ванкорское месторождение. Выбор разрушающего инструмента для вскрытия терригенных отложений содержит 87 страниц, 34 рисунка, 13 таблиц, использованных источников 39
 Скачать 2.19 Mb.
|
Опоры шарошек – наиболее ответственные узлы шарошечного долота, стойкость которых чаще всего определяет долговечность долота в целом. Опоры воспринимают радиальные и осевые нагрузки (по отношению к цапфе). Беговые дорожки цапфы и шарошки и тела качения без сепараторов составляют опору шарошки. Помимо подшипников качения опора может включать подшипники скольжения (антифрикционные втулки) и торцевую пяту (антифрикционный диск). Полость опоры заполняется консистентной смазкой. Опоры шарошек в зависимости от типаразмера долот конструируются из различных сочетаний шариковых и роликовых подшипников качения и подшипников скольжения. Шариковые подшипники легче разместить в ограниченных размерах шарошки, они слабо реагируют на возможные перекосы осей шарошек и цапф. Однако из-за проскальзывания шариков по боковым дорожкам эти подшипники быстро нагреваются и требуют интенсивного охлаждения. Роликовые подшипники могут воспринимать большую, чем шариковые подшипники нагрузку, но труднее вписываются в ограниченные размеры шарошек. Они весьма чувствительны к перекосам осей шарошек и цапф и при износе роликов нередко шарошки заклиниваются на цапфах. Подшипники скольжения способны воспринимать наибольшие нагрузки. Однако эффективны они только при невысоких частотах вращения долота, 31 когда трущиеся поверхности шарошек и цапф и соседних подшипников качения сильно не нагреваются. В каждой системе опор обязательно имеется один шариковый подшипник, называемый замковым радиально-упорным подшипником двухстороннего действия. Он удерживает шарошку на цапфе и воспринимает усилия, направленные вдоль и перпендикулярно к оси цапфы. Устанавливается этот подшипник в последнюю очередь, через цилиндрический канал в цапфе, затем в этот канал вставляется стержень (палец) и его наружная часть приваривается к телу цапфы. Подшипники шарошек в процессе бурения смазываются и охлаждаются буровым раствором, проникающим к ним по зазору между основанием шарошки и упорной поверхностью в цапфе. Поэтому в буровой раствор добавляются специальные реагенты, улучшающие его смазочные свойства. В последние годы все большее применение находят долота с герметизированной маслонаполненной опорой, у которых специальная смазка поступает к подшипникам из эластичного баллона имеющемуся в лапе и цапфе каналу. Проникновению буровому раствору в полость такой опоры и утечки смазки препятствует жесткая уплотнительная манжета. Долговечность таких долот при ограниченной частоте оборотов на порядок и более превосходит долговечность долот с открытой опорой. Опоры шарошек изготавливают с различной комбинацией подшипников качения и скольжения, определяющей серию долота. При изготовлении опор только на подшипниках качения в шифр долота вводится буква В. При изготовлении опор с одним радиальным и одним или двумя упорным подшипниками скольжения (при остальных подшипниках качения) в шифр долота вводится буква Н. При изготовлении такого долота с системой маслонаполнения и торцевым резиновым кольцом с тарельчатым поджимающим металлическим каркасом или эластичным радиальным кольцом в шифр долота вводятся буквы НУ. При изготовлении опор на двух или более радиальных подшипниках скольжения с одним или двумя упорными 32 подшипниками скольжения, шариковым (замковым) подшипником, с герметизацией маслонаполненной опоры радиальным резиновым уплотнительным кольцом в шифр долота вводятся буквы АУ. [8] 4.7 Классификация шарошечных долот по коду IADC IADC (International Association of Drilling Contractors) - Международная ассоциация буровых подрядчиков — основана на четырехсимвольном коде, отражающем конструкцию долота и тип горных пород, для бурения которых оно предназначено. Первые три символа – цифровые, четвертый – буквенный. Последовательность цифровых символов определяется как «серия-тип- опора/калибрующая поверхность». Четвертый буквенный символ определяется как «дополнительные характеристики». Первая цифра кода – серия вооружения долота (1-8). Восемь категорий серий вооружения соответствуют общей характеристике горных пород, для бурения которых предназначено долото. Серии от 1 до 3 определяют долота с фрезерованным вооружением, а серии от 4 до 8 – долота с твердосплавным вооружением. Увеличение цифры серии внутри групп означает увеличение твердости пород, для которых предназначено долото. Вторая цифра кода – тип вооружения (1-4). Каждая серия разделена на 4 типа в зависимости от твердости разбуриваемых пород. Тип 1 означает долота для бурения наиболее мягких пород в пределах серии, а тип 4 относится к наиболее твердым породам в пределах серии. Третья цифра (1-7) характеризует конструкцию опоры и наличие (или отсутствие) твердосплавных вставок калибрующих поверхностях шарошек. Категории 8 и 9 – резервные, для возможного использования в будущем. 