Главная » Статьи » Буровые долота / Drill bits

Подшипник скольжения предпочтительно использовать при:

Высоких ННД/низких оборотах


В строении нефтяных и газовых месторождений принимают уча­стие только осадочные горные породы. Основными физико-меха­ническими свойствами горных пород, влияющими на процесс бу­рения, являются: упругие и пластические свойства, твердость, абразивность и сплошность.

Основной вид деформации, под действием которой породы в процессе бурения разрушаются, — вдавливание. При бурении неф­тяных и газовых скважин основным инструментом, при помощи которого происходит разрушение горной породы на забое и обра­зуется собственно скважина, является долото.

По характеру разрушения породы все буровые долота класси­фицируются следующим образом.


  1. Долота режуще-скалывающего действия, разрушающие по­
    роду лопастями, наклоненными в сторону вращения долота. Пред­
    назначены они для разбуривания мягких пород.

  2. Долота дробяще-скалывающего действия, разрушающие по­
    роду зубьями или штырями, расположенными на шарошках, ко­
    торые вращаются вокруг своей оси и вокруг оси долота*. При
    вращении долота наряду с дробящим действием зубья (штыри)
    шарошек, проскальзывая по забою скважины, скалывают (среза­
    ют) породу, за счет чего повышается эффективность разрушения
    пород. Следует отметить, что выпускаются буровые долота и бу­
    рильные головки только дробящего действия. При работе этими
    долотами породы разрушаются в результате динамического воз­
    действия (ударов) зубьев шарошек по забою скважины. Перечис­
    ленные долота и бурильные головки предназначены для разбури­
    вания неабразивных и абразивных средней твердости, твердых,
    крепких и очень крепких пород.


* Долото с коническими шарошками, внутри которых помещаются их оси, было изобретено Горвардом Юзом в 1909 г. В результате длительного совершен­ствования режущей части, подшипников, проходных отверстий для бурового ра­створа и других элементов создано современное долото дробяще-скалывающего действия.

3. Долота истирающе-режущего действия, разрушающие породу алмазными зернами или твердосплавными штырями, располагаю­щиеся в торцовой части долота или в кромках лопастей долота. До­лота с алмазными зернами и твердосплавными штырями в торце­вой части применяются для бурения неабразивных пород средней твердости и твердых; долота лопастные армированные алмазными зернами или твердосплавными штырями — для разбуривания пере­межающихся по твердости абразивных и неабразивных пород.

По назначению все буровые долота классифицируются по трем классам:

долота для сплошного бурения, разрушающие породу в одной плоскости или ступенчато;

бурильные головки для колонкового бурения, разрушающие породу по периферии забоя;

долота для специальных целей (зарезные, расширители, фрезе­ры и др.).

Долота для сплошного бурения и бурильные головки для ко­лонкового бурения предназначены для углубления скважины. Вы­пускаются они различных типов, что позволяет подбирать нужное долото. Долота для специальных целей предназначены для работы в пробуренной скважине и в обсадной колонне. Долота независи­мо от их назначения, конструкции и типа нормализованы по диа­метрам (табл. 3.1).

По конструкции промывочных устройств и способу использо­вания гидравлической мощности струи промывочной жидкости

Таблица 3.1

Нормальный ряд долот по диаметрам по ГОСТ 20692 — 75 (изменение № 2, введено с 01.01.82)


Номинальный диаметр долота

Предельное отклонение диаметра, мм

Высота долота*, м

46,0

+ 0,6

100

59,0

+ 0,6

120

76,0

+ 0,6

140

93,0

+ 0,6

160

97,0

+ 0,6

165

98,4

+ 0,6

170

112,0

+ 0,6

180

118,0

+ 0,6

190

120,6

+ 0,6

200

132,0

+ 0,6

210

139,7

+ 0,6

230


* Для трехшарошечных долот. Высоты одно- и двухшарошечных долот могут быть увеличены до 20 от высоты трехшарошечных долот.

