Долото буровое, основной элемент бурового инструмента для механического разрушения горной породы на забое скважины в процессе её проходки. Термин «долото» сохранился от раннего периода развития техники бурения, когда единственным способом проходки скважин было ударное бурение, при котором долото буровое имело сходство с плотничным инструментом того же наименования. долото буровое, как правило, закрепляют в конце бурильной колонны, которая передаёт ему осевое и окружное усилие, создаваемое буровой установкой (в случае ударного бурения долото буровое подвешивается на канате и наносит удары по забою скважины за счёт энергии свободного падения).
В основу классификаций долото буровое положены два признака: назначение и характер воздействия на породу. По назначению различают 3 класса долото буровое: для сплошного бурения (разрушение породы по всему забою скважины), для колонкового бурения (разрушение породы по кольцу у стенок скважины с оставлением в её центральной части керна) и для специальных целей (разбуривание цемента в колонне труб, расширение скважины и др.). По характеру воздействия на породу долото буровое делятся на 4 класса: дробящего действия, дробяще-скалывающего, истирающе-режущего и режуще-скалывающего. Основные элементы долото буровое — корпус и рабочая (разрушающая) часть; последняя определяет три типа долото буровое, широко применяемых в промышленности: шарошечные, алмазные и лопастные.
Шарошечными долото буровое осуществляется свыше 90% объёма бурения на нефть и газ; эти долото буровое 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 долото буровое (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 буровое На наружной поверхности шарошки имеют породоразрушающие элементы — фрезерованные зубья или запрессованные (запаянные) твёрдосплавные зубки или комбинации зубьев и зубков. Для повышения износостойкости фрезерованные зубья армируются твёрдым сплавом. 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 долото буровое различны и зависят от физических свойств горных пород. Зубья на конусах шарошек, как правило, имеют клиновидную форму; твёрдосплавные зубки — клиновидную или полусферическую рабочие поверхности. В зависимости от конструкции корпуса, шарошечные долото буровое разделяются на секционные и цельнокорпусные. В секционных долото буровое корпус сваривается из отдельных (двух, трёх и четырёх) секций, на цапфах которых монтируются свободно вращающиеся шарошки. В цельнокорпусных долото буровое корпус литой, к нему привариваются лапы с шарошками. Для присоединения долото буровое к бурильной колонне у секционных предусмотрена наружная конусная резьба (ниппель), у корпусных — внутренняя конусная резьба (муфта). Секции (лапы) и шарошки долото буровое изготовляются из хромоникельмолибденовых, хромоникелевых и никельмолибденовых сталей. Шарошечные долото буровое в СССР нормализованы по типам и диаметрам (от 46 до 490 мм) и изготовляются 14 типов для разбуривания мягких, средней твёрдости, твёрдых, крепких и очень крепких пород. Самое широкое распространение имеют трёхшарошечные долото буровое В ограниченных объёмах применяются вставные двух- и трёхшарошечные долото буровое для бурения скважин турбинным и роторным способами, позволяющие опускать новое и поднимать отработанное долото буровое внутри колонны бурильных труб без подъёма последних на поверхность, а также многошарошечные долото буровое для бурения скважин диаметрами 346-2600 мм реактивно-турбинным способом.
Алмазные долото буровое (и бурильные головки) состоят из твердосплавной алмазонесущей рабочей части (матрицы) и стального корпуса с внутренней присоединительной конусной замковой резьбой. долото буровое отличаются друг от друга формой рабочей части, качеством алмазов и системой промывки. Матрицы этих долото буровое изготавливаются методом порошковой металлургии из различных металлических порошков. Эти порошки обеспечивают хорошее удержание алмазов и позволяют получать матрицы различной твёрдости и износостойкости. Матрица на основе вольфрама, его карбида и меди обеспечивает достаточную прочность, износостойкость и высокую теплопроводность матричного материала. Для изготовления долото буровое (бурильных головок) применяются технические алмазы массой 0,05-0,34 кар (на долото буровое диаметром 188 мм расходуется 400-650 кар, или 2000-2500 зёрен алмазов). Алмазные долото буровое и бурильные головки в СССР изготовляются диаметрами 140, 159, 188, 212, 241 и 267 мм двух модификаций: однослойные типов «ДР», «ДТ», «ДК», «КТ» и «КР» с размещением алмазов в поверхностном слое рабочих кромок матрицы по определённым схемам и импрегнированные типа «ДИ» с примерно равномерным распределением мелких зёрен алмазов в матричном материале. Алмазные долото буровое целесообразно применять при больших (свыше 3000 м) глубинах скважин. Как правило, стойкость алмазного долото буровое в 20-30 раз превышает стойкость шарошечного. С 1967 в СССР широко применяются долото буровое типа «ИСМ», рабочие поверхности которых армированы вставками из сверхтвёрдого материала «Славутич» (верхняя часть вставок или 30% высоты — из «Славутича», нижняя — из твердосплавных порошков, спечённых методом порошковой металлургии). Вставки закрепляются пайкой в рёбрах корпуса заподлицо. Эти долото буровое изготовляются диаметрами 138, 142, 158, 188, 212, 241, 267, 293, 317, 344, 392 мм и эффективно работают при бурении мягких и средней твёрдости малоабразивных и среднеабразивных пород.
