Виды буровых долот

Филиал Российского Государственного Университета Нефти и Газа им. И.М.Губкина  в г. Ташкент

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Долота для бурения  сплошным забоем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: Студент гр. РН 12-01 Ибрагимов Д.Д.

Приняла: доцент, к.т.н. Зозуля Н.Е.

Содержание

1. Введение

Глава 1. Основные параметры бурового инструмента

Глава 2. Виды буровых долот

2.1 Лопастное долото

2.2 Шарошечное долото

2.3 Алмазное долото

3. Заключение

4. Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Введение

Горные породы, слагающие  разрез скважины, различны по составу, обладают различными свойствами и их разрушают резанием, скалыванием, истиранием, дроблением. Характер разрушения зависит  от твердости и пластичности пород. Породы мягкие и пластичные наиболее эффективно разрушаются резанием, а  твердые и хрупкие – дроблением. Поэтому для разрушения пород  с определенными механическими  и абразивными свойствами применяются  соответствующего типа инструменты.

Основным инструментом для  механического разрушения горных пород  в процессе бурения скважины является долото. Термин "долото" сохранился от раннего периода развития техники  бурения, когда единственным способом проходки скважины было ударное бурение, при котором буровое долото имело  сходство с плотничным инструментом того же наименования. В современной  практике применяются различные  виды и типы долот. Энергозатраты, качество работы и скорость бурения напрямую зависят от правильной подборки долота, от качества его изготовления и свойств материала, из которого он изготовлен.

Бурильные долота и бурильные  головки изготовляют из прочных  и износостойких материалов, т.к. в процессе бурения на долото действуют  осевые и ударные нагрузки, вращающий  момент, а также давление и хим. активность промывочной жидкости. Для  секций (лап) и шарошек бурового долота применяют хромникельмолибденовые, хромникелевые и никельмолибденовые стали. Выпускаются бурильные долота и бурильные головки, оснащённые природными или синтетическими алмазами. Некоторые типы долот изготовляют из сталей электрошлакового и вакуумно-дугового переплавов.

Совершенствование буровых  долот осуществляется в направлении  улучшения их конструкций: создания новых схем опор с герметизированный  маслонаполненными опорами для  низкооборотного и высокооборотного бурения; применения новых форм твёрдосплавных зубков; изыскания более износостойких  материалов; повышения точности изготовления деталей и сборки бурового долота, а также применения более совершенных  схем подвода промывочной жидкости к забою скважины.

 

Глава 1 Основные параметры  бурового инструмента

Под параметрами инструмента  обычно подразумевают все данные, которые позволяют оценить его  конструкцию, технический уровень, степень надежности в работе, определяют его техническую и общественную полезность, экономическую эффективность, позволяют выявить область рационального  применения и др.

Один из важнейших, наиболее универсальных параметров, общий  для всех видов бурового инструмента  — фактический срок его службы. Он обеспечивает возможность оценить  общественную полезность (практическую ценность) конструкции инструмента  каждого классификационного подразделения  и входит в эксплуатационную характеристику в качестве ее основного компонента. Он может быть выражен в различных  единицах, чаще всего в часах. Стойкость, или долговечность, инструмента  характеризует работоспособность  промышленного изделия.

Срок службы, стойкость, или  долговечность, инструмента, его узла или детали зависит от условий  применения и режима эксплуатации. С увеличением глубины бурения  роль этих параметров растет и применение инструмента, характеризующегося небольшим сроком службы (или малой часовой стойкостью), оказывается экономически невыгодным.

Параметр, весьма близкий  к сроку службы, — проходка на инструмент (в метрах). Его называют показателем работы (долота или другого  породоразрушающего инструмента). Этот параметр доминирует при анализе работы и сравнительных испытаниях разных моделей или модификаций однотипного бурового инструмента (см. раздел шестой). При анализе работы породоразрушающего инструмента в некоторых случаях (например, при бурении относительно неглубоких интервалов скважин) на первое место выдвигается механическая скорость проходки, чаще всего ее среднее значение как частное от деления проходки на время чистого бурения.

Глава 2. Виды буровых долот

Буровые долота делятся по:

а) назначению:

- для сплошного бурения  (разрушение горной породы по  всему забою скважины)

- для бурения с отбором  керна (разрушение горную породу  по кольцу забоя скважины с  оставлением в её центральной  части керна)

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

б) исполнению:

- пикообразные;

- ступенчатые;

- радиальные;

- лопастные;

- шарошечные;

в) воздействию на горную породу:

- режуще – скалывающего  типа (лопастные)

- дробящее – скалывающие типа (шарошечные)

- режуще – истирающего  типа (ИСМ, алмазные) [4]

2.1 Лопастное долото

Лопастные долота режущего типа используются для бурения геологоразведочных скважин на небольшие глубины.