Окончание табл. 3.1


Номинальный диаметр долота

Предельное отклонение диаметра, мм

Высота долота, м

146,0

+ 0,8

240

151,0

+ 0,8

250

161,0

+ 0,8

310

165,1

+ 0,8

310

171,4

+ 0,8

320

187,3

+ 0,8

320

190,5

+ 0,8

335

200,0

+ 0,8

340

212,7

+ 0,8

340

215,9

+ 0,8

350

222,3

+ 0,8

360

242,9

+ 0,8

390

244,5

+ 0,8

390

250,8

+ 0,8

400

269,9

+ 0,8

410

295,3

+ 0,8

420

304,8

+ 0,8

420

311,1

+ 0,8

420

320,0

+ 0,8

440

349,2

+ 0,8

475

374,6

+ 0,8

515

393,7

+ 1,6

530

444,5

+ 1,6

600

490,0

+ 2,4

630

508,0

+ 2,4

650



Рис. 3.1. Промывка забоя скважины:

а — у обычных шарошечных долот; б— гидромониторных шарошечных долот


долота делятся на струйные (ги­дромониторные) и проточные (обычные). В гидромониторных долотах струя промывочной жидкости достигает поверхно­сти забоя, что дает возможность использовать гидромониторный эффект для очистки поверхно­сти забоя и частичного разру­шения породы. В проточных (обычных) долотах промывоч­ная жидкость, протекая через промывочные отверстия, омы­вает шарошки (лопасти) и толь­ко частично достигает поверх­ности забоя (рис. 3.1).

3.2. Лопастные долота для сплошного разбуривания забоя

Лопастные долота в зависимости от конструкции и оснащен­ности твердым сплавом предназначаются для бурения мягких и средней твердости пород, мягких пород с пропластками сред­них малоабразивных пород, для разбуривания цементных про­бок, металлических деталей низа обсадных колонн и расширения ствола скважины.

Используются следующие лопастные долота:

двухлопастные 2Л (рис. 3.2) диаметрами от 76,0 до 165,1 мм с обычной (проточной) промывкой;

трехлопастные ЗЛ диаметрами от 120,6 до 469,9 мм с обычной и гидромониторной промывкой;

трехлопастные истирающе-режущего действия ЗИР диаметрами от 190,5 до 269,9 мм с обычной и гидромониторной промывкой;

шестилопастные истирающе-режущего действия 6ИР (рис. 3.3) диаметрами от 76,0 до 269,9 мм с обычной и гидромониторной промывкой;

пикообразные П диаметрами от 98,4 до 444,5 мм с обычной

промывкой.

Выпускаются следующие типы лопастных долот (кроме долот

вида П):

М — для мягких пород;

МС — для мягких пород с пропластками средней твердости;

МСЗ — для мягких абразивных пород с пропластками средней твердости;

С — для пород средней твердости.

Лопастные долота вида П выпускаются двух типов:

ц _ дЛя разбуривания цементных пробок и металлических де­талей низа обсадных колонн;



Рис. 3.2. Двухлопастное долото 2Л: у __ корпус; 2 — лопасти; 3 — пластина; 4 — штырь



р _ дЛЯ расширения ствола скважины.




Вид А


Рис. 3.3. Шестилопастное долото истирающе-режущего действия 6ИР с гидромониторной промывкой:

/ — корпус; 2— кольцо уплотнительное; 3 — болт; 4— шайба; 5— шайба байонет-ная; 6 — насадка; 7 — штырь; 8 — лопасть; 9 — укороченная лопасть

У шестилопастных долот 6ИР три лопасти имеют нормальную высоту, а три — укороченную (лопасти по высоте чередуются). Промывка осуществляется через три канала, расположенные меж­ду лопастями. Лопастные долота не применяются при бурении гид­равлическими забойными двигателями и электробурами, так как при бурении ими требуется большой крутящий момент.

3.3. Шарошечные долота для сплошного разбури вами я забоя



В России, а также в США и других зарубежных странах для бу­рения нефтяных и газовых скважин в основном используют шаро­шечные долота с коническими шарошками. Шарошечные долота предназначены для сплошного бурения нефтяных, газовых и гео­лого-разведочных скважин, а также скважин различного назначе­ния в горнодобывающей промышленности и строительстве с очи­сткой забоя жидкостью или воздухом. 

Шарошечные долота имеют следующие преимущества по срав­нению с лопастными:

площадь контакта шарошечных долот с забоем значительно мень­ше, чем у лопастных долот, но длина их рабочих кромок больше, что значительно повышает эффективность разрушения горных пород;

шарошки долота перекатываются по забою в отличие от лезвий лопастного долота, скользящих по нему, вследствие чего интен­сивность износа зубьев шарошек значительно меньше интенсив­ности износа лезвий лопастных долот;

вследствие перекатывания шарошек по забою крутящий момент, потребляемый долотом, сравнительно невелик, поэтому опасность заклинивания шарошечного долота сводится к минимуму.