Лопастное долото буровое состоит из кованого корпуса, к которому привариваются три лопасти и более. У двухлопастного долота корпус и лопасти отштамповываются как одно целое. Передние грани лопастей армируются твердосплавными пластинами прямоугольной формы и зерновым сплавом релит, а боковые — твёрдосплавными цилиндрическими зубками. Лопастные долото буровое применяются для разбуривания мягких и средней твёрдости пород. В СССР они выпускаются по техническим нормалям трёхлопастными типа «3Л» диаметрами от 118 до 445 мм, двухлопастными «2Л» диаметрами от 76 до 161 мм и многолопастными «ИР» диаметрами от 76 до 269 мм, пикообразными «ПЦ» и «ПР» диаметрами от 97 до 445 мм. В ряде случаев изготавливают долото буровое типа «РХ» («рыбий хвост»), являющиеся разновидностью двухлопастных долото буровое К лопастным относятся также долото буровое для ударно-канатного бурения. Для вспомогательных работ в СССР выпускаются фрезерные долото буровое типа «ФР» в виде плоскодонных фрезеров, нижняя рабочая поверхность которых оснащена твердосплавными зубками или пластинками, выступающими над корпусом долото буровое
Эффективное бурение скважин обеспечивается своевременной очисткой забоя от выбуренных частиц породы и подъёмом их на поверхность, а также охлаждением рабочих элементов долото буровое Это осуществляется обычно продувкой при бурении неглубоких (до 20 м) скважин, а при бурении глубоких и сверхглубоких — промывкой. В шарошечных долото буровое применяется два вида промывки: по центральному каналу и гидромониторная — между шарошками, а в больших корпусных долото буровое — их комбинация. Форма, сечение, расположение и количество промывочных каналов зависят от назначения, типа и размера долото буровое В гидромониторных шарошечных и лопастных долото буровое для увеличения передаваемой ими гидравлической мощности применяются сменные минералокерамические или металлокерамические насадки различных диаметров, преобразующие перепад давлений на долото буровое в скоростной напор, повышающий эффективность разрушения породы.
Совершенствование долото буровое осуществляется в направлении улучшения их конструкций (гидромониторная система очистки забоя скважины, создание новых опор скольжения и др.), применения новых материалов (высокопрочные твёрдые сплавы, стали электрошлакового и вакуумно-дугового переплавов), оснащения рабочих элементов долото буровое алмазами, высокопрочными твёрдыми сплавами и сверхтвёрдыми материалами. См. также ст. Бурение.
Список литературы
Мальков И. А., Теория и практика применения гидромониторных долот в США, М., 1958
Волков С. А., Волков А. С., Справочник по разведочному бурению, М., 1963
Корнеев К. Е., Палий П. А., Буровые долота, 3 изд., М., 1971
Brantly J. Е., Rotary drilling handbook, 6 ed., Los Ang., 1961.
www.ronl.ru
Министерство образования и науки РФ и РТ
Альметьевский государственный нефтяной институт
Кафедра:
«Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений»
Реферат на тему:
«Долота и виды долот, применяемых в бурении»
Выполнил: студент гр.19-21
Сафин Р.Р.
Проверил: старший преподаватель
кафедры РиЭНГМ
Емельянычева С.Е.
Альметьевск 2010 г.
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. [2]
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. [3]
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. [4]
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. [5]
2.2 Шарошечное долото
скважина буровой инструмент долото
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. [2]
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. [4]
Для повышения ресурса долот в их конструкции используются опоры
скольжения и вооружение шарошек твердосплавными зубками. Для наиболее тяжелых условий эксплуатации разработаны долота с элементами герметизации опор.
В зависимости от конструкции корпуса, шарошечные долота разделяются на секционные и цельнокорпусные.В секционных буровых долотах корпус сваривается из отдельных (двух, трёх и четырёх) секций, на цапфах которых монтируются свободно вращающиеся шарошки.
В цельнокорпусных буровых долотах корпус литой, к нему привариваются лапы с шарошками. Для присоединения долота к бурильной колонне у секционных предусмотрена наружная конусная резьба (ниппель), у корпусных – внутренняя конусная резьба (муфта). Секции (лапы) и шарошки долота изготовляются из хромоникельмолибденовых, хромоникелевых и никельмолибденовых сталей. Шарошечные долото в России нормализованы по типам и диаметрам (от 46 до 490 мм) и изготовляются 14 типов для разбуривания мягких, средней твёрдости, твёрдых, крепких и очень крепких пород. Самое широкое распространение имеют трёхшарошечные долото. В ограниченных объёмах применяются вставные двух- и трёхшарошечные долото буровое для бурения скважин турбинным и роторным способами, позволяющие опускать новое и поднимать отработанное долото буровое внутри колонны бурильных труб без подъёма последних на поверхность, а также многошарошечные долото для бурения скважин диаметрами 346-2600 мм реактивно-турбинным способом.
Разработанный в последние годы ассортимент шарошечных долот по своим типоразмерам способен удовлетворить самые широкие запросы потребителей. В частности, впервые в мировой практике разработаны шарошечные микродолота диаметром 46 и 59 мм. [2]
2.3 Алмазное долото
Основная особенность алмазных долот — наличие в них алмазных режущих элементов, т.е. алмазов (природных или синтетических) той или иной величины (крупности). В буровых долотах обычно используют наименее ценную разновидность природного алмаза, именуемую карбонадо (бразильские технические алмазы) или черным алмазом, которая характеризуется меньшей твердостью, но значительно большей вязкостью, что в условиях бурения чрезвычайно важно. [2]
Алмазные долото буровое (и бурильные головки) состоят из твердосплавной алмазонесущей рабочей части (матрицы) и стального корпуса с внутренней присоединительной конусной замковой резьбой. Долота отличаются друг от друга формой рабочей части, качеством алмазов и системой промывки. Матрицы этих долот изготавливаются методом порошковой металлургии из различных металлических порошков. Эти порошки обеспечивают хорошее удержание алмазов и позволяют получать матрицы различной твёрдости и износостойкости. Матрица на основе вольфрама, его карбида и меди обеспечивает достаточную прочность, износостойкость и высокую теплопроводность матричного материала. Для изготовления долота (бурильных головок) применяются технические алмазы массой 0,05-0,34 кар (на долото буровое диаметром 188 мм расходуется 400-650 кар, или 2000-2500 зёрен алмазов). Алмазные долото целесообразно применять при больших (свыше 3000 м) глубинах скважин. Как правило, стойкость алмазного долота буровое в 20-30 раз превышает стойкость шарошечного.