33 Четвертый буквенный символ кода – «дополнительные характеристики» (необязательный). 16 букв используются для обозначения специальных конструкций вооружения, опор, промывочных устройств и защиты корпусов долот. В случаях, когда конструкция долота имеет более одной из дополнительных характеристик, указывается наиболее существенная из них. [9] Рисунок 4.7.1 – Классификация шарошечных долот по коду IADC 4.8 Описание износа шарошечных долот Рассмотрена методика описания износа шарошечных долот в соответствии со стандартами Международной ассоциации буровых подрядчиков, как наиболее часто применяемая на сегодняшний день и наиболее полно описывающая состояние долота, чем методика ВНИИБТ. Структура системы оценки и описания отработанных шарошечных долот по IADC включает в себя восемь позиций, представленных в таблице 2.4. 34 Таблица 4.8.1 - Описание износа шарошечных долот по IADC Режущая структура Опора Потеря диаметра Примечания Внутренние венцы Наружные венцы Характер износа Место Подшипниковый узел диаметр 1/16 Другой износ Причина подъема I – 1 O – 2 D – 3 L – 4 B – 5 G – 6 O – 7 R – 8 Позиция 1: (I) – внутренние венцы. Описывает состояние режущих элементов (уменьшение высоты вооружения), не касающихся стенок скважины. В ячейку заносится значении в соответствии с линейной шкалой 0-8, описывающей износ режущих элементов (0 – нет износа, 0%; 8 – полный износ, 100%). Позиция 2: (O) – наружные венцы. Описывает состояние режущих элементов (уменьшение высоты вооружения), касающихся стенок скважины. Значение аналогично позиции 1. Позиция 3: (D) – характеристика износа. Используются 2-х буквенные коды для описания основных типов износа режущих структур долота, указанные в таблице 4.8.2. Позиция 4: (L) – местоположение. Используется для описания позиции описываемого износа на режущей структуре долота. Возможные значения: G – калибрующие, касающиеся стенок скважины; N – нос – острые концы шарошек; M – центр – режущие венцы между калибрующими и носом шарошек; A – все венцы; порядковые номера шарошек. Чтобы правильно определить номера шарошек, необходимо иметь ввиду, что как правило шарошка №1 содержит наиболее центральный режущий элемент. Однако, некоторые долота могут иметь одинаковые центральные элементы на шарошках №1 и №3. В этих случаях шарошкой №1 будет та, на которой расстояние между венцами А и Б 35 наибольшее, шарошки №2 и №3 нумеруются по часовой стрелке, глядя на режущую поверхность долота. [10] Таблица 4.8.2 – Коды износа режущих структур долота BC – разрушение шарошки BT – слом режущих элементов BU – зашламование CC – трещины шарошек CD – задиры на шарошках CI – касание шарошек CR – «кернование», потеря носовых вставок вооружения CT – сколы режущих элементов ER – эрозия FC – плоский износ зубков HC – перегрев тв/спл. вставок JD – работа по металлу LC – потеря шарошек LN* – потеря насадки LT – выпадение режущих элементов NO – нет износа OC – эксцентричный износ долота PB* – сжатое долото PN* – забитая насадка RG – закругленные калибрующие SD* – повреждение козырька лапы SS – самозаточка зуба TR – попадание резцов венца (ов) при каждом обороте долота на одно и тоже место на забое WO* – размывы корпуса WT – нормальный износ режущих элементов * Применяется только для описания износа в позиции 7 (O). Позиция 5: (B) – подшипниковые узлы. В графе указывается состояние подшипника и сальника для каждой из трех шарошек. Принимаемые значения: для открытой опоры в качестве оценки применяется линейная шкала от 0 до 8, измеряющая использованную часть жизни подшипника. для герметизированной опоры используются буквенные обозначения: E – рабочий сальник; F – полный износ; N – неопределимо. Для выяснения эффективности элементов герметизированного подшипника необходимо проверить следующее: возможность вращения шарошки; отдача при вращении; скрип сальника; посторонние внутренние звуки; утечка смазки; заострение козырька лапы долота; зашламование; открытые зазоры на соединении с лапой; износ роликов. А конкретно, если подшипник в рабочем состоянии, следует использовать код – «Е»; если вышли из строя и подшипник и сальник необходимо использовать код – «F»; если какая-либо часть подшипника обнажена или потеряна, он уже не эффективен, следует использовать код «F»; рекомендуется использовать код «N» – если нет возможности определить состояние описываемых элементов. 