12

 


27 26


В соответствии с ГОСТ 20692 — 75 шарошечные долота изго­товляются трех видов: одношарошечные — I, двухшарошечные — II и трехшарошечные — III. Трехшарошечные долота получили наи­большее распространение (рис. 3.4). По расположению и конст-

25 24 23 16 15 14 13

Рис. 3.4. Устройство трехшарошечных долот:

— торец присоединительного ниппеля; 2 — присоединительный ниппель с зам­ковой резьбой; 3 — внутренняя полость присоединительного ниппеля; 4 — упор­ный уступ долота; 5 — резервуар для размещения смазки; 6 — система компенса­ции давления смазочного материала; 7 — лапа; 8 — периферийный роликовый радиальный подшипник качения; 9 — концевой радиальный подшипник сколь­жения; 10 — концевой упорный подшипник скольжения; 11 — герметизирующий элемент; 12 — средний шариковый радиально-упорный подшипник качения; 13 — фрезерованный зуб периферийного венца; 14 — фрезерованный зуб среднего венца; 15 — фрезерованный зуб вершины шарошки; 16 — наплавка зерновым твердым сплавом; 17 — шарошка; 18 — козырек лапы; 19 — замковый палец; 20 — цапфа лапы; 21 — спинка лапы; 22 — корпус долота; 23 — твердосплавный 3Убок, запрессованный в тыльный корпус шарошки; 24 — твердосплавный зубок Периферийного венца шарошки; 25 — твердосплавный зубок среднего венца ша-рощки; 26 — концевой роликовый подшипник скольжения; 27 — твердосплавный 3Убок вершины шарошки; 28 — твердосплавный зубок, запрессованный в козы­рек лапы

6 5432
рукции промывочных или продувных каналов долота изготовля­ются: с центральной промывкой — Ц, боковой гидромонитор­ной промывкой — Г, центральной продувкой — П, боковой про­дувкой — ПГ. 

Гидромониторные долота, как правило, выпускаются со смен­ными насадками, когда в нижней части промывочного канала до­лота растачивается гнездо для установки сменных насадок из из­носостойкого материала. В этом случае можно установить в долото насадки любого необходимого диаметра на выходе.

Опоры шарошек изготовляются (рис. 3.5): на подшипниках ка­чения — В, одном подшипнике скольжения (остальные — под­шипники качения) — Н, одном подшипнике скольжения с гер­метизацией уплотнительными кольцами и резервуарами для смаз­ки — НУ, двух подшипниках скольжения и более с герметизацией — АУ (табл. 3.2).

Теоретически для каждой горной породы должно иметься до­лото, способное наиболее эффективно ее разрушать. Однако не­возможно иметь на вооружении столько типов долот, сколько су­ществует разновидностей горных пород с различными физико-ме­ханическими свойствами. На практике применяют долота, обеспе­чивающие хорошую эффективность в определенной группе пород.

Для классов горных пород, приведенных ниже, в настоящее время рекомендуется применять следующие типы трехшарошеч-ных долот:

Мягкие М

Мягкие абразивные МЗ

Мягкие с пропластами средней твердости МС

Тоже МСЗ

Средней твердости С

Абразивные средней твердости СЗ

Средней твердости с пропластами твердых СТ

Твердые у

Твердые абразивные ТЗ

Твердые с пропластами крепких ТК

Твердые абразивные с пропластами крепких ТКЗ

Крепкие К

Очень крепкие ОК

В зависимости от способа бурения для различных долот выра­ботаны на практике предпочтительные режимы их применения (табл. 3.3).

Кроме трехшарошечных в практике бурения применяют двух-шарошечные и одношарошечные долота. Двухшарошечные доло­та предназначены для бурения мягких и вязких пород с пропла-стками пород средней твердости. Отличительной особенностью двухшарошечных долот по сравнению с трехшарошечными оди-

9 4

Рис. 3.5. Основные виды опор:


  • негерметизированные; б — герметизированные маслонаполненные; 7 — сис-
    ;ма компенсации давления смазочного материала; — уплотнительное кольцо;

  • периферийный подшипник скольжения с антифрикционным покрытием; 4 —
    1мковый шариковый радиально-упорный подшипник скольжения; 5 — концевой
    здиальный подшипник скольжения; 6— концевой упорный подшипник скольже-
    ия; 7 — герметизирующий элемент; 8 — периферийный роликовый радиальный