Алмазные долота бывают трех типов: спиральные, радиальные и ступенчатые. В спиральных алмазных долотах рабочая часть имеет спирали, оснащенные алмазами и промывочные отверстия. Долота этого типа предназначены для турбинного бурения малоабразивных и среднеабразивных пород. Радиальные алмазные долота имеют рабочую поверхность в виде радиальных выступов в форме сектора, оснащенных алмазами; между ними размещены промывочные каналы. Долота данного типа предназначены для бурения малоабразивных пород средней твердости и твердых пород как при роторном, так и при турбинном способах бурения. Ступенчатые алмазные долота имеют рабочую поверхность ступенчатой формы. Они применяются как при роторном, так и турбинном способах бурения при проходке малоабразивных мягких и средней твердости пород. [5]
Технические показатели алмазных долот во многом зависят от качества и размеров алмазов. Качество определяют группой и категорией, а размер — числом камней на 1 кар (0,2 г). Работоспособность алмазного долота в наибольшей степени, чем инструмента любого другого вида, зависит от чистоты ствола и забоя и качества промывки. При наличии металла или твердого сплава (даже в малом количестве), или крупных обломков крепких пород на забое происходит образование выбоин, выкрашивание или раскалывание алмазов и быстрое разрушение долота. При недостатке бурового раствора наблюдается перегревание и растрескивание (прижог) алмазов. Это значительно осложняет бурение алмазными долотами. Другая, еще более важная специфическая особенность алмазных долот — их дороговизна и дефицит из-за недостатка алмазов, обладающих высокими техническими свойствами (прочностью, вязкостью, достаточной твердостью, сопротивлением ударам и т.п.). Применение алмазных долот обеспечивает высокие скорости бурения, снижение кривизны скважин. Отсутствие опор качения и высокая износостойкость алмазов повышают их срок службы до 200...250 ч непрерывной работы. Благодаря этому сокращается число спуско-подъемных операций. Одним алмазным долотом можно пробурить столько же, сколько 15...20 шарошечными долотами.
При бурении твердых, крепких и абразивных пород износ матрицы интенсивнее, поэтому во избежание излишнего обнажения алмазов матрица у долот для таких пород должна быть наиболее износостойкой. В породах мягких и средних матрица изнашивается мало, вследствие чего в долотах, предназначенных для бурения этих пород, используется не слишком износостойкий материал для матрицы. [4]
Некоторыми специалистами выделяются и другие, преимущественно комбинированные разновидности.
По размещению алмазов в матрице различают две разновидности долот: однослойное и многослойное, т.е. с импрегнированными алмазами. Однослойные долота получают при однослойной укладке относительно крупных алмазов в графитовую пресс-форму, что приводит к их распределению в определенном порядке на поверхности матрицы, а импрегнированные — при равномерном перемешивании алмазов (как правило, мелких и невысокого качества) с частицами карбида вольфрама и другими компонентами матрицы перед спеканием долота.
В целом алмазные долота характеризуются монолитной конструкцией. В России выпускают четыре разновидности алмазных долот: однослойные ступенчатые и радиальные, импрегнированные радиальные и ступенчатые. Долота всех разновидностей изготовляют обоих классов, т.е. с природными и синтетическими алмазами.
Твердосплавные долота отличаются от алмазных тем, что вместо алмазов они армированы сверхтвердыми сплавами. [5]
3. Заключение
Разрушение горных пород является основной операцией при добыче и переработке полезных ископаемых. В процессе бурения скважин важную роль играет качество проходки бурового долота и качество забоя. Правильный подбор буровых долот для соответствующей горной породы, соблюдение техники бурения и качественной промывки скважин позволяет добиться высокой скорости бурения с минимальными потерями бурового инструмента. Например: для мягких пород при неглубоких скважинах целесообразно использовать лопастные долота, а при бурении твердых и глубоких пород лучше подходят шарошечные или алмазные долота.
Интенсивное развитие промышленного и разведочного бурения в настоящее время связано с использованием различного оборудования и инструментов. Применение тех или иных технических средств или технологических мероприятий в конкретных геологических условиях, часто резко различающихся по физико-механическим свойствам пород, обусловливает сложность выбора буровых долот. Поэтому при бурении скважин следует строго соблюдать технику бурения и учитывать особенности типа бурового долота. При несоблюдении техники могут возникнуть осложнения в виде разрушений бурового долота, перегреве, смещения осей шарошечных долот, и вследствие этого, быстрое изнашивание инструмента и проведение дополнительных операций по извлечению поврежденного оборудования из скважины.
В настоящее время разрабатываются новые виды долот. С использованием современных технологий производства удается получить долота с высоким сроком службы, большой проходкой и скоростью работы, что позволяет уменьшать энергозатраты на процесс бурения скважин, а также эффективно проводить сверхглубокие и горизонтальные скважины.
4.Список литературы
1. «Буровое оборудование. Буровой инструмент. Том 2»
2. «Буровой инструмент. Справочник»
3. «Породоразрушающий инструмент»
4. «Бурение нефтяных и газовых скважин»
5. ru.m.wikipedia.org
www.referatmix.ru
Министерствообразования и науки РФ и РТ
Альметьевскийгосударственный нефтяной институт
Кафедра:
«Разработка иэксплуатация нефтяных и газовых месторождений»
Реферат натему:
«Долота ивиды долот, применяемых в бурении»
Выполнил: студентгр.19-21
Сафин Р.Р.
