|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
3.Классификация породоразрушающих инструментов. Породоразрушающий инструмент рефератПородоразрушающий инструмент - классификация и типыВ ходе бурения скважин, предназначенных для добычи нефтегазового продукта, используется породоразрушающий инструмент различных видов. Основное назначение этих предметов заключается в преодолении слоев, состоящих из твердой каменной породы и препятствующих проникновению к продуктивным горизонтам, содержащим нефть и газЭффективность применения инструмента обуславливается свойствами конкретной породы, поэтому перед тем, как определиться с инструментом, важно определить, какие пласты предстоит преодолеть в ходе бурения ствола. Правильно подобранные устройства сделают работу максимально быстрой и малозатратной. Породоразрушающий инструмент: что это и зачем он нужен?В рамках создания нефтяных и нефтегазовых скважин обычно применяются следующие разновидности:
Износоустойчивость долота – важный критерий, который зависит от времени эксплуатации, в которое долото может стереться до максимальных пределов, так что его потребуется заменить. Стойкость инструмента показывается в часах, она напрямую зависит от тех же критериев. Огромную важность имеет частота вращения инструмента, нагрузка, подаваемая на его основную ось, физические свойства рабочего раствора. Все эти критерии определяют не только длительность применения инструмента, но и характер бурения в тех или иных условиях. Также важными факторами функциональности инструмента являются проходка и механическая бурильная скорость. Если проходка увеличивается, то объем манипуляций по спуску и подъему оборудования в стволе делается меньше, что влечет высокую эффективность работы. Если же увеличивается механический скоростной режим, занятость основных элементов оборудования снижается, поэтому износостойкость будет более высокой, а затраты энергии будут пропорционально падать. Классификация породоразрушающего инструментаСуществует большое количество категорий долот, которые отличаются способами применения и функциональностью. Инструменты классифицируются по свойствам материала, форме, составу компонентов, расположением отдельных частей касательно оси, интенсивностью выброса породы при работе и другим критериям.Исходя из классификации, можно выделить три типа инструмента:
По типу материала, из которого может изготавливаться породоразрушающий инструмент, он делится на следующие типы:
Также буровые устройства классифицируются по конструкции промывочных приборов и мощности растворной струи. Всего существуют два типа таких долот – стандартные и струйные. Первый тип отличается тем, что раствор, создаваемый для бурения, вытекает через специальные промывочные отверстия, которые расположены в середине инструмента. Оттуда раствор течет на лопасти, и в забой попадает только небольшой процент жидкости. Что касается струйных долот, то в них жидкость попадает в забой через отверстия сбоку, благодаря чему раствор также разрушает породу. Еще один признак классификации долот – степень воздействия на пласт, вызывающего разрушение породы, когда вращается бур. Можно выделить следующие типы породоразрушающего инструмента:
Исходя из этого разделения, можно сказать, что породоразрушающий инструмент следует подбирать в соответствии конкретных условий в каждом случае, беря во внимание геологический состав пластов, тип работы и другие факторы. Типы породоразрушающего инструментаШарошечный породоразрушающий инструмент. Он представляет собой одну из самых популярных разновидностей, и он позволяет создать ствол скважины посредством дробления либо дробления со скалыванием элементов горной породы. Такой инструмент может применяться на породах с разной твердостью почти без ограничений. Конструктивно шарошечное долото состоит из оси, сваренных друг с другом секций, вращающихся шарошек с зубцами. Шарошки, которые имеют форму конуса, разбивают породу в ходе бурения. При вращении долота инструмент ввинчивается в верхнюю грунтовую часть, из-за чего куски породы, отделяемые от общего пласта, дробятся на более мелкие. Более эффективным представляется породоразрушающий инструмент, который работает по дробяще-скалывающему способу. Эта конструкция при функционировании сочетает дробление со скольжением шарошек по скважинному забою, благодаря чему осуществляется дополнительный скол обрабатываемого пласта. Лучше всего такие долота подходят для работы на твердых и средних горных породах. В целом шарошечные приспособления отличаются и количеством используемых шарошек. Одношарошечные разновидности инструмента работают на увеличенной глубине, и такое приспособление обычно имеет усиленную опору, более износостойкие элементы для дробления. Лучше всего одношарошечные инструменты показывают себя при обработке известняковой, карбонатной породы с высокой степенью хрупкости. Что касается двухшарашечных разновидностей, то наиболее часто они используются для поисково-разведочных скважин.
