Студопедия — ПОРОДОРУЙНУЮЧИЙ ІНСТРУМЕНТ
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

ПОРОДОРУЙНУЮЧИЙ ІНСТРУМЕНТ






 

6.1. Призначення та класифікація породоруйнуючих інструментів

 

Породоруйнуючі інструменти призначені для концентрованої передачі енергії гірській породі з метою її руйнування і створення свердловини циліндричної форми.

Руйнування гірської породи при обертальному бурінні відбувається в результаті дії сил: вертикального (осьового) навантаження на долото від ваги бурильної колони та горизонтальної сили від крутного моменту при обертанні бурильної колони або валу вибійного двигуна.

Характер руйнування гірських порід залежить від їх твердості та пластичності. М’які пластичні породи (наприклад, глини) ефективно руйнуються різанням. Ефективність їх руйнування збільшується із збільшенням гострості робочих (ріжучих) елементів долота.

Для порід середньої твердості (глинисті сланці, аргіліти та інші) застосовують долота, які забезпечують поєднання дроблення породи із сколюванням. У таких доліт робочий елемент проникає в породу внаслідок його удару об вибій, а сколювання породи відбувається за рахунок ковзання робочого елемента долота відносно площини вибою в результаті обертання долота.

Долота дроблячо-сколюючої дії повинні мати достатню довжину та загострення робочих елементів, що забезпечує їх проникнення в розбурювану гірську породу на велику глибину.

Тверді абразивні породи найефективніше руйнуються дробленням в результаті ударів робочих елементів об породу. Тому робочі елементи долота повинні бути достатньо міцними.

Тверді і міцні малоабразивні породи добре руйнуються мікрорізанням. Робочі елементи доліт, які забезпечують руйнування порід мікрорізанням, повинні мати дуже високу твердість, а їх кількість повинна бути такою, щоб забезпечити руйнування породи на всій поверхні вибою.

За характером руйнування породи бурові долота класифікуються на:

1. долота ріжуче-сколюючої дії, які призначені для розбурювання в'язких і пластичних порід невеликої твердості та малої абразивності;

2. долота дроблячо-сколюючої дії, які призначені для розбурювання неабразивних і абразивних порід середньої твердості;

3. долота дроблячої дії, які призначені для розбурювання неаб­разивних і абразивних твердих, міцних та дуже міцних порід;

4. долота ріжучо-стираючої дії, які призначені для буріння в неабразивних породах середньої твердості і твердих, а також для розбурювання абразивних і неабразивних порід, що чергуються за твердістю.

За призначенням бурові долота можуть бути об'єднані в три групи:

1. для руйнування породи з утворенням суцільного вибою свердловини (буріння без відбору керна);

2. для руйнування породи з утворенням кільцевого вибою свердловини (буріння з відбором керна);

3. для виконання спеціальних робіт.

За конструктивним виконанням бурові долота поділяються на:

1. лопатеві;

2. шарошкові;

3. алмазні і твердосплавні.

 

6.2. Бурові долота для буріння свердловин суцільним вибоєм

 

Для буріння свердловин суцільним вибоєм застосовують лопатеві, шарошкові, алмазні і твердосплавні долота.

Лопатеві долота. При бурінні нафтових і газових свердловин застосовують лопатеві долота ріжуче-сколюючого (дволопатеві – 2Л, трилопатеві – 3Л) і ріжучо-стираючого (трилопатеві – 3ИР, шестилопатеві – 6ИР, ІНМ) типів.

Долота 2Л і ЗЛ використовують для буріння в неабразивних м'яких пластичних породах і для буріння в неабразивних м'яких породах з пропластками неабразивних порід середньої твердості.

 

Рис. 6.1 Дволопатеве долото 2Л

 

Долота 2Л (рис. 6.1) виготовляють суцільнокованими, а долота 3Л

(рис. 6.2, а) – зварними.

Дволопатеве долото (2Л) складається із корпуса і двох лопатей, відштампованих як єдине ціле.