Проверил: старшийпреподаватель
кафедры РиЭНГМ
Емельянычева С.Е.
Альметьевск2010 г.
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, слагающиеразрез скважины, различны по составу, обладают различными свойствами и ихразрушают резанием, скалыванием, истиранием, дроблением. Характер разрушениязависит от твердости и пластичности пород. Породы мягкие и пластичные наиболееэффективно разрушаются резанием, а твердые и хрупкие – дроблением. Поэтому дляразрушения пород с определенными механическими и абразивными свойствамиприменяются соответствующего типа инструменты.
Основным инструментом длямеханического разрушения горных пород в процессе бурения скважины являетсядолото. Термин «долото» сохранился от раннего периода развитиятехники бурения, когда единственным способом проходки скважины было ударноебурение, при котором буровое долото имело сходство с плотничным инструментомтого же наименования. В современной практике применяются различные виды и типыдолот. Энергозатраты, качество работы и скорость бурения напрямую зависят отправильной подборки долота, от качества его изготовления и свойств материала,из которого он изготовлен.
Бурильные долота ибурильные головки изготовляют из прочных и износостойких материалов, т.к. впроцессе бурения на долото действуют осевые и ударные нагрузки, вращающиймомент, а также давление и хим. активность промывочной жидкости. Для секций(лап) и шарошек бурового долота применяют хромникельмолибденовые, хромникелевыеи никельмолибденовые стали. Выпускаются бурильные долота и бурильные головки,оснащённые природными или синтетическими алмазами. Некоторые типы долотизготовляют из сталей электрошлакового и вакуумно-дугового переплавов.
Совершенствование буровыхдолот осуществляется в направлении улучшения их конструкций: создания новыхсхем опор с герметизированный маслонаполненными опорами для низкооборотного ивысокооборотного бурения; применения новых форм твёрдосплавных зубков;изыскания более износостойких материалов; повышения точности изготовлениядеталей и сборки бурового долота, а также применения более совершенных схемподвода промывочной жидкости к забою скважины.
Глава 1 Основныепараметры бурового инструмента
Под параметрамиинструмента обычно подразумевают все данные, которые позволяют оценить егоконструкцию, технический уровень, степень надежности в работе, определяют еготехническую и общественную полезность, экономическую эффективность, позволяютвыявить 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 общественнуюполезность (практическую ценность) конструкции инструмента каждогоклассификационного подразделения и входит в эксплуатационную характеристику вкачестве ее основного компонента. Он может быть выражен в различных единицах,чаще всего в часах. Стойкость, или долговечность, инструмента характеризуетработоспособность промышленного изделия.
Срок службы, стойкость,или долговечность, инструмента, его узла или детали зависит от условийприменения и режима эксплуатации. С увеличением глубины бурения роль этихпараметров растет и применение инструмента, характеризующегося небольшим срокомслужбы (или малой часовой стойкостью), оказывается экономически невыгодным.
Параметр, весьма близкийк сроку службы, — проходка на инструмент (в метрах). Его называют показателемработы (долота или другого породоразрушающего инструмента). Этот параметрдоминирует при анализе работы и сравнительных испытаниях разных моделей илимодификаций однотипного бурового инструмента (см. раздел шестой). При анализеработы породоразрушающего инструмента в некоторых случаях (например, прибурении относительно неглубоких интервалов скважин) на первое место выдвигаетсямеханическая скорость проходки, чаще всего ее среднее значение как частное отделения проходки на время чистого бурения. [2]
Глава 2. Виды буровыхдолот
Буровые долота делятсяпо:
а) назначению:
— для сплошного бурения(разрушение горной породы по всему забою скважины)
— для бурения с отборомкерна (разрушение горную породу по кольцу забоя скважины с оставлением в еёцентральной части керна)
— для специальных целей(зарезные долота, расширители, фрезеры и др.)
б) исполнению:
— пикообразные;
— ступенчатые;
— радиальные;
— лопастные;
— шарошечные;
в) воздействию на горнуюпороду:
— режуще – скалывающеготипа (лопастные)
— дробящее – скалывающиетипа (шарошечные)
— режуще – истирающеготипа (ИСМ, алмазные) [4]
2.1 Лопастное долото
Лопастные долота режущеготипа используются для бурения геологоразведочных скважин на небольшие глубины.
Применяются два типалопастных долот:
М – для бурения скважин вмягких породах
МС – для бурения скважинв породах средней крепости. Существуют лопастные долота с калибрующим сектором,с вогнутыми лопастями и с опережающим лезвием. Все эти конструкции имеют рядособенностей в вооружении и системе расположения промывочных отверстий. Долотатипа М могут оснащаться струйными или гидромониторными насадками.
Лопастное буровое долотосостоит из кованого корпуса с присоединит. Резьбой, к которому привариваются 3и более лопастей. У двухлопастного долота корпус и лопасти отштамповываются какодно целое. Для повышения износостойкости долот лопасти армируются твёрдымсплавом. Пластинки твёрдого сплава заплавляются на передней грани лопастей вспециально профрезерованные пазы. Боковые (калибрующие стенку скважины) гранилопастей армируются цилиндрическими зубками, запрессовываемыми в просверленныеотверстия. Промежутки между зубками наплавляются твёрдым сплавом. [3]
Для бурения скважин сотбором керна применяют шарошечные и лопастные бурильные головки, которыеизготовляют для специальных керноприёмных устройств со съёмным и несъёмнымкерноприёмниками. Колонковые долота со съёмным керноприёмником позволяютотбирать с забоя скважины керн без подъёма бурильной колонны.