Применяются два типа лопастных  долот:

М – для бурения скважин  в мягких породах

МС – для бурения  скважин в породах средней  крепости. Существуют лопастные долота с калибрующим сектором, с вогнутыми  лопастями и с опережающим  лезвием. Все эти конструкции  имеют ряд особенностей в вооружении и системе расположения промывочных  отверстий. Долота типа М могут оснащаться струйными или гидромониторными насадками.

Лопастное буровое долото состоит из кованого корпуса с присоединит. Резьбой, к которому привариваются 3 и более лопастей. У двухлопастного долота корпус и лопасти отштамповываются как одно целое. Для повышения износостойкости долот лопасти армируются твёрдым сплавом. Пластинки твёрдого сплава заплавляются на передней грани лопастей в специально профрезерованные пазы. Боковые (калибрующие стенку скважины) грани лопастей армируются цилиндрическими зубками, запрессовываемыми в просверленные отверстия. Промежутки между зубками наплавляются твёрдым сплавом.

Для бурения скважин с отбором  керна применяют шарошечные и  лопастные бурильные головки, которые  изготовляют для специальных  керноприёмных устройств со съёмным и несъёмным керноприёмниками. Колонковые долота со съёмным керноприёмником позволяют отбирать с забоя скважины керн без подъёма бурильной колонны.

Поверхность между рёбрами  имеет коническую форму и способствует смещению разрушенной породы в центральный  канал бурильной колонны. Рёбра  армируются породоразрушающий и элементами различной формы: круглыми, шестигранными или квадратными. Коронки предназначены для бурения мягких пород с незначительным содержанием твёрдых пропластков. Торцевая поверхность рёбер имеет коническую форму для предотвращения заклинивания частиц породы, а на наружной поверхности имеются пазы. Важным элементом коронки являются тороидальные канавки на внутреннем уступе, способствующие в сочетании с внутренним патрубком керноприёмной трубы переходу нисходящего потока очистного агента в восходящий. При отсутствии такой канавки в процессе бурения резко возрастают потери очистного агента.

Малогабаритное долото лопастное  режущего типа, предназначенное для  бурения геологоразведочных скважин  в мягких породах и в мягких породах с прослойками средней  твердости, разрушают породу в режиме резания с очисткой забоя промывочным  агентом или шнековым способом.

В большинстве районов  бурение геологоразведочных скважин  в мягких породах ведется с  использованием легкого бурового оборудования и поэтому с небольшими осевыми  нагрузками на долото и с малым  крутящим моментом.

В таких условиях обычные  серийные долота лопастные нефтяного  сортамента работают, небольшой промежуток времени до 10-15 ч. Тогда как при  использовании нефтяного тяжелого оборудования эти долота лопастные  работают 150-200 ч. Лопастные долота режущего типа для геологоразведочного бурения  работают до затупления режущих кромок твердосплавных резцов и режущих кромок, наплавленных крупнозернистым твердым сплавом. Процесс изнашивания режущих кромок характеризуется медленным истиранием от периферийной зоны до центральной части долота. Несмотря на то, что центральная часть долота лопастного изнашивается значительно меньше, именно она определяет работоспособность долота в целом. Даже при незначительном износе центральной части долота лопастного резко снижается удельная нагрузка на режущие кромки и твердосплавные резцы, и они перестают внедряться в поверхность разрушаемого забоя. Твердосплавные резцы, расположенные в центральной части долота, обнажаются медленно и на незначительную величину вследствие небольших окружных скоростей, возникающих в центральной зоне при вращении долота с частотой до 200 об/мин. Режущие грани и твердосплавные резцы лопастных долот, расположенные в периферийной зоне, изнашиваются более интенсивно. Однако за счет высоких окружных скоростей происходит обнажение верхних частей твердосплавных резцов и режущих граней, а также истирание корпуса лопастей и державок, что способствует увеличению удельной нагрузки и внедрению кромок и резцов в поверхность разрушаемого забоя. Режущие грани и твердосплавные резцы на калибрующих гранях рабочих лопастей обрабатывают стенки скважины по наибольшему периметру и в этой зоне они истираются по ко криволинейной поверхности, на которой расположено калибрующее вооружение лопастей.

2.2 Шарошечное долото

Шарошечные долота выпускаются  двух типов: для бурения скважин  без отбора керна, или сплошным забоем, и колонковые долота большого диаметра для бурения разведочных скважин на нефть и газ.

При бурении скважин на твердые полезные ископаемые в основном используются шарошечные долота для  бурения сплошным забоем.

В этом случае разрушается  на забое вся порода, и для повышения эффективности проходки на долото необходимы значительно большие осевые нагрузки, чем при бурении кольцевым забоем с отбором керна. Благодаря конструктивным особенностям шарошечных долот, наличию большого числа зубьев на шарошках и значительной площади контакта удельные нагрузки, создаваемые зубьями шарошки на породу, достигают существенных величин, что обеспечивает эффективное разрушение породы.

