ванкорское месторождение. Выбор разрушающего инструмента для вскрытия терригенных отложений содержит 87 страниц, 34 рисунка, 13 таблиц, использованных источников 39
 Скачать 2.19 Mb.
|
|
ШАРОШЕЧНЫЕ ДОЛОТА 4.1 Конструкция шарошечного долота Шарошечное долото - породоразрушающий инструмент, у которого основным рабочим органом является шарошка — стальная конусообразная деталь, свободно посаженная на ось и несущая на своей поверхности зубцы, штыри. Оно представляет собой своеобразный механизм, у которого вращение его корпуса преобразуется во вращательное движение шарошек вокруг их оси, в результате чего происходит поражение забоя зубцами, периодически вступающими с ним в контакт. [5] Основные конструктивные элементы представлены на рисунке 4.1.1: 1 – лапа; 2 – цапфа; 3- подшипник; 4 – шарошка; 5 – зубчатый венец; 6 – палец; 7 – внутренняя полость долота; 8 – цилиндрическое промывочное (продувочное) отверстие; 10, 11 – отверстия для охлаждения подшипников и защиты от засорения шламом Рисунок 4.1.1 - Конструкция трехшарошечного долота Непосредственное влияние на процесс разрушения горной породы оказывают следующие конструктивные параметры долота: 19 смещение осей шарошек – горизонтальное смещение продолжения оси шарошки от центра долота (представлено на рисунок 4.1.2): чем меньше, тем на более твердые породы рассчитано долото; угол наклона осей шарошек: в западных странах это – угол между линией перпендикулярной к оси шарошки и вертикальной осью долота (представлен на рисунке 4.1.3), в России подразумевается угол между самой осью шарошки и вертикальной осью долота; угол конусной поверхности шарошек ( представлен на рисунке 4.1.4). Рисунок 4.1.2 – Смещение осей шарошек 20 Рисунок 4.1.2 – Угол наклона шарошки Рисунок 4.1.4 – Геометрия конуса шарошек 4.2 Классификация ВНИИБТ На рисунке 4.3.2 приведена схема классификации шарошечных долот в соответствии со стандартами ВНИИБТ. В таблице 2.1 приведено соответствие типов и областей применения шарошечных долот исполнениям шарошек. 21 Области рационального применения, указанных в таблице 4.2.1 типов шарошечных долот, сведены в таблицу 4.2.2. [6] Рисунок 4.1.1 – Схема классификации шарошечных долот Таблица 4.2.1 – Типы и области применения долот с фрезерованными зубьями и вставными твердосплавными зубками Тип Область применения Исполнение М Бурение мягких пород С фрезерованными зубьями МЗ Бурение мягких абразивных пород Со вставными твердосплавными зубками МС Бурение мягких пород с пропластками пород средней твердости С фрезерованными зубьями МСЗ Бурение мягких абразивных пород с пропластками пород средней твердости С фрезерованными зубьями и вставными зубками С Бурение пород средней твердости С фрезерованными зубьями СЗ Бурение абразивных пород средней твердости Со вставными зубками СТ Бурение пород средней твердости с пропластками твердых пород С фрезерованными зубьями Т Бурение твердых пород С фрезерованными зубьями ТЗ Бурение твердых абразивных пород Со вставными зубками ТК Бурение твердых пород с пропластками крепких пород С фрезерованными зубьями и вставными зубками ТКЗ Бурение твердых абразивных пород с пропластками крепких пород Со вставными зубками 22 Окончание таблицы 4.2.1 Тип Область применения Исполнение К Бурение крепких пород Со вставными зубками ОК Бурение очень крепких пород Со вставными зубками Таблица 4.2.2 – Области рационального применения разных типов шарошечных долот для глубокого бурения Тип долота Горные породы, при разбуривании которых эффективен этот тип долота М Глины серые и темно-серые, плотные, тонкослоистые, слоистые и неслоистые, оскольчатые, известковистые и неизвестковистые, часто песчанистые и слюдистые, иногда с пиритом и конкрециями сидеритов, с пачками и прослоями песков, алевролитов и песчаников тонкозернистых, плотных и рыхлых, полимиктовых, глинистых, слюдистых, прослоями доломитизированных мергелей, известняков, иногда слюдистых аргиллитов, местами известковистых и доломитов. Глины с прослоями мелко- и тонкозернистого песка, вулканического пепла, ракушечные известняки, песчаники. МЗ Чередование аргиллитов известковистых и неизвестковистых, местами окремнелых, алевролитов, иногда окварцованных, песчаников мелко- и среднезернистых, кварцевых с известково- ангидритовым цементом, глинистых сланцев. Переслаивание, флишевое чередование глин плотных, известковистых и неизвестковистых, песчанистых, слюдистых, фукоидных, алевролитов