Поверхность между рёбрамиимеет коническую форму и способствует смещению разрушенной породы в центральныйканал бурильной колонны. Рёбра армируются породоразрушающий и элементамиразличной формы: круглыми, шестигранными или квадратными. Коронки предназначеныдля бурения мягких пород с незначительным содержанием твёрдых пропластков.Торцевая поверхность рёбер имеет коническую форму для предотвращениязаклинивания частиц породы, а на наружной поверхности имеются пазы. Важнымэлементом коронки являются тороидальные канавки на внутреннем уступе,способствующие в сочетании с внутренним патрубком керноприёмной трубы переходунисходящего потока очистного агента в восходящий. При отсутствии такой канавкив процессе бурения резко возрастают потери очистного агента.
Малогабаритное долотолопастное режущего типа, предназначенное для бурения геологоразведочных скважинв мягких породах и в мягких породах с прослойками средней твердости, разрушаютпороду в режиме резания с очисткой забоя промывочным агентом или шнековымспособом.
В большинстве районовбурение геологоразведочных скважин в мягких породах ведется с использованиемлегкого бурового оборудования и поэтому с небольшими осевыми нагрузками надолото и с малым крутящим моментом. [4]
В таких условиях обычныесерийные долота лопастные нефтяного сортамента работают, небольшой промежутоквремени до 10-15 ч. Тогда как при использовании нефтяного тяжелого оборудованияэти долота лопастные работают 150-200 ч. Лопастные долота режущего типа длягеологоразведочного бурения работают до затупления режущих кромоктвердосплавных резцов и режущих кромок, наплавленных крупнозернистым твердымсплавом. Процесс изнашивания режущих кромок характеризуется медленнымистиранием от периферийной зоны до центральной части долота. Несмотря на то,что центральная часть долота лопастного изнашивается значительно меньше, именноона определяет работоспособность долота в целом. Даже при незначительном износецентральной части долота лопастного резко снижается удельная нагрузка нарежущие кромки и твердосплавные резцы, и они перестают внедряться в поверхностьразрушаемого забоя. Твердосплавные резцы, расположенные в центральной частидолота, обнажаются медленно и на незначительную величину вследствие небольшихокружных скоростей, возникающих в центральной зоне при вращении долота счастотой до 200 об/мин. Режущие грани и твердосплавные резцы лопастных долот,расположенные в периферийной зоне, изнашиваются более интенсивно. Однако засчет высоких окружных скоростей происходит обнажение верхних частейтвердосплавных резцов и режущих граней, а также истирание корпуса лопастей идержавок, что способствует увеличению удельной нагрузки и внедрению кромок ирезцов в поверхность разрушаемого забоя. Режущие грани и твердосплавные резцына калибрующих гранях рабочих лопастей обрабатывают стенки скважины понаибольшему периметру и в этой зоне они истираются по ко криволинейнойповерхности, на которой расположено калибрующее вооружение лопастей. [5]
2.2 Шарошечное долото
скважинабуровой инструмент долото
Долото шарошечное —разновидность бурового оборудования, породоразрушающий дробящий, _робящее-скалывающийинструмент карьерных станков вращательного бурения, с вооружением шарошки ввиде фрезерованных на ней зубьев различной длины и конфигурации иливпрессованных на нее штырей из твёрдого сплава — карбида вольфрама, применяемыйдля механического разрушения горной породы от мягкой до очень крепкой впроцессе бурения скважины. Этими долотамибурят эксплуатационные (нефтяные, газовые и водяные), разведочные, поисковые,опорные, инженерно-геологические, гидрогеологические, гидротехнические,строительные, взрывные, вентиляционные и многие другие скважины.
Эти долота — наиболеесложные как по конструкции, так и по технологии их изготовления. В зависимости от количества их рабочих органов, производящихбурение, они разделяются на разновидности: одно-, двух-, трех-, четырех- имногошарошечные. [2]
Основные конструктивныепараметры долот:
— расположение на осишарошек по отношению к оси долота и вершин шарошек относительно оси долота;
— величина угла наклонаосей шарошек к оси долота; число конусов на шарошках ;
— расположение венцовзубьев;
— геометрическиепараметры зубьев.
Шарошечные долотапредставляют собой наиболее универсальный породоразрушающий буровой инструмент,поскольку область их применения охватывает практически все многообразие горныхпород. Эти долота наиболее производительны при бурении геологоразведочных(сплошным забоем) и взрывных скважин в крепких породах. Впервые долото буровоес коническими шарошками было изобретено в США (1909). Шарошечное бурение —способ бурения скважин с использованием шарошечного долота — важного элементабурового оборудования. Впервые было применено в США в 20-х годах 20-го века. ВРоссии этот способ бурения применяется с 30-х гг. 20 в. Для бурения нефтяных игазовых скважин. При шарошечном бурении горные породы разрушаются стальными илитвердосплавными зубками шарошек, вращающимися на опорах бурового долота,которое, в свою очередь, вращается и прижимается с большим осевым усилием кзабою. Шарошечное долото (или колонковая бурильная головка) состоит из одной,двух, трёх и более конических, сферических или цилиндрических шарошек, смонтированныхна подшипниках качения или скольжения или же их комбинации на цапфах секцийдолото. Породоразрушающим элементом (вооружением) шарошечных долот служатфрезерованные зубья или запрессованные твердосплавные зубки и комбинации зубьевс зубками на поверхности шарошек. Для повышения износостойкости фрезерованныхзубьев шарошек от абразивного износа их наплавляют твёрдым сплавом, состоящимиз зёрен карбидов вольфрама. Геометрическая форма и параметры породоразрушающихэлементов (высота и длина зубьев, угол заострения и притупления их вершин,частота расположения зубьев на каждом венце шарошек) для различных горных породразличны и буровые долота, зависящие от физических свойств горных пород. Зубьяна конусах шарошек, как правило, имеют клиновидную форму; твёрдосплавные зубки –клиновидную или полусферическую рабочие поверхности. [4]
Для повышения ресурсадолот в их конструкции используются опоры
скольжения и вооружениешарошек твердосплавными зубками. Для наиболее тяжелых условий эксплуатацииразработаны долота с элементами герметизации опор.