Помимо этого, существуют долота трехшарошечного типа: этот вариант наиболее известен, поскольку они имеют удобную форму, идеально подходящую классическому скважинному стволу с круглым сечением. Благодаря трем шарошкам обеспечивается грамотное равновесие приспособления. Также выпускаются и четырехшарошечные долота, которые применяются в основном затрудненных условиях. Лопастный породоразрушающий инструмент. Эти разновидности долот имеют сравнительно простое устройство, их достаточно легко выпускать и обслуживать. Они также отличаются по твердости породы, лучше всего выполняя бурение на размягченных грунтах с вязкой породой, которая имеет достаточно высокую пластичность. Особенности структуры позволяют давать проходку до 1,5 километров за рейс. Минусом конструкции является то, что время от времени нужно увеличивать диаметр скважины, а также быстрый износ инструментов, из-за чего их нужно часто менять. Устройства лопастного типа отличаются по числу лопастей. Наиболее часто в нефтяной и газовой отрасли применяются трехлопастные приспособления, а также шестилопастные конструкции. Среди таких инструментов выделяются монолитные алмазные устройства, которые применяются на породах средней твердости либо высокой пластичности. Разрушение при использовании долота с алмазной обработкой осуществляется путем микрорезки. Минусом алмазных инструментов считается их капризность: очень важно, чтобы в стволе и забое не было лишних веществ, примесей, инородных частиц, иначе алмазные фрагменты расколются и попадут в раствор для бурения. Фрезерный породоразрушающий инструмент. Это самый простой тип конструкции, отличающийся повышенной прочностью и износоустойчивостью. В отличие от предыдущего вида инструмента, фрезерное долото не боится инородных тел и примесей в стволе, такие инструменты применяют для раскалывания, например, застрявших шарошек в забое и других посторонних предметов. Фрезерное оборудование используется и для того, чтобы раскалывать цементные пробки и мосты внутри ствола. По конструкции фрезерное долото выглядит как удлиненный инструмент, который сделан монолитным с дробящими компонентами, которые усилены твердыми металлами. Промывка такого инструмента очень проста, а минусом считается малая проходка. Истирающе-режущий инструмент. Такие долота имеют вставки из славутича, форма которых обусловлена условиями породы. Такие инструменты имеют высокую устойчивость к износу, невысокую стоимость и быструю проходку, а наличие сверхпрочных элементов не позволяет им ломаться. Бурение скважин разными типами породоразрушающего инструмента
Читайте также:snkoil.com 3.Классификация породоразрушающих инструментов.ДОЛОТА Породоразрушающий инструмент предназначен для концентрированной передачи энергии горной породе с целью ее разрушения. В машиностроении трудно найти аналогичный инструмент, условия работы которого были бы такими же жесткими, сложными и трудно контролируемыми, как для буровых долот. Так, реализуемая через долото мощность, приходящаяся на 1 см его диаметра, может достигать 5—10 кВт, статическая осевая нагрузка — 10—15 кН. Динамическая осевая нагрузка может превышать статическую в 1,5 — 2 раза. Нормальные динамические и статические нагрузки, крутящий момент, продольные, поперечные и крутильные колебания приводят к тому, что элементы долот при бурении испытывают практически все виды напряжений, достигающих иногда предела текучести и прочности материала. Реализуемая механическая энергия при разрушении горной породы и в узлах трения долот практически полностью переходит в тепловую, в связи с чем тонкие поверхностные слои элементов вооружения и опоры разогреваются до 800— 1000 °С. Для условий работы буровых долот также характерна абразивная и коррозионная активность окружающей среды (разрушаемая горная порода, буровой раствор со шламом и химическими реагентами, минерализованные пластовые воды), повышенные пластовые давления (до 100 МПа) и температура (‰Ó 150-250 °ë). ДОЛОТА ЛОПАСТНЫЕ Лопастное долото в качестве рабочего элемента имеет лопасти, которые изготовляют либо с корпусом, либо приваривают к корпусу (рис. 2.1). Лопастные долота относятся к инструменту режущего или режуще-скалывающего действия. Они предназначены для бурения в породах мягких и отчасти средней твердости.
