Породоразрушающий инструмент для бурения - Буровые установки

Механические и абразивные свойства разбуриваемых горных пород варьируют в широких пределах. Целевое назначение долот также различно.

Долота различают:

По конструкции: лопастные (режуще-скалывающего действия; алмазные (истирающе-режущего действия); шарошечные (дробяще-скалывающего действия);

По твердости горных пород: для бурения мягких пород (М); средних (С); твердых (Т); крепких (К);

По назначению: для бурения сплошным забоем; кольцевым забоем; специального назначения.

Буровое долото - основной элемент бурового инструмента для механического разрушения горных пород в процессе бурения скважины. 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. По назначению различают 3 класса буровых долот: Для сплошного бурения (разрушение горной породы по всему забою скважины), колонкового бурения (разрушение горной породы по кольцу забоя скважины с оставлением в ее центральной части керна) и для специальных целей (зарезные долота, расширители, фрезеры и др.). По характеру воздействия на горные породы буровые долота делятся на 4 класса: дробящие, дробяще-скалывающие, истирающе-режущие и режуще-скалывающие. По виду рабочей (разрушающей горную породу) части выделяют шарошечные и лопастные буровые долота.

Шарошечными буровыми долотами осуществляется большая часть общего объема бурения нефтяных, газовых и взрывных скважин. Шарошечное буровое долото (или бурильная головка для колонкового бурения) состоит из (одной, двух, трех, четырех или шести конич.) сферических или цилиндрических шарошек, смонтированных на подшипниках качения или скольжения (или их комбинации) на цапфах секций буровых долот. Основная разновидность шарошечных долот для сплошного бурения - трехшарошечное долото (рис.16, а), при бурении глубоких скважин получило распространение также одношарошечное буровое долото (рис. 16, б).

шарошечные долота

Рис. 16.Шарошечные долота: А - трехшарошечное; Б - одношарошечное; 1 - наружная конусная присоединительная резьба (ниппель); 2 - секция (лапа) долота; 3 - шарошки; 4 - опора долота; 5 - зубья шарошек

В зависимости от конструкции корпуса шарошечные буровые долота разделяют наСекционные и корпусные. В секционных корпус сваривается из отдельных (двух, трех или четырех) секций (лап), на цапфах которых монтируются шарошки; в корпусных - корпус литой, к нему привариваются лапы со смонтированными на их цапфах шарошками. Для присоединения бурового долота к бурильной колонне у секционных долот предусматривается наружная конусная резьба (ниппель), у корпусных - внутренняя конусная резьба (муфта). В России выпускаются 13 типов шарошечных долот сплошного бурения диаметрами 46-508 мм (ГОСТ 20692-75). По принципу воздействия на горные породы шарошечные буровые долота делятся на дробящие и дробяще-скалывающие. Буровые долота дробящего действия характеризуются минимальным скольжением зубьев при перекатывании шарошек по забою и отсутствием фрезерующего действия по стенке скважины периферийными зубьями; различают следующие их типы: Т - для бурения твердых пород, ТЗ - твердых абразивных пород, ТК - твердых пород с пропластками крепких, ТКЗ - твердых крепких абразивных пород, К - крепких пород, OK - очень крепких пород. Шарошечные буровые долота дробяще-скалывающего действия характеризуются увеличением скольжения зубьев при перекатывании шарошек по забою и стенке скважины. Типы буровых долот дробяще-скалывающего действия: M - для бурения мягких пород, МЗ - мягких абразивных пород, MC - пород мягких с пропластками средней твердости, МСЗ - мягких абразивных пород с пропластками средней твердости, С - пород средней твердости, СЗ - абразивных пород средней твердости, CT - пород средней твердости с пропластками твердых. Породоразрушающим элементом (вооружением) шарошечных буровых 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 твердым сплавом, состоящим из зерен карбидов вольфрама. Для уменьшения износа долота по диаметру периферийные венцы долот типов С, CT и Т имеют Г или Т-образную форму. Геометрическая форма и параметры зубьев (высота, длина, шаг, а также смещение осей шарошек) различны (уменьшаются от типа M к типу Т) и зависят от физических свойств разбуриваемых горных пород. Современное вооружение шарошек буровых долот выполняется из вставных твердосплавных зубков с призматическими (типы МЗ, СЗ, МСЗ и ТЗ) и сферическими (тип ТК) рабочими головками. Опора шарошечных буровых долот в процессе вращения шарошки обеспечивает передачу осевой нагрузки от бурильной колонны через цапфы и тела качения вооружению шарошки, находящемуся в контакте с горной породой забоя скважины. В опорах буровых долот в качестве радиальных используются подшипники роликовые, шариковые и скольжения, радиально-упорных - шариковые подшипники, упорных - подшипники скольжения. На рис.16 показаны наиболее известные схемы опор, которые применяют в шарошечных буровых долотах. В каждой опоре имеется замковый шариковый подшипник, удерживающий шарошку на цапфе и воспринимающий осевую составляющую нагрузки на долото.