В зависимости от конструкциикорпуса, шарошечные долота разделяются на секционные и цельнокорпусные.Всекционных буровых долотах корпус сваривается из отдельных (двух, трёх ичетырёх) секций, на цапфах которых монтируются свободно вращающиеся шарошки.
В цельнокорпусных буровыхдолотах корпус литой, к нему привариваются лапы с шарошками. Для присоединениядолота к бурильной колонне у секционных предусмотрена наружная конусная резьба(ниппель), у корпусных – внутренняя конусная резьба (муфта). Секции (лапы) ишарошки долота изготовляются из хромоникельмолибденовых, хромоникелевых и никельмолибденовыхсталей. Шарошечные долото в России нормализованы по типам и диаметрам (от 46 до 490 мм) и изготовляются 14 типов для разбуривания мягких, средней твёрдости,твёрдых, крепких и очень крепких пород. Самое широкое распространение имеюттрёхшарошечные долото. В ограниченных объёмах применяются вставные двух- итрёхшарошечные долото буровое для бурения скважин турбинным и роторнымспособами, позволяющие опускать новое и поднимать отработанное долото буровоевнутри колонны бурильных труб без подъёма последних на поверхность, а такжемногошарошечные долото для бурения скважин диаметрами 346-2600 мм реактивно-турбинным способом.
Разработанный в последниегоды ассортимент шарошечных долот по своим типоразмерам способен удовлетворитьсамые широкие запросы потребителей. В частности, впервые в мировой практикеразработаны шарошечные микродолота диаметром 46 и 59 мм. [2]
2.3 Алмазное долото
Основная особенностьалмазных долот — наличие в них алмазных режущих элементов, т.е. алмазов(природных или синтетических) той или иной величины (крупности). В буровыхдолотах обычно используют наименее ценную разновидность природного алмаза,именуемую карбонадо (бразильские технические алмазы) или черным алмазом,которая характеризуется меньшей твердостью, но значительно большей вязкостью,что в условиях бурения чрезвычайно важно. [2]
Алмазные долото буровое(и бурильные головки) состоят из твердосплавной алмазонесущей рабочей части(матрицы) и стального корпуса с внутренней присоединительной конусной замковойрезьбой. Долота отличаются друг от друга формой рабочей части, качествомалмазов и системой промывки. Матрицы этих долот изготавливаются методомпорошковой металлургии из различных металлических порошков. Эти порошкиобеспечивают хорошее удержание алмазов и позволяют получать матрицы различнойтвёрдости и износостойкости. Матрица на основе вольфрама, его карбида и медиобеспечивает достаточную прочность, износостойкость и высокую теплопроводностьматричного материала. Для изготовления долота (бурильных головок) применяютсятехнические алмазы массой 0,05-0,34 кар (на долото буровое диаметром 188 мм расходуется 400-650 кар, или 2000-2500 зёрен алмазов). Алмазные долото целесообразно применятьпри больших (свыше 3000 м) глубинах скважин. Как правило, стойкость алмазногодолота буровое в 20-30 раз превышает стойкость шарошечного.
Алмазные долота бываюттрех типов: спиральные, радиальные и ступенчатые. В спиральных алмазных долотахрабочая часть имеет спирали, оснащенные алмазами и промывочные отверстия.Долота этого типа предназначены для турбинного бурения малоабразивных исреднеабразивных пород. Радиальные алмазные долота имеют рабочую поверхность ввиде радиальных выступов в форме сектора, оснащенных алмазами; между нимиразмещены промывочные каналы. Долота данного типа предназначены для бурениямалоабразивных пород средней твердости и твердых пород как при роторном, так и притурбинном способах бурения. Ступенчатые алмазные долота имеют рабочуюповерхность ступенчатой формы. Они применяются как при роторном, так итурбинном способах бурения при проходке малоабразивных мягких и среднейтвердости пород. [5]
Технические показателиалмазных долот во многом зависят от качества и размеров алмазов. Качествоопределяют группой и категорией, а размер — числом камней на 1 кар (0,2 г). Работоспособность алмазного долота в наибольшей степени, чем инструмента любого другого вида,зависит от чистоты ствола и забоя и качества промывки. При наличии металла илитвердого сплава (даже в малом количестве), или крупных обломков крепких породна забое происходит образование выбоин, выкрашивание или раскалывание алмазов ибыстрое разрушение долота. При недостатке бурового раствора наблюдаетсяперегревание и растрескивание (прижог) алмазов. Это значительно осложняетбурение алмазными долотами. Другая, еще более важная специфическая особенностьалмазных долот — их дороговизна и дефицит из-за недостатка алмазов, обладающихвысокими техническими свойствами (прочностью, вязкостью, достаточнойтвердостью, сопротивлением ударам и т.п.). Применение алмазных долотобеспечивает высокие скорости бурения, снижение кривизны скважин. Отсутствиеопор качения и высокая износостойкость алмазов повышают их срок службы до200...250 ч непрерывной работы. Благодаря этому сокращается числоспуско-подъемных операций. Одним алмазным долотом можно пробурить столько же,сколько 15...20 шарошечными долотами.
При бурении твердых,крепких и абразивных пород износ матрицы интенсивнее, поэтому во избежаниеизлишнего обнажения алмазов матрица у долот для таких пород должна бытьнаиболее износостойкой. В породах мягких и средних матрица изнашивается мало, вследствиечего в долотах, предназначенных для бурения этих пород, используется не слишкомизносостойкий материал для матрицы. [4]
Некоторыми специалистамивыделяются и другие, преимущественно комбинированные разновидности.