Трилопатеві долота мають ширше застосування, ніж дволопатеві. Долото 3Л (рис. 6.2, а) складається із корпуса, верхня частина якого має ніпель із замковою різьбою для приєднання до бурильної колони, і трьох приварених до корпуса долота лопатей, які розміщені стосовно одна до одної під кутом 120°. Для направлення потоку промивальної рідини до вибою долото має отвори, які розміщені між лопатями.

Лопаті виконані загостреними і дещо нахиленими до осі долота в напрямку його обертання. Лопаті укріплюють (армують) твердими сплавами. У доліт типу М прорізані пази на лопатях, в які наплавляють зернистий твердий сплав і лопать покривають чавуном. У доліт типу МС в пази вставляють і припаюють твердосплавні пластинки і покривають лопаті зернистим твердим сплавом. У доліт обох типів найбільше укріплюють ріжучі краї лопатей та їх бічні поверхні, які знаходяться в постійному контакті з породою і швидше зношуються.

 

а – 3Л; б – 3ИР

 

Рис. 6.2 Трилопатеві долота

 

Долота 3Л випускають з промивальними отворами, краї яких укріплені зернистим твердим сплавом, а також з промивальними отворами з встановленими в них мінералокерамічними змінними соплами (насадками).

Долотам із змінними соплами, або гідромоніторні, дозволяють здійснювати промивання свердловини із швидкістю руху струменя рідини із насадки 80 – 120 м/с.

Долота 2Л випускають діаметром від 76,0 до 165,1 мм із звичайною системою промивання. Долота ЗЛ – від 120,6 до 469,9 мм із звичайним та гідромоніторним промиванням.

Вадою доліт 2Л і 3Л є інтенсивне зношування їх лопатей від контакту ріжучих та калібруючих країв лопатей з вибоєм та стінкою свердловини.

При бурінні лопатевими долотами необхідно створювати підвищений крутний момент, який збільшує затрати енергії на руйнування породи і сприяє викривленню свердловини.

Долота “3ИР” (рис. 6.2, б) мають притуплені і приварені до корпуса лопаті, які сходяться на осі. Краї лопатей додатково укріплені твердосплавними штирями (вставками).

Ці долота застосовуються для буріння в абразивних м'яких породах з пропластками абразивних порід середньої твердості. Вони руйнують гірську породу за принципом одночасного різання (мікрорізання) і стирання. Долота "ЗИР" випускають діаметром від 190,5 до 269,9 мм.

Долота "6ИР" мають три основні лопаті, які служать для руйнування породи вибою і три додаткові укорочені лопаті, які калібрують стінку свердловини. Лопаті укріплені твердими сплавами приблизно за такою схемою, як долота "3ИР".

Руйнування породи здійснюється за принципом різання (мікрорізання) та стирання. Ці долота призначені для буріння в породах середньої твердості. Їх виготовляють діаметром від 139,7 до 269,9 мм без насадок та з насадками.

Долота «ІНМ» в лопатевому виконанні виготовляють декількох видів. За конструкцією шестилопатеве долото «ІНМ» відрізняється від долота"6ИР" формою робочої поверхні основних трьох лопатей і розміщенням трьох додаткових укорочених лопатей (рис. 6.3).

 

Рис. 6.3. Шестилопатеве долото «ІНМ»

 

Основні лопаті сходяться на осі долота, а додаткові розміщені асиметрично стосовно основних. Всі шість лопатей розміщені перпендикулярно до площини вибою і тому порода руйнується різанням (мікрорізанням) та стиранням. Додаткові лопаті призначені для калібрування стінки свердловини. Виготовляють долота суцільно кованими з подальшим фрезеруванням лопатей, або з привареними до корпуса долота лопатями. Лопаті армують надтвердим матеріалом "Славутич", який має високу зносостійкість. Промивальні отвори просвердлені в корпусі долота. Випускають долота діаметром від 91,4 до 391,3 мм без насадок та з насадками.