Число роликов и шариков в опоре шарошек и их размеры зависят от размера долота, схема опоры - от режима бурения. Долота, использующиеся для высокооборотного бурения (более 250 об/мин), имеют опору с телами качения без герметизации (серия 1АВ), для среднеоборотного бурения (до 250 об/мин) - опору по схеме ролик-шарик - скольжение - упорная пята без герметизации (серия 1АН) либо с герметизацией при помощи торцевой манжеты (серия 2АН). Долота для низкооборотного бурения (до 60 об/мин) имеют герметизированную маслонаполненную опору по схеме скольжение - шарик - скольжение - упорная пята с радиальной уплотняющей манжетой. В долотах с герметизированной маслонаполненной опорой в утолщенной части лапы имеется специальный резервуар со смазкой, в который вмонтирован эластичный мешок, изменяющий форму по мере увеличения давления при спуске долота в скважину и способствующий вытеснению смазки по смазочным каналам к трущимся элементам опоры. При этом уплотнительная манжета должна обеспечить герметичность опор со стороны торца шарошки. Это достигается жесткостью торцевой манжеты и плотным прилеганием ее к торцу шарошки.

Для подвода промывочной жидкости через долото к забою скважины в шарошечных буровых долотах имеются специальные промывочные или продувочные устройства. В зависимости от конструктивного выполнения выделяют шарошечные буровые долота с центральной, боковой промывкой, а также продувкой воздухом. Буровые долота с центральной промывкой имеют одно отверстие в центре долота либо 3 отверстия или щели в корпусе (промывочной плите), через которые промывочная жидкость направляется на шарошки в центральную часть скважины. В долотах с боковой промывкой (гидромониторные буровые долота) промывочная жидкость через сопла направляется между шарошками в периферийную зону забоя скважины.

В буровых долотах с продувкой воздухом, газом или воздушно-водяной смесью одна часть потока через центральное отверстие в корпусе долота подается на шарошки, другая - по специальным каналам в лапах и их цапфах поступает в полость опор шарошек для их охлаждения и очищения от бурового шлама. При бурении взрывных скважин в долотах с продувкой воздухом применяют обратные клапаны, которые обеспечивают немедленное закрытие центрального продувочного канала долота после прекращения подачи воздуха и тем самым не допускают засасывания частиц породы в полость корпуса долота над входом в продувочные каналы лап.

расширитель для шарошечного бурения

Рис.17. Расширитель для шарошечного бурения:

1 - корпус; 2 - шарошки; 3 - втулки; 4 - шайбы; 5 - переходник

Лопастные буровые долота предназначены для бурения вращательным способом мягких и средней твердости пород.

лопастные долота

Рис. 18. Лопастные долота: А - двухлопастное; Б - трехлопастное; В - пикообразное; Г - шнековое; 1 - корпус; 2 - лопасть долота; 3 - промывочные каналы; 4 - армировка долот

Лопастное буровое долото (рис. 18 а, б, в) состоит из кованого корпуса с присоединительной резьбой, к которому привариваются 3 и более лопастей. У двухлопастного долота корпус и лопасти отштамповываются как одно целое. Для повышения износостойкости долот лопасти армируются твердым сплавом. Пластинки твердого сплава заправляются на передней грани лопастей в специально профрезерованные пазы. Боковые (калибрующие стенку скважины) грани лопастей армируются цилиндрическими зубками (сплав ВК8 - В), запрессовываемыми в просверленные отверстия. Промежутки между зубками наплавляются твердым сплавом. В России лопастные долота (ГОСТ 26-02-1282-75) с промывкой изготовляют с цилиндрическими отверстиями в корпусе (тип 2Л, диаметры 76 - 165,1 мм, скорость движения промывочной жидкости до 50 м/с) и сменными гидромониторными насадками в корпусе (тип ЗЛ, диаметры 120,6 - 469,9 мм, скорость промывочной жидкости не менее 90 м/с). Истирающе-режущие буровые долота (тип ЗИР) имеют диаметры 190,5 - 269,9 мм. Пикообразные буровые долота тип П (диаметры 98,4 - 444,5 мм) изготовляют двух разновидностей: Ц - для разбуривания цементных пробок и металлических деталей низа обсадных колонн; Р - для расширения ствола скважины. К лопастным относятся также буровые долота для ударно-канатного бурения. Для бурения без промывки скважины применяют шнековые долота (рис.18, г).

Для вспомогательных работ (разбуривания цементных мостов, металла в скважине) выпускаются фрезерные буровые долота: тип ФР в виде плоскодонных фрезеров, нижняя рабочая поверхность которых оснащена твердосплавными зубками или пластинками, выступающими над корпусом буровых долот; тип ДФТС с расположением твердосплавных зубков по 3 спиралям, имеющим плавный переход от центрального канала долота на рабочую сферу.

Для бурения скважин с отбором керна применяют шарошечные и лопастные бурильные головки, которые изготовляют для специальных керноприемных устройств со съемным и несъемным керноприемниками. Колонковые долота со съемным керноприемником позволяют отбирать с забоя скважины керн без подъема бурильной колонны.

Керноприемник с керном извлекают из скважины шлипсом, спускаемым в бурильные трубы со специальной лебедки, а бурильную головку поднимают только после ее износа вместе с колонной. При работе колонковыми долотами с несъемным керноприемником для выноса керна из скважины необходимо поднимать всю бурильную колонну; при этом часто головки оказываются неизношенными. Кернообразующие элементы долот передают на керн минимальные поперечные усилия, что снижает вероятность его разрушения; промывочные каналы в бурильных головках расположены так, что струя промывочного раствора минует керноприемник.

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 химическая активность промывочной жидкости. Для секций (лап) и шарошек буровых долот применяют хромоникельмолибденовые, хромоникелевые и никель-молибденовые стали.

Выпускаются буровые долота и бурильные головки, оснащенные природными или синтетическими алмазами.

Похожие статьи




Породоразрушающий инструмент для бурения - Буровые установки

Предыдущая | Следующая