и песчаников мелкозернистых, кварцевых, глауконитовых, глинистых, карбонатных и некарбонатных, слюдистых с прослоями мергелей и мергелистых известняков. Чередование глин, песков, песчаников с известково-глинистым цементом. Известняки органогенные, пелитоморфные, массивные, трещиноватые, с прослоями разнозернистых песчаников, кварц- глауконитовых слюдистых глин и алевролитов. МС Глины местами аргиллитоподобные, песчанистые, слюдистые, опоковидные, пиритизированные, аргиллиты слоистые, слюдистые, иногда углистые, с прослоями песчаников разнозернистых, кварцевых, глинистых, конгломератов, сцементированных известково-глинистым материалом, алевролитов неравномерно глинистых, известковистых и известняков. МСЗ Чередование аргиллитов известковистых и неизвестковистых, слюдистых с алевролитами известковистыми и песчаниками, мелкозернистыми, кварцевыми, известковистыми, слабослюдистыми, встречающиеся кремни карбонатизированные. Переслаивание песчаников мелкозернистых и равнозернистых, трещиноватых, кварцевых, иногда глинистых, местами с мелкой галькой, алевролитов тонкослоистых, кварцевых, глинистых, участками пиритизированных и сидеритизированных и аргиллитов плотных, тонкослоистых, оскольчатых, иногда известковистых, местами переходящих в мергель, сидеритизированных, с включением пирита и обуглившихся растительных остатков, встречающиеся известняки мелкокристаллические, глинистые, переходящие в мергель. Пестроцветные глины и алевролиты с прослоями известняков. Алевролиты, аргиллиты, песчаники различного состава с прослоями песчанистых доломитов, реже – глинистых сланцев. Конгломераты разногалечные, местами крупные валунные с прослоями песчаников и глин. Известняки органогенно-обломочные, глинистые, доломитизированные, иногда с включениями кремния, с прослоями доломитов, мергелей, ангидритов, аргиллитов, реже – песчаников. С Переслаивание, флишевое чередование глин, песчаников, песков, алевролитов, реже – аргиллитов, отдельных горизонтов конгломератов и прослоев мергелей. Глины темно-серые до черных и светло- зеленые, обычно плотные, тонкослоистые, иногда грубослоистые и комковатые, фукоидные, опоковидные, аргиллитоподобные, песчанистые, алевритистые, известковистые и неизвестковистые, слюдистые, иногда загипсованные, битуминозные, с гнездами пирита. Песчаники различной плотности, иногда рыхлые, от мелкозернистых до грубозернистых, кварцево-глауконитовые, кварцевые, полимиктовые, часто известковистые и глинистые, иногда с гнездами пирита и битума. Алевролиты плотные и рыхлые, слюдистые, известковистые. Пески слабоуплотненные, мелкозернистые, алевритистые. Аргиллиты слоистые, сланцеватые, известковистые и неизвестковистые. Мергели песчанистые, местами глинистые. Конгломераты разногалечные, местами крупновалунные. Известняки и доломиты пелитоморфные, мелкокристаллические, стилолитизированные, местами брекчиевидные, трещиноватые, кавернозные. 23 Окончание таблицы 4.2.2 Тип долота Горные породы, при разбуривании которых эффективен этот тип долота С Переслаивание, флишевое чередование глин, песчаников, песков, алевролитов, реже – аргиллитов, отдельных горизонтов конгломератов и прослоев мергелей. Глины темно-серые до черных и светло- зеленые, обычно плотные, тонкослоистые, иногда грубослоистые и комковатые, фукоидные, опоковидные, аргиллитоподобные, песчанистые, алевритистые, известковистые и неизвестковистые, слюдистые, иногда загипсованные, битуминозные, с гнездами пирита. Песчаники различной плотности, иногда рыхлые, от мелкозернистых до грубозернистых, кварцево-глауконитовые, кварцевые, полимиктовые, часто известковистые и глинистые, иногда с гнездами пирита и битума. Алевролиты плотные и рыхлые, слюдистые, известковистые. Пески слабоуплотненные, мелкозернистые, алевритистые. Аргиллиты слоистые, сланцеватые, известковистые и неизвестковистые. Мергели песчанистые, местами глинистые. Конгломераты разногалечные, местами крупновалунные. Известняки и доломиты пелитоморфные, мелкокристаллические, стилолитизированные, местами брекчиевидные, трещиноватые, кавернозные, глинистые, иногда слабодоломитизированные, с прослоями глин и аргиллитов, ракушечные известняки, мел писчий, рыхлый. Каменная соль крупнокристаллическая с прослоями глин, ангидритов, доломитов, известняков. СЗ Переслаивание глин плотных, слоистых, иногда аргиллитоподобных, в различной степени песчанистых, известковистых, часто загипсованных, с