Типы долота. При бурении нефтяных, газовых и прочих скважин основным способом. Устройство шарошки в трехшарошечном долоте с твердосплавным вооружением
 Скачать 10.42 Kb.
|
|
При бурении нефтяных, газовых и прочих скважин основным способом разрушения горных пород является механический. Существует несколько видов бурения: сплошное, колонковое, бурение для расширения ствола скважины, для выполнения в скважине спецработ и др. Неотъемлемая часть технологии – использование буровых долот, или искусственно отлитых из металла матриц, на которые монтируются дополнительные детали, такие как шарошки, режущие пластины, зубцы и т. д. Условно долота можно разделить по назначению: для бурения крепких пород, твердых, средней твердости и долота, рассчитанные на бурение мягких пластов. До 90% всех буровых работ как в России, так и за рубежом в настоящее время выполняется с помощью шарошечных долот. Такое долото разрушает породы дробяще-скалывающим методом, используемым в технологии вращательного бурения. Вооружением долота являются шарошки, которые оснащены стальными и/ или твердосплавными зубьями различной длины и конфигурации либо впрессованными в шарошку штырями из спекаемого карбидовольфрамового порошка – очень твердого материала. В качестве режущих элементов вооружения долот используют также сплавы из никеля, вольфрама, титана, причем видов твердых сплавов очень много. Устройство шарошки в трехшарошечном долоте с твердосплавным вооружением Устройство шарошки в трехшарошечном долоте с твердосплавным вооружением Кинематика работы шарошки заключается в том, что при вращении долота шарошка совершает сложное перемещение, участвуя в относительном движении вокруг собственной оси и во вращательном движении вокруг оси долота. При сложении двух вращательных движений шарошка совершает поворот вокруг некоторой мгновенной оси. В зависимости от положения этой мгновенной оси меняется и характер взаимодействия зубца с породой. При перекатывании шарошки по забою передача нагрузки на породу носит кратковременный характер, и это уменьшает износ долота. А возникающие при этом динамические нагрузки способствуют интенсивному разрушению породы. Большое число породоразрушающих зубьев, установленных в шарошке, обеспечивают равномерное распределение нагрузки в инструменте, и при незначительной площади контакта шарошки с породой на последнюю воздействует высокое удельное давление. Наибольшее распространение в бурильной отрасли получили трехшарошечные долота, хотя производятся и одно-, и двухшарошечные. Популярность шарошечные долота получили благодаря универсальности, хорошей управляемости, особенно при бурении наклонных участков, а также низкой цене. Но при этом шарошечные долота работают с низким крутящим моментом, за счет чего скорость проходки невысокая, а плохая износостойкость, во-первых, заставляет достаточно часто извлекать долото из скважины для замены, а во-вторых, за счет износа вооружения долота диаметр скважины уменьшается с увеличением глубины, и после шарошечного бурения приходится калибровать ствол скважины, например, алмазным долотом. Еще один распространенный вид буровых долот – лопастные. Наиболее часто применяются они для того, чтобы в короткое время разбуривать мягкие и средние по твердости породы. Долотами этого типа пользуются в том числе и при бурении скважин на воду. Лопастные долота имеют более простую конструкцию, чем шарошечные, и себестоимость их изготовления дешевле. Но режущие элементы долот постоянно находятся в контакте с породой, и в связи с этим лопастные долота изнашиваются намного быстрее шарошечных. В настоящее время применяются лопастные долота Ø76–445 мм пяти видов: однолопастные пикообразные (П), двухлопастные (2А), трехлопастные (3А), трехлопастные истирающе-режущие (ЗИР) и шестилопастные (6ИР).Конструкция фрезерных долот еще проще, чем устройство лопастных. Фрезерные представляют собой корпус, в торцевой части которого закреплены специальные штыри или твердосплавные вставки, а на всю торцовую часть нанесен слой металла высокой твердости. Такой вид долот предназначен для выполнения нестандартных задач: фрезерные долота применяют, когда необходимо пройти участок в особо твердых пластах, также они незаменимы при удалении оставшихся в стволе скважины после аварии металлических фрагментов бурового инструмента. Для традиционных видов бурения этот инструмент не очень подходит, поскольку скорость проходки очень мала, к тому же фрезерные долота неэффективны при бурении вязких и мягких пород. Алмазные долота, которые еще называют секторными, применяются для разрушения неабразивных пород средней и высокой твердости. Рабочим органом этого инструмента является основание с поликристаллическими композитными вставками. Если основание используется стальное, то поликристаллические алмазы монтируются в основание с помощью пайки, если же основанием является порошковая матрица, то алмазы внедряются в материал матрицы по специальной технологии. У алмазных долот много положительных эксплуатационных качеств, а именно: они формируют при бурении геометрически круглый ствол скважины, в отличие от ствола треугольной формы со скругленными вершинами, получаемого после бурения шарошечными долотами. Поверхность стенок ствола при «алмазном» бурении получается очень гладкой, а кроме того, алмазные долота отличаются износостойкостью. К тому же отсутствие в конструкции подвижных частей также увеличивает надежность алмазного инструмента. Но есть и негативные факторы. Во-первых, это высокая цена алмазного долота. Во-вторых, эти долота не работают с абразивными породами, а значит, имеют довольно ограниченную область применения. «Минусом» инструмента является и то, что ствол скважины перед бурением алмазным долотом необходимо специально готовить, в частности предварительно пройти шарошечным долотом, а это не всегда удобно. Разновидностью алмазных долот являются PDC-долота (Polycrystalline Diamond Cutter Bits). Особенностью этого инструмента, изготовленного по новейшей технологии в отрасли, является то, что долота изготавливаются из высококачественной стали и армируются алмазными поликристаллическими резцами. PDC-долота бывают шарошечными, лопастными, фрезерными. Размер и количество резцов зависит от числа лопастей или шарошек, а также диаметра долота. Долота PDC, обладающие высокой износостойкостью, демонстрируют скорость проходки, превышающую в 2–3 раза скорость, достигаемую обычными шарошечными долотами. Универсальность этих долот позволяет с их помощью бурить скважины для добычи нефти и газа, для снабжения населения водой или делать геотермальные скважины для работы тепловых насосов. Лидерами в области разработки и производства бурового инструмента для нефтегазового комплекса страны сегодня являются российские компании АО «Волгабурмаш» и НПП «Буринтех». Эти крупные предприятия ориентируются на обеспечение шарошечными долотами и долотами с фиксированной головкой, в том числе и алмазными, нефтегазовой отрасли, а это означает, что весь производимый этими предприятиями инструмент должен отвечать ряду специальных требований. Ведь долота обеспечивают бурение скважин глубиной до 6000 м и участвуют в очень сложных технологических процессах, таких как шельфовое бурение или бурение в эксплозивных условиях. Интенсивность буровых работы в этом секторе экономики обязывает поставлять инструмент особой надежности, и это требование находит отражение в усиленных деталях конструкций поставляемого инструмента. Кроме того, в шарошечных долотах опорный подшипник должен быть герметически защищен, поэтому на все долота этого типа устанавливают дополнительные уплотнения. Бурильный инструмент оснащается фрезерным и твердосплавным вооружением. Производятся долота как для бурения сплошным забоем, так и бицентричные, у которых бурение совмещается с расширением диаметра ствола скважины. |