подшипник качения; 9 — концевой роликовый радиальный подшипникаковых диаметров является увеличение размеров шарошек и более лагоприятные условия для расположения промывочных отверстий. Двухшарошечные долота представляют собой неразборную конст-укцию, состоящую из двух сваренных между собой секций (лап), а цапфах которых смонтированы свободно вращающиеся на опо-ах шарошки с зубьями для разрушения пород. Двухшарошечные

Таблица 3.2 Цифровые и буквенные обозначения конструкций долот


Число шарошек

Диаметр долота, мм

Тип долота

Система промывки

Вид опор

Герметизация опор

III

190,5

МЗ

Г

А

У

III

215,9

ТКЗ

Г

Н

У

III

215,9

с

г

Н


III

269,9

м

г

В


III

269,3

т

Ц

В


Примечание. Тип долота определяет конструкцию вооружения шарошек.

Таблица 3.3 Рекомендуемые режимы эксплуатации трехшарошечных долот


Способ бурения

Серия долота

Частота вращения долота, об/мин

Удельная нагрузка на 1 см диаметра долота, кН

Роторный

ГАУ

35. ..70

6... 8

Роторный. Забойными двига­телями (винтовыми, турбобу­рами и электробурами с редук-торными вставками, низко­оборотными турбобурами)

ГНУ

40. ..250

6. ..10

Роторный. Забойными дви­гателями (винтовыми, турбо­бурами, электробурами)

ГН

60. ..450

6. ..10

Турбинный

ГВ, ЦВ

60. ..450

7. ..12



долота — гидромониторные с двумя боковыми каналами, в которые уста­навливаются сменные насадки, направ­ляющие струи бурового раствора на пе­риферийную часть забоя скважины.

Одношарошечные долота (рис. 3.6) применяются для бурения твердых по­род, залегающих на большой глубине. Они состоят в основном из одной лапы, на цапфе которой свободно вращается на шариковых опорах сферическая шарошка, в тело которой запрессо­ваны твердосплавные цилиндрические зубья (штыри) с полусферической или призматической рабочей поверхностью.


Рис. 3.6. Одношарошечные долота:

— лапа; 2 — шарошка; 3, 5 — шарики; 4 — палец; — твер­досплавный зубец


Американский ГОСТ (США) пре­дусматривает следующие размеры ша­рошечных долот, в дюймах (мм): 3 3Д" (95,2); 4 Ув" (Ю4,8); 4 3/4" (120,7); 5 5Д" (142,9); 5 7/в" (149,2); 6" (152,4); 6 '/8" (155,6); 6 У4"(158,8); 6 1/2"(165,1); 6 3Д" (171,5); 7 7/8"(200,0); 8 3/8"(212,7); 8 У2" (215,9); 8 5/8" (219,1); 8 3/4" (222,3); 9 '/2" (241,3); 9 7/в" (250,8); 11 "(279,4); 12 У4" (311,1); 14 3/4"(374,6); 17 У2"(444,5); 20" (508); 24 "(609,6); 26 "(660,4).

3.4. Алмазные долота и долота, армированные

синтетическими поликристаллическими алмазными

вставками*

Алмазные долота предназначены для бурения вертикальных и наклонно-направленных скважин при прохождении песчаников, доломитов, известняков и других пород, в которых эффективность применения шарошечных долот резко снижается. Правильное при­менение алмазных долот обеспечивает:

высокие рейсовые скорости бурения;

сокращение числа спускоподъемных операций;

экономию средств;

снижение кривизны при проводке вертикальных скважин.

Алмазные долота, подобно лопастным, не имеют самостоятельно движущихся частей. Они состоят из фасонной алмазонесущей го­ловки (матрицы), выполненной из порошкообразного твердосплав­ного материала, и стального корпуса с присоединительной замко­вой резьбой.

Алмазные долота изготавливаются диаметрами 91,4...391,3 мм двух модификаций:

однослойные с размещением зерен алмазов в поверхностном слое матрицы по определенным схемам; типы — радиальные ДР (рис. 3.7), ступенчатые ДТ (рис. 3.8) и ступенчатые с шаровидны­ми выступами ДК;

импергнированные (импергнированным называется алмазное долото, в котором при изготовлении объемные алмазы переме­шиваются с материалом матрицы — шихтой, обеспечивая тем самым равномерную насыщаемость матрицы алмазами) с при­мерно равномерный распределением мелких зерен алмазов в объеме матричного материала; тип — с шаровидными выступа­ми ДИ.