Бурение скважины сплошным забоем ведется до определенного износа вооружения долота, особенно калибрующих зубьев. При этом проходка на долото увеличивается во много раз по сравнению с бурением скважин с отбором керна. Время на спускоподъемные операции значительно сокращается. Сочетание этого фактора с высокой эффективностью разрушения горных пород обеспечивает значительную производительность и более низкую стоимость буровых работ.

Бурение скважин сплошным забоем широко применяют на стадии детальной разведки для проходки интервалов вмещающих пород при хорошей изученности геологического разреза.

Шарошечное долото также  используются при проходке взрывных, сейсмических, гидрогеологических, эксплуатационных и других технических скважин.

Виды шарошечных долот

Конструкция шарошечного  долота влияет на его работу и характер разрушения породы на забое. Механизм разрушения горных пород шарошечным долотом отличается от разрушения режущим инструментом. Шарошечные долота обладают повышенной прочностью и воспринимают достаточно большие осевые нагрузки. Шарошки долота, имеющие стальные и твердосплавные зубья, перекатываясь по поверхности забоя, наносят удары с определенной частотой и разрушают породу.

Для вращения долота не требуется  больших затрат мощности, так как крутящие моменты, создаваемые трением в подшипниках шарошек и трением калибрующих зубьев о стенки скважины, незначительны.

Большое число породоразрушающих зубьев позволяет равномерно распределять нагрузку в долоте и при незначительной площади контакта создавать высокие удельные давления.

При перекатывании шарошки  по забою передача нагрузки на породу носит кратковременный характер, что уменьшает износ вооружения долота. Создаваемые при этом динамические нагрузки способствуют интенсивному разрушению породы.

Кинематика работы шарошки  состоит в том, что при вращении долота она совершает сложное движение, участвуя в относительном движении вокруг собственной оси и переносном вращательном движении вокруг оси долота. При сложении двух вращательных движений шарошка совершает вращение вокруг некоторой мгновенной оси. В зависимости от положения мгновенной оси меняется характер взаимодействия зубца с забоем.

Долото шарошечное — разновидность  бурового оборудования, породоразрушающий дробящий, _робящее-скалывающий инструмент карьерных станков вращательного бурения, с вооружением шарошки в виде фрезерованных на ней зубьев различной длины и конфигурации или впрессованных на нее штырей из твёрдого сплава — карбида вольфрама, применяемый для механического разрушения горной породы от мягкой до очень крепкой в процессе бурения скважины. Этими долотами бурят эксплуатационные (нефтяные, газовые и водяные), разведочные, поисковые, опорные, инженерно-геологические, гидрогеологические, гидротехнические, строительные, взрывные, вентиляционные и многие другие скважины.

Эти долота — наиболее сложные  как по конструкции, так и по технологии их изготовления. В зависимости от количества их рабочих органов, производящих бурение, они разделяются на разновидности: одно-, двух-, трех-, четырех- и многошарошечные.

Основные конструктивные параметры долот:

- расположение на оси  шарошек по отношению к оси  долота и вершин шарошек относительно  оси долота;

- величина угла наклона  осей шарошек к оси долота; число конусов на шарошках ;

- расположение венцов  зубьев;

- геометрические параметры  зубьев.

Шарошечные долота представляют собой  наиболее универсальный породоразрушающий буровой инструмент, поскольку область их применения охватывает практически все многообразие горных пород. Эти долота наиболее производительны при бурении геологоразведочных (сплошным забоем) и взрывных скважин в крепких породах. Впервые долото буровое с коническими шарошками было изобретено в США (1909). Шарошечное бурение — способ бурения скважин с использованием шарошечного долота — важного элемента бурового оборудования. Впервые было применено в США в 20-х годах 20-го века. В России этот способ бурения применяется с 30-х гг. 20 в. Для бурения нефтяных и газовых скважин. При шарошечном бурении горные породы разрушаются стальными или твердосплавными зубками шарошек, вращающимися на опорах бурового долота, которое, в свою очередь, вращается и прижимается с большим осевым усилием к забою. Шарошечное долото (или колонковая бурильная головка) состоит из одной, двух, трёх и более конических, сферических или цилиндрических шарошек, смонтированных на подшипниках качения или скольжения или же их комбинации на цапфах секций долото. Породоразрушающим элементом (вооружением) шарошечных долот служат фрезерованные зубья или запрессованные твердосплавные зубки и комбинации зубьев с зубками на поверхности шарошек. Для повышения износостойкости фрезерованных зубьев шарошек от абразивного износа их наплавляют твёрдым сплавом, состоящим из зёрен карбидов вольфрама. Геометрическая форма и параметры породоразрушающих элементов (высота и длина зубьев, угол заострения и притупления их вершин, частота расположения зубьев на каждом венце шарошек) для различных горных пород различны и буровые долота, зависящие от физических свойств горных пород. Зубья на конусах шарошек, как правило, имеют клиновидную форму; твёрдосплавные зубки – клиновидную или полусферическую рабочие поверхности.