включениями гипса и ангидрита, с песчаниками от мелко- до крупнозернистых, кварцевыми полимиктовыми, слюдистыми, известковистыми, глинистыми, аргиллитами слюдистыми, иногда окремнелыми, алевролитами кварцевыми, песчанистыми, слюдистыми, известковистыми. Прослои конгломератов, глинистых сланцев, роговиков, мергелей, туффиты. СТ Известняки и доломиты мелкозернистые и разнозернистые, иногда брекчиевидные, массивные, часто мелкокавернозные и трещиноватые, неравномерно глинистые, участками окремнелые, доломиты часто известковистые. Переслаивание глин алевритистых, часто сильно загипсованных, алевролитов, песчаников средне- и крупнозернистых, кварцевых, слабосцементированных, аргиллитов, тонкоплитчатых, известковистых, ангидритов кристаллических, гипсов, мергелей. Соль каменная крупнокристаллическая, с прослоями глин, мергелей, ангидритов, доломитов. Т Известняки и доломиты. Известняки органогенно-обломочные, обломочные, мелко-тонкозернистые, пелитоморфные, местами перекристаллизованные, массивные, трещиноватые, мелкокавернозные, часто доломитизированные, в различной степени окремнелые, изредка пиритизированные, с прослоями глин и включениями ангидритов и гипсов. Доломиты мелко- и тонкозернистые и пелитоморфные, плотные и неравномернопористые, иногда массивные, прослоями мелкокавернозные, трещиноватые, изредка глинистые, ангидритизированные, загипсованные, с включениями ангидрита и кремния. Переслаивание глин и глинистых сланцев песчанистых, слюдистых, алевролитов кварцевых, глинистых, углистых, песчаников мелко- и крупнозернистых, иногда пористых, кварцевых, полимиктовых, слюдистых, углистых, встречаются конгломераты и гравелиты. ТК Известняки и доломиты. Известняки органогенно-обломочные, пелитоморфные, тонкозернистые, прослоями перекристаллизованные, пористо-кавернозные, часто доломитизированные, окремнелые, ангидритизированные, битуминозные, иногда с прослоями мергелей, горючих сланцев. Доломиты мелко- и тонкозернистые, перекристаллизованные, плотные, неравномерно пористые, иногда массивные, мелкокавернозные, с включениями ангидрита и кремния. Аргиллиты сланцевые, скорлуповатые, алевролиты и песчаники кварцевые, углистые, мелко- и равнозернистые, иногда с прослоями каменного угля и углистых сланцев. ТЗ, ТКЗ Известняки органогенные, органогенно-обломочные, тонкозернистые, пелитоморфные, участками окремнелые, иногда глинисто-битуминозные, доломитизированные, трещиноватые и кавернозные. Доломиты тонкозернистые, участками окремнелые, с включениями гипса, прослои глин тонкослоистых и мергелей. Аргиллиты, иногда окремнелые, алевролиты и песчаники мелкозернистые, кварцевые, глинистые сланцы, роговики, андезиты, андезито-базальты. К, ОК Кварцитовидные песчаники с прожилками кварца. Андезиты, андезито-базальты. Песчаники мелкозернистые, кварцевые с прослоями аргиллитов, известняков. Аргиллиты тонкослоистые, неравномерно алевритистые, углистые с прослоями углей. Алевролиты тонкослоистые, углисто- глинистые. Известняки и доломиты окремнелые. Сланцы углисто-глинистые, филитизированные. 24 4.3 Долота с фрезерованным вооружением В долотах типов «М», «МС», «С» и «Т», предназначенных для разрушения малоабразивных пород, шарошки оснащены фрезерованными зубьями, наплавляемыми зерновым твердым сплавом. Эти зубья различаются по следующим параметрам: - угол заострения; - высота над корпусом шарошки; - величина притупления. Наплавочный материал данных зубьев состоит из композиции зерен твердого сплава, а так же боле мелких частиц карбида вольфрама и наносится на поверхности зуба (боковые, торцевые и поверхности притупления (рисунок 2.7)). Это способствует увеличению стойкости вооружения и долота в целом, обеспечивает высокую механическую скорость бурения за счет длительного сохранения породоразрушающей поверхности фрезерованных зубьев. [7] Рисунок 4.3.1 – Вооружение шарошек долот типов М, МС, С и Т 25 Рисунок 4.3.2 – Фрезерованные зубья шарошек, наплавленные зерновым твердым сплавом В долотах, предназначенных для бурения в мягких породах, высота зубьев и их шаг по венцам максимальны. Соответственно, в долотах для бурения очень крепких пород они – минимальны. Это же правило распространяется и на твердосплавные зубки (описание в разделе 2.4). При проектировании долот с фрезерованным вооружением используются следующие принципы: для бурения мягких пород (типа М) закладывается максимальное смещение осей шарошек относительно