Шарошкові долота. Основний об'єм буріння нафтових і газових свердловин виконується шарошковими долотами. Шарошкові долота мають переваги порівняно з лопатевими:

1. площа їх контакту з вибоєм набагато менша, а довжина робочих елементів більша, що значно підвищує ефективність руйнування гірських порід;

2. шарошки долота перекочуються по вибою на відміну від лез лопатевого долота, ковзаючих по ньому, внаслідок чого інтенсивність зносу зубців шарошок значно менша за інтенсивність зносу лопатевих доліт;

3. внаслідок перекочування шарошок по вибою крутний момент, необхідний для обертання долота, порівняно невеликий, тому небезпека заклинювання долота зводиться до мінімуму.

Вади шарошкових доліт – низький ресурс служби опор долота та низька стійкість зубців шарошки.

При бурінні нафтових і газових свердловин використовують одно-, дво-, три-, чотири- і шестишарошкові долота. Найбільше розповсюдження одержали тришарошкові долота.

Стандартом передбачено випуск шарошкових доліт діаметром від 46 до 508 мм для розбурювання порід з різними механічними та абразивними властивостями. Випускають 13 типів шарошкових доліт, які використовують в різних за твердістю породах (табл. 6.1).

Таблиця 6.1

Область застосування тришарошкових доліт

 

Тип долота М МЗ МС мсз С СЗ СТ Т ТЗ ТК ТКЗ К ОК
Гірська порода М'яка М'яка абразив­на М'яка з пропластками се­редньої твердо­сті М'яка абразив­на з пропластками середньої твердості Середньої твер­дості Абразивна се­редньої твердо­сті Середньої твер­дості з пропластками твердої Тверда Тверда абрази­вна Тверда з пропластками міц­ної Тверда абрази­вна з пропластками міцної Міцна Дуже міцна
Категорія твердості 1–2 1–3 3–4 3–5 4–5 4–6 5–6 6–7 6–8 7–8 7–10 8–10 10–12

 

Тришарошкові долота.Тришарошкові долота виготовляють зварюванням між собою трьох кованих секцій (лап) (рис. 6.4). На цапфах долота на підшипниках обертаються шарошки. Шарошки мають

 

а – гідромоніторне з відкритою опорою;

б – гідромоніторне з

герметизованою опорою;

А-А – промивальний отвір із соплом (насадкою)

 

Рис. 6.4. Тришарошковедолото

породоруйнуючі елементи, конструкція яких визначається механічними та абразивними властивостями порід. Для циркуляції промивальної рідини долото має промивальні отвори. Приєднання долота до бурильної колони здійснюється з допомогою подовженої замкової різьби.

Підшипники шарошок доліт змащуються промивальною рідиною, яка проникає до них по зазору між основою шарошки та упорною поверхнею цапфи. Застосувують також долота з герметизованою опорою, у яких мастило надходить до тіл кочення і тертя з еластичного балону по наявному в лапі і цапфі каналу.

У залежності від того, для буріння в яких породах призначено долото, шарошки мають різні породоруйнуючі елементи – фрезеровані або вставні зубці із спеціальних твердих сплавів. Вставні зубці мають клиновидну або сферичну контактну поверхню і запресовуються в гнізда, що просвердлені у тілі шарошки. Шарошки з фрезерованими або накатаними зубцями використовують в долотах, призначених для руйнування неабразивних порід. Шарошки із зубцями з твердих сплавів призначені для розбурювання абразивних порід та порід з дуже високою твердістю. На шарошках породоруйнуючі елементи розміщують, як правило, концентричними вінцями.

Шарошки доліт типів М, МС, С, СТ і Т мають вифрезеровані або накатані зубці. Для доліт від типу М до типу Т висота і крок зубців зменшуються, а кут при вершині зубця збільшується.

Шарошки доліт типу М мають найменшу кількість вінців, а доліт типу Т – найбільшу.

Шарошки доліт типу ТК на внутрішніх вінцях мають фрезеровані або накатані зубці призматичної форми, а на периферійних вінцях – вставні зубці з твердого сплаву із сферичною породоруйнуючою поверхнею.

Шарошки доліт типів К і ОК мають на всіх вінцях зубці із твердого сплаву із сферичною породоруйнуючою поверхнею.