Рис.2.1. Лопастное долото: 1 - головка с присоединительной резьбой;2 - корпус; 3- лопасть;4-промывочное отверстие;5-твердосплавное покрытие;6 - режущая кромка; По ГОСТ 26-02-1282 — 75 выпускаются двух- и трехлопастные долота: двухлопастные диаметрами от 76,0 до 165,1 мм и трехлопастные — от 120,6 до 469,9 мм. Для геологоразведочного бурения ОСТ 7918 — 75 также предусмотрены лопастные долота диаметрами от 76 до 132 мм. Простейшим по конструкции является двухлопастное долото (см. рис. 2.1). Оно состоит из корпуса и двух лопастей, в головке корпуса имеется присоединительная резьба, а в нижней части ближе к лопасти расположены каналы для подачи промывочной жидкости к забою. У гидромониторных долот в каналах устанавливают насадки для формирования высокоскоростной струи промывочной жидкости. На эффективность работы долота наиболее существенное влияние оказывают профиль лопасти долота и правильный подбор его конструкции по свойствам проходимых горных пород. В профиле режущей части долота различают углы: передний у (может быть положительным и отрицательным), резания 0, приострения р, задний угол заточки а (рис. 2.2). Чем мягче порода, тем меньше угол резания. По данным B.C. Федорова, для мягких и вязких глинистых пород оптимальный угол резания примерно равен 70°, а для хрупких пород - 90°. Профиль режущей части лопастного долота отраслевой нормалью не регламентирован. ИСТИРАЮЩЕ-РЕЖУЩИЕ ДОЛОТА (ДИР) Истирающе-режущие долота могут быть отнесены к лопастным, но от последних отличаются тем, что, как правило, имеют разновысокие лопасти, армированные мелкими твердосплавными резцами. Такое долото формирует ступенчатый забой и в зависимости от свойств проходимых пород может работать как режущее долото, т.е. по всей длине лопасти снимать слой с забоя, или как истирающее, когда каждый мелкий резец обособленно взаимодействует с забоем и скалывает очень мелкие частицы горной породы. Предложены различные конструкции истирающе-режущих долот. Наиболее распространены две конструкции: долота ДИР, разработанные Азинмашем, и ДФЛ, разработанные ГрозНИИ. Нормалью ОН 26-02-88 — 68 предусмотрено 15 типоразмеров долот диаметром от 76 до 269 мм с шифром ИР и ИРГ. Шифр ИРГ присваивается долотам с гидромониторными насадками. ШАРОШЕЧНЫЕ ДОЛОТА Шарошечным долотом называется такой по-родоразрушающий инструмент, у которого основным рабочим органом является шарошка — стальная конусообразная деталь, свободно посаженная на ось и несущая на своей поверхности иденторы — зубцы, штыри (рис. 2.3). 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. Долото может иметь от одной до трех и более шарошек. Наиболее распространены трехшарошечные долота; одно- и двухшарошечные долота производят в ограниченном количестве. Одношарошечные долота предназначены для бурения твердых неабразивных пород на больших глубинах, двухшарошечные — в основном для бурения на небольших глубинах в мягких породах с пропластками пород средней твердости. Рис.2.2. Шарошечное долото: 1 - корпус с резьбовой головкой;2 - лапа с опорой; 3 - шарошка; Каждая шарошка снабжена множеством резцов, которые располагаются венцами. Венцы соседних шарошек расположены таким образом, что позволяют разрушать породу по всей поверхности забоя. Применяют два способа оснащения шарошки зубцами: фрезерование зубцов из тела шарошки с последующей наплавкой зерненого твердого сплава (релита и т.