36 Позиция 6: (G) – потеря диаметра. Описывает состояние вооружения только по венцам, касающимся стенок скважины, основываясь на измерениях калибрующим кольцом номинального размера. Износ фиксируется в 1/16 долях дюйма, при этом составляет 2/3 от зазора между калибрующим кольцом и вставками по обратным конусам шарошек – там, где они ближе всего к наружному диаметру. Позиция 7: (О) – другие характеристики износа. Как и в позиции 3 используются коды, приведенные в таблице 2.5. Позиция 8: (R) – причина подъѐма долота. Используются буквенные коды для описания основных причин подъема долота, указанные в таблице 4.8.3. Таблица 4.8.3 – Коды причин подъѐма долота BHA – замена КНБК CM – замена раствора CP – отбор керна DMF – проблемы с ВЗД DP – закупорка бурильных труб DSF – проблемы с бурильной колонной DST – испытания инструмента DTF – проблемы с оборудованием в составе КНБК FM – смена пород HP – проблемы со скважиной HR – предел часов работы долота LIH – оставлено на забое LOG – геофизические работы PP – повышение давления на насосе PR – падение механической скорости. RIG – ремонт буровой TD – расчетная глубина TQ – повышенный момент вращения TW – поломка, откручивание инструмента WC – погодные условия WO – промыв инструмента Грамотное, внимательное и корректное описание износа поможет принять верное решение о дальнейшем неограниченном применении долота, либо об ограничении применения с целью недопущения аварийных ситуаций. [10] 37 5. ДОЛОТА С ФИКСИРОВАННЫМИ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩИМИ РЕЗЦАМИ 5.1 Общие сведения о долотах PDC Долото с фиксированными алмазосодержащими резцами – породоразрушающий инструмент, рабочим органом которого является основание с поликристаллическими композитными вставками. Долота PDC разрушают горную породу с помощью режущего действия в отличии от разрушения породы дроблением, что происходит при использовании трехшарошечных долот. Эти долота были разработаны, в основном, для бурения мягких и средних пород, где раньше использовались трехшарошечные долота. В мягких породах долота с резцами PDC демонстрировали скорость проходки, более чем в три раза превышающую аналогичную скорость при использовании других долот. Это достигается за счет режущего механизма долот PDC и их большей долговечности в связи с отсутствием в их конструкции движущихся частей, которые могут быстро изнашиваться. Количество энергии для удаления одной единицы объема значительно меньше, чем тот же показатель для шарошечных долот и долот, армированных натуральными алмазами. Во время процесса разрушения горной породы резцом PDC, твердосплавное основание, находящиеся сразу за алмазным слоем, изнашивается быстрее, чем поликристаллические алмазы. В результате этого образуется заостренное алмазное лезвие, которое продолжает оставаться острым на протяжении всего ресурса работы резца. Хотя резец PDC показывает прекрасное сопротивление абразивному износу, он очень чувствителен к ударной нагрузке. 38 5.2 Конструкция долот PDC Основные конструктивные элементы отображены на рисунке 5.1: 2. Рисунок 5.2.1 – Конструкция долота PDC В числе основных достоинств долот PDC – отсутствие в их конструкции движущихся частей, высокая износостойкость, самозатачивающее действие резцов и низкая требуемая осевая нагрузка на долото. 39 Конструктивное многообразие долот с фиксированными алмазосодержащими резцами достигается благодаря изменению диаметра резцов и их количества, количества лопастей, профиля долота и материала корпуса. Как будет показано далее, структура вооружения напрямую зависит от профиля долота. Вариации профиля непосредственно влияют на: стабильность работы долота; управление направлением бурения; плотность посадки резцов; долговечность долота; механическую скорость бурения; очистку и охлаждение долота. Более того, проектирование долота – это поиск компромисса между максимальным числом резцов (увеличение срока жизни долота), минимальным количеством лопастей (улучшенная гидравлика и высокая механическая скорость проходки) и наиболее коротким профилем (высокая стабильность долота и улучшенная очистка). Профиль долота PDC делится визуально и технически на несколько элементов (рисунок 5.2.2). Внутренний конус – геометрический центр долота. Нос – активная рабочая зона долота, закругление от конуса. Плечо – зона от точки касательной к наружному закруглению носа до начала резцов по наружному диаметру долота. Наружный диаметр – мягкий переход между плечевой поверхностью и калибрующими резцами. Калибрующие резцы (калибрующая поверхность) – обрабатывают стенки скважины и стабилизируют долото. 