Шарошки доліт типів МЗ, МСЗ, СЗ, ТЗ і ТКЗ призначені для буріння абразивних порід, оснащені запресованими в тіло шарошки твердосплавними зубцями, що мають клиновидну породоруйнуючу поверхню.

Долото контактує з вибоєм зубцями всіх шарошок. Відношення суми довжин зубців, які одночасно контактують з вибоєм, до радіуса долота називається коефіцієнтом перекриття. У доліт з багатоконусними шарошками із зміщеними осями він дорівнює 0,7 – 1,3, а у доліт з одноконусними шарошками без зміщення осей – 1,5 – 1,9.

При роботі долота на вибої його опори повинні забезпечувати вільне обертання шарошок навколо цапф, передачу навантаження на вибій від бурильної колони через цапфи і тіла кочення або поверхні тертя породоруйнуючим елементам.

Найбільше розповсюдження одержали такі типи опор:

В – всі підшипники кочення;

Н – один підшипник ковзання, а решта – кочення;

А – два і більше підшипники ковзання, а решта – кочення.

Випускають долота з відкритою опорою та з ущільнюючими кільцями з резервуаром для мастила. Долота з ущільнюючими кільцями і резервуаром для мастила позначаються літерою "У".

Підшипники сприймають радіальну та осьову складову навантаження На долото Як радіальні використовуються роликові і кульові підшипники та підшипники ковзання, в якості радіально-упорних – кульові підшипники, а як упорні – підшипники ковзання.

Застосування в роторному бурінні тришарошкових доліт з герметизованими мастилонаповненими опорами збільшує їх стійкість у середньому на 30 % порівняно з долотами аналогічних конструкцій без герметизації опор.

За розміщенням та конструкцією промивальних каналів шарошкові долота поділяються на долота:

1. з центральним промиванням – Ц;

2. з боковим гідромоніторним промиванням – Г;

3. з центральним продуванням – П;

4. з боковим продуванням – ПГ.

Тришарошкові долота можуть мати промивальні отвори в центрі долота, коли потік промивальної рідини спрямовується на шарошки, забезпечуючи охолодження та очищення їх від вибуреної породи.

Більшість моделей тришарошкових доліт виготовляють з боковим розміщенням промивальних отворів. У них промивальна рідина направляється між шарошками до вибою, забезпечуючи достатнє охолодження шарошок, добре очищення вибою від вибуреної породи і сприятливі умови для руйнування породи породоруйнуючими елементами долота.

Для ефективного процесу руйнування гірської породи в промивальні отвори вставляють насадки (сопла) і створюють швидкість витікання рідини не менше, ніж 80 м/с. Долота з такими насадками називають гідромоніторними.

Одношарошкові долота використовують для буріння роторним способом в тріщинуватих, малоабразивних породах середньої твердості, що залягають на великих глибинах. Долото складається з однієї кованої секції, на цапфі якої на підшипниках розміщена шарошка із запресованими в неї твердосплавними зубцями з півсферичною або клиноподібною робочою поверхнею (рис. 6.5).

Шарошка має форму кулі, зрізаної біля основи цапфи, і змонтована так, щоб її центр лежав на осі обертання долота.

Тому при обертанні шарошки породоруйнуючі елементи не відриваються від вибою, що обумовлює її ріжуче-сколюючу дію на породу.

Для підводу промивальної рідини до вибою долото має один похилорозміщений промивальний отвір.

 

1. – сферична шарошка; 2 – твердоставні породоруйнуючі елементи; 3 – промивальний отвір;

4 – приєднувальна різьба; 5 – корпус долота;

6 – цапфа; 7 – підшипники

 

Рис. 6.5Одношарошкове долото

 

 

Алмазні долота призначені для руйнування різанням (мікрорізанням) і стиранням неабразивних порід середньої твердості і твердих. Із-за високої вартості алмазних доліт, їх доцільно застосовувати на великих глибинах (більше 3000 м), де вони забезпечують значну проходку на долото, що скорочує затрати часу на спуско-підіймальні роботи для заміни долота.

Алмазне долото складається із стального корпуса із з'єднувальною різьбою і фасонної алмазонесучої головки (матриці) (рис. 6.6).