п.) или установка твердосплавных штырей (резцов) в гнезда методом холодного прессования. У одного и того же долота шарошки могут различаться по виду. Так, у некоторых трех-шарошечных долот только первая шарошка имеет полный конус, а две (вторая и третья по ходу часовой стрелки с торца) имеют форму усеченного конуса. Шарошечные долота выпускаются в соответствии с ГОСТ 20692 — 75. Этим документом предусматривается изготовление шарошечных долот 39 различных номинальных диаметров — ÓÚ 46 ‰Ó 508 ÏÏ. Промышленностью производятся шарошечные долота многих типов, различных по вооружению и по конструкции опоры. По вооружению они отличаются друг от друга конфигурацией и расположением шарошек, размером и формой зубцов, их размещением на шарошке, использованием твердого сплава для армирования шарошек. Характер взаимодействия зубцов шарошки с забоем, а следовательно, и специфика разрушения горных пород на забое зависят от размеров и плотности размещения зубцов в венце, а также от конфигурации шарошек и расположения их осей. АЛМАЗНЫЕ ДОЛОТА В настоящее время алмаз широко применяется в технике как режущий инструмент и высокоабразивный материал. Его абсолютная твердость в 150 раз превышает твердость кварца. Плотность алмазов колеблется в пределах 3100 — 3520 кг/м3. Масса алмазных зерен измеряется в караÚ‡ı (1 кар = 0,2 „). Тип алмазного долота определяется формой торцовой части и конструкцией промывочных каналов. Форма рабочей поверхности алмазного долота зависит от условий бурения. По форме алмазные долота подразделяются на спиральные, радиальные, ступенчатые с торовидными выступами.
Рис.6.19.Алмазное долото: I- корпус; 2 матрица; 3 - алмазные зерна; Наиболее распространенная и совершенная технология изготовления алмазных долот в настоящее время базируется на методах порошковой металлургии. В качестве исходных материалов для матрицы используют вольфрам, карбид вольфрама и медь. По этой технологии смесь порошков исходных материалов засыпают в пресс-форму, на дне которой предварительно в определенном порядке разложены зерна алмазов, и производят холодное прессование до давления 30 — 50 МПа, а затем форму помещают в вакуумную или водородную печь, где при температуре около 1100°С порошки спекаются. На изготовление алмазного долота диаметром 141,3 мм расходуется около 40 — 45 г алмазов, диаметром 188,9 мм — 65 — 80 г, диаметром 214,3 мм — 80 — 90 г, диаметром 267,5 Контрольные вопросы: 1.Что такое абразивность? 2.Классификация горных пород 3.Для бурения каких пород предназначены лопастные долота? 4.Конструкция алмазного долота. Литература 1. Ангелопуло O.K., Подгорнов В.М., Аваков Б.Э. Буровые растворы для осложненных условий. — М.: Недра, 1988. 2.Аскеров М.М., Сулейманов А.Б. Ремонт скважин: Справ, пособие. — : Недра, 1993. 3. Броун СИ. Нефть, газ и эргономика. — М: Недра, 1988. 4. Броун СИ. Охрана труда в бурении. — М: Недра, 1981. 5. Булатов А.И., Аветисов А.Г. Справочник инженера по бурению: В 3 т.: 2-е изд., перераб. и доп. - М: Недра, 1993-1995. - Т. 1-3. 6.Булатов А.И. Формирование и работа цементного камня в скважина, Недра, 1990. 7.Варламов П.С Испытатели пластов многоциклового действия. — М: Недра, 1982. 8. Геолого-технологические исследования в процессе бурения. РД 39-0147716-102-87. ВНИИпромгеофизика, 1987. 9. Геолого-технологические исследования скважин / Л.М. Чекалин, А.С. Моисеенко, А.Ф. Шакиров и др. — М: Недра, 1993. 10. Городнов В.Д. Физико-химические методы предупреждения осложнений в бурении. 2-е изд., перераб. и доп. — М: Недра, 1984. Лекция 4 Тема: План:1. Долото для бурения сплошным забоем и с отбором керна. 2. Снаряды для колонкового бурения. 