Алмазные долота при турбинном бурении по сравнению с ро­торным бурением дают более высокую механическую скорость при одинаковой величине проходки на долото. Бурение алмазны­ми долотами может продолжаться без перерыва до 200...250 ч. Бурение алмазными долотами не разрешается в часто перемежа­ющихся трещиноватых, кавернозных породах, сложенных раз­личными окаменелостями и другими крепкими абразивными по­родами. Перед началом бурения алмазными долотами ствол сква­жины калибруется, а забой скважины очищается от металла.

По мере углубления скважины на забое накапливается большое число металлических обломков в результате скола зубьев и выпа-

* Алмазные долота и долота, армированные синтетическими поликристал­лическими алмазными вставками, очень часто называют алмазным буровым инст­рументом (АБИ).
дания элементов опор шарошечных долот. Часть металла, находя­щегося на забое, размельчается в процессе бурения и выносится буровым раствором на поверхность, другая часть попадает в ка­верны и стенки скважины; этот металл в процессе бурения может снова попасть на забой. Металл на забое приводит к катастрофи­ческому выкрашиванию алмазов. Очистка забоя глубоких скважин от металлических предметов и крупных обломков породы может быть достигнута применением методов очистки ствола, разрабо­танных ВНИИБТ:


X /


 


 

X

X

н


 

X

У

~л ^

X


 


 

X X

V-

У X

X X

1

1

^ с

X

^

одН

и v

и« ка

х\

гX <-

э

X г X

/ ^

Г ' >

)

Т

0

о

0

)

0

Э

)

э

0

)


 

)


 

I

1

/

>

0

х

)

>

0


 

э

1

1


 



0*

Кд о

1^

^

/оо

^

т

З.оОО


А-А



Рис. 3.7. Алмазное радиальное долото типа ДР для бурения среднеабразивных средней твер­дости и твердых пород


Рис. 3.9. Схема работы

забойного шламоуло-

вителя


Рис. 3.8. Алмазное радиальное долото типа ДТ для бурения мягких и средней твердости пород
 


  1. Перед спуском алмазного долота последние два-три рейса
    необходимо проводить шарошечным долотом с одновременной очи­
    сткой скважины от металла и крупного шлама с помощью забой­
    ного шламоуловителя, установленного над долотом при роторном
    бурении и над турбобуром при турбинном бурении (рис. 3.9).

  2. В случае необходимости дополнительной очистки скважины и
    калибровки ствола следует сделать специальный рейс забойного
    шламоуловителя. При турбинном бурении алмазным долотом для
    более интенсивного выноса разбуренной породы из призабойной
    зоны на валу турбобура устанавливается чехол-отражатель, изменя­
    ющий направление струи из ниппеля турбобура, и тем самым спо­
    собствующий лучшему выносу выбуренной породы.


При разбуривании упругохрупких и упругопластичных пород при алмазном бурении происходит объемное разрушение скалы­ванием и сдвигом. Поэтому одним из условий при подборе рацио­нальных параметров отработки долот является обеспечение уста­лостного и объемного разрушения породы на забое. Основными критериями при этом должны быть допустимая нагрузка на алма­зы и критическая окружная скорость, определяемые соответственно прочностью алмазов, существующими нормами промывки забоя и твердостью пород.

Разрешается применение в бурении алмазных долот и буриль­ных головок только в тех случаях, когда их диаметр меньше диа­метра ствола скважины. Минимальная разница этих диаметров дол­жна соответствовать, мм:

1,6 — при диаметре алмазных долот и бурильных головок 91,4...227,0;

2,4 — при диаметре 242,1 ...391,3.

Алмазное долото считается полностью отработанным при об­щей потере 40 % алмазов.

Успешное применение алмазных долот привело к созданию ряда конструкций твердосплавных долот, обеспечивающих аналогич­ный принцип разрушения горной породы. Украинским научно-исследовательским конструкторско-технологическим институтом синтетических сверхтвердых материалов и инструмента на базе сверхтвердого материала славутича созданы долота типа ИСМ для бурения скважин на нефть и газ. Производство и применение Долот ИСМ, армированных вставками из славутича, было начато в 1967 г. Создано более 150 типоразмеров долот и другого, армиро­ванного материалом славутич, бурового породоразрушающего ин­струмента диаметром 91,4...391,3 мм.

