см. рис. 9, б). По размещению алмазов в матрице различают долота с поверхностной вставкой алмазов (однослойные) и импрегнированные. Долота с поверхностной вставкой алмазов получают при однослойной укладке относительно крупных алмазов в специальную огнеупорную форму, а импрегнированные −равномерным перемешиванием мелких и невысокого качества алмазов в поверхностном слое толщиной от 6 до 10 мм. Диаметры алмазных долот несколько (примерно на 2мм) меньше диаметров шарошечных долот. По профилю рабочих поверхностей алмазные долота подразделяются на: −долота с системой мелких торовидных выступов (ДР, ДИ) (см. рис. 9, д); −долота с системой крупных торовидных выступов (ДК, ДИ, ДУ) (см. рис. 9, г); −долота с гладким профилем рабочих поверхностей (ДР, ДО, ДЛС) (см. рис. 9, в). По способу армирования изготавливаются алмазные долота трех модификаций: −однослойные долота (ДЛ, ДР); −импрегнированные долота (ДИ, ДКСИ); 19 −комбинированные долота с однослойным и импрегнированным армированием (ДУ, ДУС). ИСМ. Стальной корпус с присоединительной замковой резьбой на торцовой профильной рабочей поверхности и калибрующей поверхности имеет вставки из сверхтвердого материала «Славутич», обладающего высокой износостойкостью. Вылет вставок над рабочей поверхностью корпуса составляет 3−5 мм. На калибрующей поверхности вставки утоплены, т.е. их вылет равен 0. Для оснащения долот применяют цилиндрические вставки диаметром 8−12 мм с плоскими, полусферическими и клиновыми рабочими торцами. Рабочие элементы крепятся к стальному корпусу методом пайки. На обратном конусе вставки размещены по спирали, на его поверхности проточена спиральная канавка для дополнительной циркуляции бурового раствора, выноса шлама и охлаждения вставок. Буровой раствор из промывочных отверстий поступает в основные и дополнительные промывочные каналы. Основные промывочные каналы делят всю рабочую и калибрующую поверхность долота на секторы. Долота ИСМ могут быть как с обычной промывкой (отверстия без насадок), так и гидромониторными (с насадками). При этом насадки изготавливаются из твердого сплава согласно ТУ 88 УССР ИСМ-472−75 и ГОСТ 3882−74. Их форма обычно такая же, как и форма насадок для шарошечных долот. Долота ИСМ с обычной промывкой используют, как правило, при турбинном бурении, а гидромониторные −при роторном способе бурения. Форма рабочей поверхности вставок марки «Славутич» и количество вставок определяются физико-механическими свойствами горных пород. Долота ИСМ выпускаются трех разновидностей: режущие, торцовые и истирающие. Форма рабочей части лопасти может быть либо выпуклой, либо выпукло-вогнутой. 20 Торцовые долота ИСМ предназначены для забуривания нового ствола при бурении направленных скважин, а также для ликвидации аварий. Кроме того, они применяются в среднемягких горных породах. Истирающие долота ИСМ предназначены для бурения мягких и средних малоабразивных пород. Они могут быть либо радиальными, либо секторными. Первая конструкция применяется для турбинного бурения, вторая −для роторного и турбинного. Секторные долота имеют комбинированное вооружение. Их наружный ступенчатый корпус оснащен вставками с клиновидной рабочей головкой, а внутренний −вставками с круглой рабочей головкой. Такое вооружение применяется в долотах, предназначенных для бурения пород перемежающейся твердости. Рисунок 10 - Общий вид долота ИСМ радиального тип 21 Рисунок 11 - Общий вид долота ИСМ торцового типа Рисунок 12 - Общий вид долота ИСМ секторного типа 4.3. Дробяще-скалывающего действия (ДС) Шарошечными буровыми долотами осуществляется большей частью общего объёма бурения нефтяных, газовых и взрывных скважин. Шарошечное буровое долото (или бурильная головка для колонкового бурения) состоит из (одной, двух, трёх, четырёх или шести конических) сферических или цилиндрических шарошек, смонтированных на подшипниках качения или 22 скольжения (или их комбинации) на цапфах секций бурового долота. Основная разновидность шарошечных долот для сплошного бурения — трёхшарошечное долото, при бурении глубоких скважин получило распространение также одношарошечное буровое долото. В зависимости от конструкции корпуса шарошечные буровые долота разделяют на секционные и корпусные. В секционных корпус сваривается из отдельных (двух, трёх или четырёх) секций (лап), на цапфах которых монтируются шарошки; в корпусных — корпус литой, к нему привариваются лапы со смонтированными на их цапфах шарошками. Для присоединения буровых долот к бурильной колонне у секционных долот предусматривается наружная конусная резьба (ниппель), у корпусных — внутренняя конусная резьба (муфта). В СССР выпускаются 13 типов шарошечных долот сплошного бурения диаметрами 46-508 мм (ГОСТ 20692-75). Типы буровых долот дробяще-скалывающего действия: М — для бурения мягких пород, МЗ — мягких абразивных пород, MC — пород мягких с пропластками средней твёрдости, МСЗ — мягких абразивных пород с пропластками средней твёрдости, С — пород средней твёрдости, СЗ — абразивных пород средней твёрдости, CT — пород средней твёрдости с пропластками твёрдых. Породоразрушающим элементом (вооружением) шарошечных буровых долот служат фрезерованные зубья или запрессованные твердосплавные зубки и комбинации зубьев с зубками на поверхности шарошек. 23 Заключение В данной работе мы рассмотрели виды породоразрушающих инструментов при бурении скважин. Их конструкции, а также дали характеристику по назначению и воздействию на горные породы. Установлена зависимость исполнения элементов долот и условий бурения, для которых эти долота предназначаются, а также механизмы разрушения горной породы. 24 Список литературы 1. Волик Д.А. Буровые породоразрушающие инструменты. Учебное пособие РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина. М. 2014г. 2. ГОСТ 20692 -03. Долота шарошечные. Типы и основные размеры 3. Долота с фиксированными алмазосодержащими резцами. Международный транслятор-справочник: Международная инженерная энциклопедия. Серия «Нефтегазовая техника и технология» Под редакцией проф. В. Я. Кершенбаума М.:,-ООО «Национальный институт нефти и газа».Издательство«Нефть и газ», 2011, - 452с |