оси долота и максимальный угол наклона осей шарошек к оси долота (57°) с целью усиления ударно- сдвигающего воздействия зубьев на породу; 26 для бурения пород средней твердости (типа С) берется среднее смещение осей шарошек и соответствующий угол наклона осей шарошек к оси долота (54°) с целью получения как скалывающего воздействия, так и достаточно высокого ударно-сдвигающего воздействия зубьев на породу. для бурения твердых пород (типа Т) оси шарошек без смещения с целью получения чисто ударного воздействия зуба на породу, что обеспечивает минимальный износ, характерный для «чистого» качения по забою; принцип разношагового расположения зубьев на их венцах, обусловливающий снижение рейкообразования на забое скважины. Существенно повысить стойкость долота, как от износа по диаметру, так и его работы в целом можно путем применения конструктивных решений, таких как, армирование спинок лап фрезерованных долот наплавкой козырька и набегающего ребра зерновым твердым сплавом, запрессовкой твердосплавных зубков или же комбинировать наплавку и запрессовку одновременно, что обеспечит полное перекрытие спинки по высоте. Обратные конусы шарошек с фрезерованными зубьями также наплавляются зерновым твердым сплавом, а по заказу потребителей они армируются вставными твердосплавными зубками с целью повышения износостойкости долота по диаметру (представлены на рисунке 4.3.3). 27 а – с фрезерованным вооружением с наплавкой козырька и набегающего ребра зерновым твердым сплавом; б – с фрезерованным вооружением с наплавкой козырька и набегающего ребра зерновым твердым сплавом и запрессовкой твердосплавных зубков; в – со штыревым вооружением с наплавкой козырька зерновым твердым сплавом и запрессовкой твердосплавных зубков Рисунок 4.3.3 – Долото трехшарошечное 4.4 Долота с твердосплавными вставками В долотах типов «МЗ», «МСЗ», «СЗ», «ТЗ, «К» и «ОК», предназначенных для разрушения абразивных пород, шарошки оснащаются твердосплавными вставными зубками с различной породоразрушающей поверхностью, диаметром, величиной выступания над телом шарошки. В качестве материала для их изготовления применяются твердые сплавы с высокими прочностными свойствами и противоизносными показателями. Формы зубков долот со штыревым твердосплавным вооружением существуют совершенно разные: клиновидные, сферические, конические и др., что обеспечивает возможность обоснованного выбора долот применительно к конкретным геолого-техническим условиям бурения (представлены на рисунке 4.4.2). 28 Рисунок 4.4.1 – Вооружение шарошек долот типов МЗ, МСЗ, СЗ, ТЗ, К и ОК Рисунок 4.4.2 – Зубки различных форм долот со штыревым твердосплавным вооружением 4.5 Гидравлика долот Важнейшей для производительного бурения является гидравлика долота, независимо от его типа. Гидравлика долота выполняет четыре основных функции: - способствует эффективному разрушения пород; - удлиняет эффективную жизнь режущей структуры и подшипников; - снижает вероятность зашламования долота; - позволяет получить максимальную механическую скорость бурения. Для качественной очистки забоя важную роль играет расположение и конструкция промывочных каналов долота. Изготавливаются они в следующих вариациях (с указанием в шифре долота соответствующих букв): 29 - с центральной промывкой (Ц), применяется в основном в долотах малого диаметра – через центральное отверстие в корпусе; - с боковой гидромониторной промывкой (Г) – через боковые отверстия, минуя шарошки, непосредственно на поверхность забоя; на выходе промывочных отверстий устанавливаются сменные насадки-сопла: твердосплавные – для долот серий АУ, НУ и удлиненные из высокостойкого чугуна – для серий ВУ, Н и В; диаметры внутренних отверстий в насадках – от 6,4 до 22,2 мм; - с комбинированной – центральной и боковой промывкой (ЦГ); - с асимметричной промывкой – с двумя боковыми и одной центральной насадками, с образованием на одной из лап значительно увеличенного пространства для восходящего потока бурового раствора. Непосредственно сами насадки можно разделить на 3 категории: стандартные насадки (рисунок 4.5.1, а); удлиненные насадки (рисунок 4.5.1, б); расширяющиеся насадки (диффузоры) (рисунок 4.5.1, в). Рисунок 4.5.1 – Типы насадок Для создания эффективной гидравлики рекомендуется придерживаться следующих рекомендаций: использовать удлиненные насадки и\или удлиненные промывочные узлы (за исключением случаев зашламования долота); в а б |