Начиная с 1977 г. при бурении нефтяных и газовых скважин за Рубежом началось широкое применение долот, получивших на­звание стратапакс (торговая марка). Это долота, армированные синтетическими поликристаллическими алмазными вставками. У нас в стране такие породоразрушающие инструменты (долота,



Рис. 3.10. Механика разрушения горных пород различными долотами:

/ — стратапакс; // — алмазными; /// — шарошечными;

а — разбуривание твердых пород (частичное обнажение резца); б — разбуривание мягких пород (полное обнажение резца); в — истирание-измельчение; г — вдавли­вание; / — корпус долота; 2 — алмазно-твердосплавная пластина

коронки) названы долотами (коронками), оснащенными алма-зотвердосплавными пластинами. Долота стратапакс предназначе­ны для разбуривания мягких и средней твердости пород. При буре­нии долотами этого типа обеспечиваются большие механическая скорость проходки и проходка на долото по сравнению с алмаз­ными и трехшарошечными долотами при меньших энергетичес­ких затратах. Это обусловлено тем, что разрушение горных пород осуществляется путем резания (рис. ЗЛО), которое более эффек­тивно, чем вдавливание (шарошечное долото) и истирание-из­мельчение (алмазное долото).

Основным режущим элементом долота является диск диаметром 13,3 или 13,5 мм, который представляет собой слой подвергнутых спеканию под большим давлением и при высокой температуре поликристаллических алмазов на подложке из карбида вольфрама. Толщина алмазного слоя составляет 0,635 мм при толщине диска 2,92 и 7,37 мм. Диски припаивают к державкам цилиндрической формы, которые вмонтированы в корпус долота, или державки впаивают в гнезда, выполненные в матрице долота. Тонкий алмаз­ный слой состоит из многочисленных мелких кристаллов, распо­ложенных хаотично, что обеспечивает высокую ударную прочность и износостойкость диска. Благодаря поликристаллической структу­ре алмазного слоя и отсутствию плоскостей спайности при износе дисков постоянно возобновляются острые кромки, которые эффек­тивно срезают породу. За счет этого поддерживается высокая меха­ническая скорость проходки в течение всего периода работы долота. Высокая износостойкость поликристаллических алмазов в сочета­нии с отсутствием движущихся элементов способствует длительной работе породоразрушающего инструмента на забое. Алмазные диски и карбидовольфрамовые подложки к ним за рубежом главным об­разом производятся фирмой «Дженерал Электрик» (США).

 



Большие размеры резцов стратапакс позволяют обеспечить выступ резцов стратапакс над корпусом долота до 12... 15 мм. При этом создаются хорошие условия удаления шлама из зоны разру­шения породы и исключается контакт корпуса с забоем. Одним из важных пре­имуществ долот стратапакс является то, что изменение плотности бурового ра­створа не влияет на механическую ско­рость проходки.


Рис. 3.11. Долото страта­пакс фирмы «Кристансен» (Германия) матричного типа


Долота, изготавливаемые различными фирмами, отличаются способом закреп­ления резцов стратапакс, конструкцией промывочных систем, конфигурацией и материалом корпусов.

Долота матричного типа имеют по­вышенную стойкость к размыву раство­ром по сравнению с долотами, корпу­са которых выполнены из стали. Одним из них является долото стратапакс фирмы «Кристансен» (Гер­мания) матричного типа (рис. 3.11). Оно имеет шесть лопастей, оснащенных 68 резцами стратапакс цилиндрической формы диа­метром 13,3 мм. На калибрующей поверхности установлены твер­досплавные зубки и природные алмазы. В центральной части до­лота и в шести радиальных промывочных каналах долота устро­ены 20 отверстий диаметром 8 мм. Профиль долота параболи­ческий, диаметр 214,3 мм.

Долота с алмазотвердосплавными пластинами — это высоко­эффективный инструмент для бурения пород мягких и средней твердости, при разрушении которых резцы сохраняют острые кром­ки длительное время. При роторном бурении и бурении винтовы­ми забойными двигателями долота этого типа обеспечивают уве­личение механической скорости проходки в 2 раза по сравнению с шарошечными долотами, проходки на долото в 3...7 раз при осевой нагрузке в 2... 2,5 раза меньшей и при сопоставимом крутя­щем моменте.