3. Буровые долота специального назначения. studfiles.net Породоразрушающие инструменты — рефератв) долото должно обладать боковой фрезерующей способностью[4]. Если в процессе бурения с отклонителем одно из этих трех условий будет нарушено, то углубление скважины будет протекать без фрезерования стенки ствола. Эта способность долота не может характеризоваться показателями фрезерования стенки ствола, так как долото может фрезеровать стенки ствола, но вследствие неправильного выбора отклоняющей компоновки или режима бурения искривления ствола не произойдет или будет происходить с заниженной интенсивностью. В результате этого показатели фрезерования стенки ствола будут малы или могут быть равны нулю. Боковая фрезерующая способность долота должна характеризоваться параметром, который определяет конструктивные особенности данного долота и позволит еще до спуска в скважину отличить его от таких же однотипных или разнотипных долот и отдать предпочтение такому типу, который более всего отвечает цели предстоящего рейса по набору, стабилизации или снижению искривления скважины. Прежде чем выбрать этот параметр, представим, что долото по всей своей высоте имеет цилиндрическую форму с одинаковым диаметром (для восходящего потока бурового раствора имеются канавки). Очевидно, что такое долото независимо от величины отклоняющей силы не будет фрезеровать стенки ствола. И если современные буровые долота обладают способностью фрезеровать стенки скважины, то параметр, характеризующий эту способность, должен определять их конструктивную особенность, что позволит отличить их от указанных долот с боковой цилиндрической поверхностью[4]. В качестве такого параметра можно применять коэффициент боковой фрезерующей способности долота, представляющий собой тангенс угла –угла наклона касательной к корпусу долота, проходящей через верхнюю калибрующую точку С, к оси долота (рис. 5.4, 5.5), - который для трехшарошечных долот определяется из выражения: (1)
где - завес шарошек; - полуразность диаметров корпуса долота у козырьков лап DK и у спинки (в конце первого участка корпуса) D'k; ho - расстояние от верхней калибрующей точки шарошки до козырьков лап; hk - высота первого участка корпуса от козырьков лап[2].
Физическая сущность коэффициента боковой фрезерующей способности долота Кф заключается в том, что он характеризует возможное отклонение ствола, ограничиваемое корпусом долота, т.е. при углублении ствола на величину Hq + hK долото позволяет отклонить ствол на величину . Тогда угол бокового фрезерования долота будет характеризовать половину приращения угла искривления ствола при углублении скважины на величину h0 + hk ограничиваемого корпусом долота[2]. Ввиду малых значений, можно принять (2)
Угол бокового фрезерования долота , выраженный в радианах, представляет собой коэффициент боковой фрезерующей способности долота. При значениях (где ~ угол наклона к оси долота первого участка его корпуса от козырьков лап) величина определяется по формуле (3)
В процессе бурения вследствие износа опоры и вооружения трехшарошечного долота величина завеса шарошек уменьшается, что приводит к снижению боковой фрезерующей способности долота. При > эта способность долота ограничивается спинками лап, при < К - козырьками лап, а при = 0 долото теряет боковую фрезерующую способность и независимо от величины отклоняющей силы на долоте и физико-механических свойств пород фрезерования стенок ствола не произойдет[2]. С целью интенсификации процесса фрезерования стенки ствола и повышения интенсивности искривления скважины предпочтение следует отдавать такому долоту, у которого больше шарошек и наклон корпуса к его оси, меньше расстояние от калибрующей точки долота до спинки лап.
Рис.5.6 одношарошечное долото
Для одношарошечных долот (рис. 5.6) угол бокового фрезерования определяется по формуле (4)
где D, D1 - диаметры соответственно долота и его корпуса, м; h3 ~ высота долота, м; Н1 - высота от плеча до торца корпуса долота, м[2]. Для лопастного долота РХ (рис. 5.7,а) (5)
где В - ширина лопатки; Н - длина лопатки; l - длина армированного направления.