40 Рисунок 5.2.2 – Компоненты профиля долота Внутренний конус различается по углу раскрытия от глубокого (90 , рисунок 5.2.3, а) до мелкого (150 , рисунок 5.2.3, б). Глубокий конус имеет следующие преимущества: высокая стабильность долота; повышенное содержание алмазов. Однако появляются недостатки: сложность управления направлением бурения; хуже очистка; снижение агрессивности. Преимущества мелкого конуса: управляемость направлением бурения; улучшение очистки; повышение агрессивности. Недостатки мелкого конуса: снижение стабильности; уменьшение объѐма алмазов. 41 Рисунок 5.2.3 – Внутренний конус долота PDC Конструктивные вариации носа долота заключаются в изменении радиуса носа (рисунок 5.2.5) и/или его расположения, характеризующегося расстоянием до оси долота (рисунок 5.2.6). Главным образом модификация носа долота влияет на изменение распределения нагрузок на резцы (за счѐт увеличения количества резцов на лопасти, либо вовлечения большего количества резцов во взаимодействие с породой). Зависимости изменений такие: Большой радиус (R) создаѐт площадку, достаточную для оптимального распределения нагрузки при бурении крепких и перемежающихся пород (рисунок 5.2.4, а). Короткий (острый) радиус (r) обеспечивает повышение удельных нагрузок на резцы и желателен при бурении мягких однородных пород (рисунок 5.2.4, б). Расположение ближе к оси даѐт большую площадь для посадки плечевых резцов, что благоприятно для бурения мягких абразивных пород (рисунок 5.2.6, а). а) б) 42 Расположение дальше от оси позволяет равномерно распределить нагрузку на резцы, что благоприятно для бурения более твѐрдых пород (рисунок 5.2.6, б). Рисунок 5.2.4 – Изменение радиуса носа долота PDC а) б) 43 Рисунок 5.2.5 – Изменение расположения носа долота PDC Таким образом, выделяют 4 основных типа профиля долот с фиксированными алмазосодержащими резцами (рисунок 3.5): плоский; короткая парабола; средняя парабола; длинная парабола. а) б) 44 Рисунок 5.2.6 – Профили долота PDC На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что сферой применения долот с плоским профилем является бурение крепких мало абразивных пород. Долота же с длинным параболическим профилем предназначены для бурения мягких абразивных пород. Кроме профиля на эффективность работы долота влияет структура вооружения: обратный угол резания; вылет (высота посадки) резцов; ориентация резцов. длинная парабола средняя парабола короткая парабола плоский длинная парабола средняя парабола короткая парабола плоский 45 Обратный угол резания характеризует угол атаки породы. Его увеличение даѐт повышение ударной прочности и износостойкости резца. Снижение – повышает механическую скорость. Угол выбирается в соответствии с условиями бурения. Типовые значения углов приняты следующие: 5-10 (рисунок 5.2.7, а): очень мягкие – глины, сланцы; высокие скорости бурения; 15-20 (рисунок 5.2.7, б): универсален; мягкие породы – сланцы; дольше жизнь резца; абразивные породы; 30 (рисунок 5.2.7, в): крепкие породы; типично для калибрующих резцов. Рисунок 5.2.7 – Изменение обратного угла резания Среди прочих параметров, описывающих структуру вооружения, следует обратить внимание на радиальную и угловую позицию резца, на боковой угол и высоту посадки. Радиальная позиция – расстояние от центра долота до центра алмазного стола резца (рисунок 5.2.8, а). а) б) в) 46 Угловая позиция – угол между опорной 0° линией и линией, соединяющей центры резца и долота(рисунок 5.2.8, б) Боковой угол – равен «0» когда проекция плоскости алмазного стола совпадает с линией радиуса долота (рисунок 5.2.8, в). Высота посадки (вылет резца) – вертикальное расстояние от поверхности долота до центра алмазного стола (рисунок 5.2.8, г). Рисунок 5.2.8 - Посадка и ориентация резцов долота PDC Все перечисленные выше показатели закладываются в компьютерную программу, создающую геометрическую модель долота с учѐтом объѐмов и динамики работы каждого резца. [11] 5.3 |