По размещению алмазов вматрице различают две разновидности долот: однослойное и многослойное, т.е. с импрегнированнымиалмазами. Однослойные долота получают при однослойной укладке относительнокрупных алмазов в графитовую пресс-форму, что приводит к их распределению вопределенном порядке на поверхности матрицы, а импрегнированные — приравномерном перемешивании алмазов (как правило, мелких и невысокого качества) счастицами карбида вольфрама и другими компонентами матрицы перед спеканиемдолота.
В целом алмазные долотахарактеризуются монолитной конструкцией. В России выпускают четыреразновидности алмазных долот: однослойные ступенчатые и радиальные,импрегнированные радиальные и ступенчатые. Долота всех разновидностейизготовляют обоих классов, т.е. с природными и синтетическими алмазами.
Твердосплавные долотаотличаются от алмазных тем, что вместо алмазов они армированы сверхтвердымисплавами. [5]
3. Заключение
Разрушение горных породявляется основной операцией при добыче и переработке полезных ископаемых. Впроцессе бурения скважин важную роль играет качество проходки бурового долота икачество забоя. Правильный подбор буровых долот для соответствующей горнойпороды, соблюдение техники бурения и качественной промывки скважин позволяетдобиться высокой скорости бурения с минимальными потерями бурового инструмента.Например: для мягких пород при неглубоких скважинах целесообразно использоватьлопастные долота, а при бурении твердых и глубоких пород лучше подходятшарошечные или алмазные долота.
Интенсивное развитиепромышленного и разведочного бурения в настоящее время связано с использованиемразличного оборудования и инструментов. Применение тех или иных техническихсредств или технологических мероприятий в конкретных геологических условиях,часто резко различающихся по физико-механическим свойствам пород, обусловливаетсложность выбора буровых долот. Поэтому при бурении скважин следует строгособлюдать технику бурения и учитывать особенности типа бурового долота. Принесоблюдении техники могут возникнуть осложнения в виде разрушений буровогодолота, перегреве, смещения осей шарошечных долот, и вследствие этого, быстроеизнашивание инструмента и проведение дополнительных операций по извлечению поврежденногооборудования из скважины.
В настоящее времяразрабатываются новые виды долот. С использованием современных технологийпроизводства удается получить долота с высоким сроком службы, большой проходкойи скоростью работы, что позволяет уменьшать энергозатраты на процесс буренияскважин, а также эффективно проводить сверхглубокие и горизонтальные скважины.
4.Список литературы
1. «Буровоеоборудование. Буровой инструмент. Том 2»
2. «Буровойинструмент. Справочник»
3. «Породоразрушающийинструмент»
4. «Бурение нефтяныхи газовых скважин»
5. ru.m.wikipedia.org
edportal.net
Министерство образования и науки РФ и РТ
Альметьевский государственный нефтяной институт
Кафедра:
«Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений»
Реферат на тему:
«Долота и виды долот, применяемых в бурении»
Выполнил: студент гр.19-21
Сафин Р.Р.
Проверил: старший преподаватель
кафедры РиЭНГМ
Емельянычева С.Е.
Альметьевск 2010 г.
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. [2]
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. [3]
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. [4]
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. [5]
2.2 Шарошечное долото
скважина буровой инструмент долото
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. [2]
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. [4]
Для повышения ресурса долот в их конструкции используются опоры
скольжения и вооружение шарошек твердосплавными зубками. Для наиболее тяжелых условий эксплуатации разработаны долота с элементами герметизации опор.
В зависимости от конструкции корпуса, шарошечные долота разделяются на секционные и цельнокорпусные.В секционных буровых долотах корпус сваривается из отдельных (двух, трёх и четырёх) секций, на цапфах которых монтируются свободно вращающиеся шарошки.
В цельнокорпусных буровых долотах корпус литой, к нему привариваются лапы с шарошками. Для присоединения долота к бурильной колонне у секционных предусмотрена наружная конусная резьба (ниппель), у корпусных – внутренняя конусная резьба (муфта). Секции (лапы) и шарошки долота изготовляются из хромоникельмолибденовых, хромоникелевых и никельмолибденовых сталей. Шарошечные долото в России нормализованы по типам и диаметрам (от 46 до 490 мм) и изготовляются 14 типов для разбуривания мягких, средней твёрдости, твёрдых, крепких и очень крепких пород. Самое широкое распространение имеют трёхшарошечные долото. В ограниченных объёмах применяются вставные двух- и трёхшарошечные долото буровое для бурения скважин турбинным и роторным способами, позволяющие опускать новое и поднимать отработанное долото буровое внутри колонны бурильных труб без подъёма последних на поверхность, а также многошарошечные долото для бурения скважин диаметрами 346-2600 мм реактивно-турбинным способом.
Разработанный в последние годы ассортимент шарошечных долот по своим типоразмерам способен удовлетворить самые широкие запросы потребителей. В частности, впервые в мировой практике разработаны шарошечные микродолота диаметром 46 и 59 мм. [2]
2.3 Алмазное долото
Основная особенность алмазных долот — наличие в них алмазных режущих элементов, т.е. алмазов (природных или синтетических) той или иной величины (крупности). В буровых долотах обычно используют наименее ценную разновидность природного алмаза, именуемую карбонадо (бразильские технические алмазы) или черным алмазом, которая характеризуется меньшей твердостью, но значительно большей вязкостью, что в условиях бурения чрезвычайно важно. [2]
Алмазные долото буровое (и бурильные головки) состоят из твердосплавной алмазонесущей рабочей части (матрицы) и стального корпуса с внутренней присоединительной конусной замковой резьбой. Долота отличаются друг от друга формой рабочей части, качеством алмазов и системой промывки. Матрицы этих долот изготавливаются методом порошковой металлургии из различных металлических порошков. Эти порошки обеспечивают хорошее удержание алмазов и позволяют получать матрицы различной твёрдости и износостойкости. Матрица на основе вольфрама, его карбида и меди обеспечивает достаточную прочность, износостойкость и высокую теплопроводность матричного материала. Для изготовления долота (бурильных головок) применяются технические алмазы массой 0,05-0,34 кар (на долото буровое диаметром 188 мм расходуется 400-650 кар, или 2000-2500 зёрен алмазов). Алмазные долото целесообразно применять при больших (свыше 3000 м) глубинах скважин. Как правило, стойкость алмазного долота буровое в 20-30 раз превышает стойкость шарошечного.