Лопастные долота РХ изготовляют больших размеров, диаметром от 490 до 640 мм и применяют в основном при бурении под направление или кондуктор[2]. Для двух- и трехлопастных долот (рис. 5.7,б,в соответственно) (6)
где D - диаметр долота; D1 - диаметр у плеча первого наклонного участка лопасти; Н1 - высота лопасти долота до плеча первого наклонного участка; h - высота наплавки. Ввиду большой боковой контактной поверхности двух- и трехлопастных долот из-за значительных величин калибрующей части лопастей и их толщины, боковая фрезерующая способность этих долот практически может быть использована при значительной отклоняющей силе на долоте. По боковой фрезерующей способности алмазные долота разделяются на не обладающие боковой фрезерующей способностью (рис. 5.8) и обладающие такой способностью (рис.5.9). К первой группе относятся спиральные (рис. 5 8,а), радиальные (рис. 5.8,б) и ступенчатые (рис. 5.8,в) алмазные долота. Их боковая поверхность оснащается алмазами по ограниченной высоте А калибрующей поверхности. При бурении этими долотами искривление ствола может происходить только за счет неравномерного разрушения забоя вследствие наклона оси долота к оси скважины без фрезерования стенки ствола. Ко второй группе алмазных долот относятся мелкоалмазные импрегнированные (рис. 5.9,a), комбинированные ступенчатые (рис. 5.9,6) и зарезные (рис. 5.9,в). Вся боковая поверхность этих долот оснащается алмазами и является калибрующей, поэтому они могут фрезеровать стенки ствола. Эта способность алмазных долот практически может быть использована при наличии достаточной отклоняющей силы в зависимости от физико-механических свойств разбуриваемых пород и боковой контактной поверхности этих долот. Для мелкоалмазного импрегнированного и комбинированного ступенчатого алмазного долота (рис. 5.9,a,6) (7)
где D, Dk - диаметры соответственно долота и его корпуса; Н - высота долота; А - высота калибрующей поверхности долота; D1 - диаметр окружности нижней части торца алмазного долота. Для зарезного алмазного долота (рис. 5.9,в) (8)
Алмазные зарезные долота, помимо большой боковой фрезерующей способности, обладают и тем преимуществом, что имеют плоскую торцовую поверхность. Поэтому при искусственном искривлении ствола под действием отклоняющей силы они будут фрезеровать стенку ствола лишь на величину высоты калибрующей поверхности А. При работе комбинированными ступенчатыми или мелкоалмазными импрегнирован- ными долотами под действием отклоняющей силы следует фрезеровать не только стенку ствола на высоту калибрующей поверхности Л, но и вогнутый участок забоя от наинизшей точки до стенки ствола. Вследствие этого для фрезерования стенки ствола при прочих равных условиях зарезным алмазным долотом потребуется несколько меньшие отклоняющая сила и вращающий момент, чем комбинированным ступенчатым и мелкоалмазным импрегнированным долотам. Это имеет важное значение при искусственном искривлении ствола на больших глубинах, так как с ростом глубины вследствие уменьшения диаметров скважины, забойного двигателя и элементов КНБК возможности передачи на долото вращающего момента и создания отклоняющей силы ограничены[2].
Выводы
В данной работе мы рассмотрели виды породоразрушающих инструментов при бурении наклонно направленных скважин. Их конструкции, а также изучили способность фрезерования боковых стенок скважины каждого из долот. В результате чего определили что при выборе долот для искусственного искривления ствола следует учитывать их боковую фрезерующую способность и возможность создания отклоняющих сил, соответствующих физико-механическим свойствам горных пород и боковым контактным поверхностям долот. Так же определили что наибольшей возможностью фрезеровать стенки ствола обладают одношарошечные долота, затем алмазные долота зарезного, комбинированного ступенчатого и мелкоалмазного импрегнированного типов и далее трехшарошечные долота.
Библиографический список
1-Вадицкий Ю.В.Справочник бурильщика,2008 г.-210 страниц 2-Калинин А.Г., Никитин Б.А., Солодский К.М., Султанов Б.З.-Бурение наклонных и горизонтальных скважин.1997г.-650 страниц 3-Пономарев П.П. Отбор керна при колонковом бурении,1989г-175 страниц 4- Сулакшин С.С. Направленное бурение,1987г-138страниц
Размещено на Allbest.ru referat911.ru |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|