Долота стратапакс получили дальнейшее развитие. Так за рубе­жом используются долота типа балласет (фирма-изготовитель «Нор­тон Кристансен» — США). В этих долотах применяются режущие элементы из термостойких синтетических поликристаллических алмазов. Данные долота пригодны для эффективного разбурива­ния твердых, плотных и абразивных горных пород. Эффективная работа долот балласет достигается при малой нагрузке на долото и высокой частоте вращения. Долота этого типа успешно исполь­зуются при бурении глубоких скважин.

3.5. Снаряды для колонкового бурения (керноприемные устройства) и бурильные головки к ним

Все снаряды для колонкового бурения вне зависимости от кон­струкций состоят из следующих основных частей:

бурильной головки для разрушения породы вокруг обуриваемого керна;внешнего корпуса;внутренней колонковой трубы для сохранения и выноса керна;

кернодержателя (кернорвателя).

По принципу применения снаряды для колонкового бурения под­разделяют на снаряды (керноприемные устройства) с несъемной (постоянной) колонковой трубой и на снаряды со съемной грунто-ноской. При работе снарядами для колонкового бурения со съемной грунтоноской керн извлекается специальным ловителем на канате, бурильную головку поднимают после полной ее отработки.

Процесс подъема загруженной грунтоноски и спуск новой про­текает следующим образом. При спуске ловитель захватывает грун-тоноску за головку, соединенную с колонковой трубой. После зах­вата грунтоноски ловителем производится подъем ее при помощи лебедки, установленной на поверхности. После подъема грунто­носки с керном в бурильные трубы сбрасывают пустую грунтонос-ку, которая, дойдя до снаряда, садится головкой на опору. Буре­ние продолжается. В последнее время почти повсеместно использу­ют снаряды для колонкового бурения со съемной грунтоноской.

По типу бурильные головки делятся на лопастные, шарошеч­ные и алмазные*. В снарядах для колонкового бурения всех типов керн образуется бурильной головкой, а для отрыва и удержания керна служит кернодержатель.

Значение кернодержателя в обеспечении хорошего выхода кер­на очень велико. Существует большое число различных конструк­ций кернодержателей. Ту или другую конструкцию применяют в зависимости от условий бурения, физико-механических свойств разбуриваемых пород и т. п. Приемником отобранного керна явля­ется колонковая труба, заканчивающаяся сверху клапаном, через который из колонковой трубы выходит промывочная жидкость.

Лопастные бурильные головки с тремя и четырьмя лопастями предназначаются для бурения колонковыми долотами в тех же породах, что и лопастные долота для сплошного разрушения за­боя, их конструкции и материалы также аналогичны. У нас в стра­не распространены при колонковом бурении шарошечные буриль­ные головки. Они могут быть одно-, трех-, четырех- и шестишаро-шечные.* К последним относятся также бурильные головки, армированные синтети­ческими алмазами.

Алмазные бурильные головки по своей конструкции, воору­женности алмазами на единицу площади аналогичны алмазным долотам для сплошного разрушения забоя.

При роторном способе бурения наиболее широкое распростра­нение имеют колонковые снаряды «Недра» (рис. 3.12). ВНИИБТ разработаны снаряды этой серии в размерах: 203/100, 164/80, 138/67 и 122/52 мм (цифры в числителе обозначают диаметр корпуса сна-



Рис. 3.12. Колонковый снаряд «Недра»:

Л 12 — верхний и нижний переводники; 2 — кольцо-фиксатор; 3 — гайка; 4— винт; 5— корпус; 6— муфта; 7 — штырь; 8— колонковая труба; Я 10— керно-

рватели; 11 — башмак

ряда, в знаменателе — номинальный диаметр керноприема бу­рильной головки).

Снаряд состоит из корпуса 5, изготовленного из толстостенных труб, соединяемых специальной замковой резьбой между собой и с переводниками верхним и нижним 12. Внутри корпусов поме­щена грунтоноска, состоящая из колонковых труб 8, соединяемых муфтами б, снабженными ребрами для центрирования внутри кор­пусов. Внизу грунтоноска заканчивается компоновкой кернорвате-лей и башмаком 77, которым она опирается на бурильную головку.