Алмазные долота бывают трех типов: спиральные, радиальные и ступенчатые. В спиральных алмазных долотах рабочая часть имеет спирали, оснащенные алмазами и промывочные отверстия. Долота этого типа предназначены для турбинного бурения малоабразивных и среднеабразивных пород. Радиальные алмазные долота имеют рабочую поверхность в виде радиальных выступов в форме сектора, оснащенных алмазами; между ними размещены промывочные каналы. Долота данного типа предназначены для бурения малоабразивных пород средней твердости и твердых пород как при роторном, так и при турбинном способах бурения. Ступенчатые алмазные долота имеют рабочую поверхность ступенчатой формы. Они применяются как при роторном, так и турбинном способах бурения при проходке малоабразивных мягких и средней твердости пород. [5]
Технические показатели алмазных долот во многом зависят от качества и размеров алмазов. Качество определяют группой и категорией, а размер — числом камней на 1 кар (0,2 г). Работоспособность алмазного долота в наибольшей степени, чем инструмента любого другого вида, зависит от чистоты ствола и забоя и качества промывки. При наличии металла или твердого сплава (даже в малом количестве), или крупных обломков крепких пород на забое происходит образование выбоин, выкрашивание или раскалывание алмазов и быстрое разрушение долота. При недостатке бурового раствора наблюдается перегревание и растрескивание (прижог) алмазов. Это значительно осложняет бурение алмазными долотами. Другая, еще более важная специфическая особенность алмазных долот — их дороговизна и дефицит из-за недостатка алмазов, обладающих высокими техническими свойствами (прочностью, вязкостью, достаточной твердостью, сопротивлением ударам и т.п.). Применение алмазных долот обеспечивает высокие скорости бурения, снижение кривизны скважин. Отсутствие опор качения и высокая износостойкость алмазов повышают их срок службы до 200...250 ч непрерывной работы. Благодаря этому сокращается число спуско-подъемных операций. Одним алмазным долотом можно пробурить столько же, сколько 15...20 шарошечными долотами.
При бурении твердых, крепких и абразивных пород износ матрицы интенсивнее, поэтому во избежание излишнего обнажения алмазов матрица у долот для таких пород должна быть наиболее износостойкой. В породах мягких и средних матрица изнашивается мало, вследствие чего в долотах, предназначенных для бурения этих пород, используется не слишком износостойкий материал для матрицы. [4]
Некоторыми специалистами выделяются и другие, преимущественно комбинированные разновидности.
По размещению алмазов в матрице различают две разновидности долот: однослойное и многослойное, т.е. с импрегнированными алмазами. Однослойные долота получают при однослойной укладке относительно крупных алмазов в графитовую пресс-форму, что приводит к их распределению в определенном порядке на поверхности матрицы, а импрегнированные — при равномерном перемешивании алмазов (как правило, мелких и невысокого качества) с частицами карбида вольфрама и другими компонентами матрицы перед спеканием долота.
В целом алмазные долота характеризуются монолитной конструкцией. В России выпускают четыре разновидности алмазных долот: однослойные ступенчатые и радиальные, импрегнированные радиальные и ступенчатые. Долота всех разновидностей изготовляют обоих классов, т.е. с природными и синтетическими алмазами.
Твердосплавные долота отличаются от алмазных тем, что вместо алмазов они армированы сверхтвердыми сплавами. [5]
3. Заключение
Разрушение горных пород является основной операцией при добыче и переработке полезных ископаемых. В процессе бурения скважин важную роль играет качество проходки бурового долота и качество забоя. Правильный подбор буровых долот для соответствующей горной породы, соблюдение техники бурения и качественной промывки скважин позволяет добиться высокой скорости бурения с минимальными потерями бурового инструмента. Например: для мягких пород при неглубоких скважинах целесообразно использовать лопастные долота, а при бурении твердых и глубоких пород лучше подходят шарошечные или алмазные долота.
Интенсивное развитие промышленного и разведочного бурения в настоящее время связано с использованием различного оборудования и инструментов. Применение тех или иных технических средств или технологических мероприятий в конкретных геологических условиях, часто резко различающихся по физико-механическим свойствам пород, обусловливает сложность выбора буровых долот. Поэтому при бурении скважин следует строго соблюдать технику бурения и учитывать особенности типа бурового долота. При несоблюдении техники могут возникнуть осложнения в виде разрушений бурового долота, перегреве, смещения осей шарошечных долот, и вследствие этого, быстрое изнашивание инструмента и проведение дополнительных операций по извлечению поврежденного оборудования из скважины.
В настоящее время разрабатываются новые виды долот. С использованием современных технологий производства удается получить долота с высоким сроком службы, большой проходкой и скоростью работы, что позволяет уменьшать энергозатраты на процесс бурения скважин, а также эффективно проводить сверхглубокие и горизонтальные скважины.
4.Список литературы
1. «Буровое оборудование. Буровой инструмент. Том 2»
2. «Буровой инструмент. Справочник»
3. «Породоразрушающий инструмент»
4. «Бурение нефтяных и газовых скважин»
5. ru.m.wikipedia.org
www.neuch.ru