Кернорватели — цанговый и рычажковый 10 — выполнены плавающими, вследствие чего они при бурении остаются непод­вижными относительно керна, в то время как грунтоноска враща­ется вместе с корпусом и бурильной головкой. Сверху грунтоноска заканчивается винтом 4, присоединенным при помощи одной из муфт к верхней колонковой трубе. По винту ходит гайка 3, ввин­чивающаяся наружной резьбой во внутреннюю резьбу ниппелей корпусов. После того как гайка навинчена, а грунтоноска упрет­ся в бурильную головку, положение грунтоноски фиксируется кольцом-фиксатором 2, штырь /которого, входя в пазы гайки и винта 4, препятствует перемещению винта относительно гайки и, следовательно, корпуса. Таким образом, грунтоноска жестко закрепляется в корпусе, а кернорватель максимально приближает­ся к бурильной головке. Для центрирования снаряда вместо пере­водников 7 и 72 могут быть установлены переводники-центраторы.

Для осложненных условий бурения предназначены колонковые снаряды серии «Селур» размерами 146/30 и 114/52 мм. Снаряды этой серии имеют одинаковую со снарядами серии «Недра» кер-ноприемную часть (кернорватель, керноприемная труба, регули­ровочный винт), но корпус уменьшенного диаметра.

Для бурения в трудноотбираемых породах применяют колонко­вые снаряды серии «Кембрий». Эти снаряды позволяют отбирать керн большего, по сравнению с колонковыми снарядами серий «Недра» и «Селур», диаметра и работают со специальными бу­рильными головками. Колонковые снаряды «Кембрий» выпус­каются в размерах 172/100 и 122/67 мм. Колонковые снаряды «Недра», «Селур» и «Кембрий» имеют несъемные керноприемники.

Чтобы обеспечить высокий процент выноса керна в турбинном бурении, созданы специальные турбобуры для колонкового буре­ния, в которых турбобур, керноприемное устройство и бурильная головка представляют собой единый комплекс, приспособленный к работе на высокооборотном режиме.

Работа со снарядом для колонкового бурения имеет ряд специ­фических особенностей. Перед спуском в скважину снаряд необхо­димо собрать на поверхности и тщательно осмотреть. Бурильные головки любых типов нужно спускать в скважину по возможности без расширения ствола скважины; при этом следует следить за показаниями индикатора массы (веса). В случае обнаружения затя­жек бурильной колонны этот интервал прорабатывают. При спус­ке инструмента в скважину, не доходя до забоя на 10... 12 м, вклю­чают буровые насосы, при роторном бурении вращают буриль­ную колонну с одновременной плавной подачей ее до забоя, при турбинном бурении включают турбобур и с плавной подачей до­ходят до забоя. Снарядом для колонкового бурения бурят без от­рыва от забоя, при этом бурильную головку на забой подают равномерно. Проходка за рейс определяется износостойкостью бурильной головки, а для колонковых снарядов с несъемными керноприемниками она не должна превышать полезной длины керноприемной трубы.

Перед отрывом керна от забоя или перед наращиванием при роторном бурении необходимо вращать инструмент до снятия осе­вой нагрузки на бурильную головку. Отрыв керна от забоя нужно проводить при непрерывной промывке и замедленном подъеме инструмента. Для гарантии отрыва и удержания керна следует подъем и спуск на забой без вращения (с осевой нагрузкой, на 20...30 кН превышающей нагрузку при бурении) провести два-три раза. По окончании бурения с отбором керна рекомендуется сократить до минимума время выравнивания параметров промы­вочной жидкости перед подъемом инструмента. Чтобы лучше со­хранить керн при подъеме инструмента, следует избегать резких ударов бурильных труб. Отвинчивать бурильные трубы ротором за­прещается. Режим работы снарядами для колонкового бурения ус­танавливают исходя из типоразмеров долот, глубины бурения, ха­рактера проходимых пород и способа бурения.

3.6. Долота для специальных целей

Расширители. Применяются для расширения диаметра сква­жины при проходке долотами сплошного и колонкового бурения, а также для центрирования бурильного инструмента в процессе бурения.

Расширители классифицируются по форме их рабочих органов (шарошечные, лопастные и др.), по способу крепления рабочих органов (жесткозакрепленные, разборные и раздвижные), по чис­лу этих органов и типу их вооружения.

 

Категория: Буровые долота / Drill bits | Добавил: Joni (18.04.2017)
Просмотров: 488 | Теги: Рис, твердости, Скважины, шарошечных, забоя, Долота, СКВАЖИН, работы, пород, долот | Рейтинг: 0.0/0
Похожие материалы
Всего комментариев: 0
avatar
Investigationes
CHARLES S. ANDREWS
3139 Brownton Road
Long Community, MS 38915



+7 986 9750184 102-Rus@mail.ru
Mirum
sample map