Матрицю виготовляють методом пресування і спікання суміші спеціально підібраних порошкоподібних твердих сплавів. Алмази закріплюють у зовнішньому шарі порошкоподібного твердого сплаву алмазонесучої головки.

Алмазні долота виготовляють двох модифікацій:

1. одношарові з розміщенням відносно великих алмазів у поверхневому шарі, що поділяються на:

а) радіальні;

б) спіральні;

в) ступеневі.

2. імпрегновані, матриця яких виготовлена із ретельно змішаного порошкоподібного твердосплавного матеріалу з подрібненими природними або синтетичними алмазами.

 

1 – корпус; 2 – приєднувальна різьба; 3 – матриця; 4 – алмазовміщуючі сектори;

5 – промивальні канали; 6 – промивальні отвори

 

Рис. 6.6. Алмазне долото

 

Спіральні алмазні долота призначені для буріння вибійними двигунами в малоабразивних породах середньої твердості і твердих. Вони мають три промивальні отвори, які переходять в радіально-сферичні спіральні канали, що направляють рідину до периферії долота.

Радіальні алмазні долота застосовуються при бурінні з вибійними двигунами та роторним способом при розбурюванні порід середньої твердості та твердих. Долота мають три промивальні отвори.

Ступеневі алмазні долота призначені для буріння в неабразивних породах середньої твердості вибійними двигунами та роторним способом. Промивальна рідина поступає до вибою по шести промивальних отворах.

Імпрегновані алмазні долота застосовуються при бурінні вибійними двигунами в малоабразивних середніх, середньої твердості і твердих породах. Промивальна рідина підводиться до вибою через промивальний отвір, розміщений у центрі долота.

Діаметр алмазних доліт на 2 – 3 мм менший відповідних діаметрів шарошкових доліт, що пов'язано із створенням безпечних умов для переходу до буріння цими долотами після шарошкових, в яких у міру зносу зменшується діаметр.

Твердосплавні долота ІНМ. Поряд з алмазними широко застосовуються твердосплавні долота, контактні сектори яких армовані твердим сплавом "Славутич" і зубцями, виготовленими з твердого сплаву. Вони застосовуються при бурінні вибійними двигунами в неабразивних породах середньої твердості.

Долота ІНМ руйнують породу аналогічно алмазним долотам за принципом різання (мікрорізання) і стирання.

Долото складається із стального корпуса, на торцевій профільній поверхні якого, виконаній у вигляді радіально розміщених секторів, і калібруючій стінку свердловини поверхні, є зубці-вставки з твердого сплаву “Славутич” (рис. 6.7).

З’єднують долото з бурильною колоною або валом вибійного двигуна за допомогою замкової різьби.

 

1 – корпус;

2 – приєднувальна різьба; 3 – різці-вставки; 4 – насадка;

5 – промивальні канали

 

Рис. 6.7. Твердосплавне долото ІНМ типу М

 

Промивальна рідина із насадок надходить у промивні канали між секторами долота.







Дата добавления: 2015-10-12; просмотров: 1894. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Расчетные и графические задания Равновесный объем - это объем, определяемый равенством спроса и предложения...

Кардиналистский и ординалистский подходы Кардиналистский (количественный подход) к анализу полезности основан на представлении о возможности измерения различных благ в условных единицах полезности...

Обзор компонентов Multisim Компоненты – это основа любой схемы, это все элементы, из которых она состоит. Multisim оперирует с двумя категориями...

Композиция из абстрактных геометрических фигур Данная композиция состоит из линий, штриховки, абстрактных геометрических форм...

Тема 2: Анатомо-топографическое строение полостей зубов верхней и нижней челюстей. Полость зуба — это сложная система разветвлений, имеющая разнообразную конфигурацию...

Виды и жанры театрализованных представлений   Проживание бронируется и оплачивается слушателями самостоятельно...

Что происходит при встрече с близнецовым пламенем   Если встреча с родственной душой может произойти достаточно спокойно – то встреча с близнецовым пламенем всегда подобна вспышке...

Ваготомия. Дренирующие операции Ваготомия – денервация зон желудка, секретирующих соляную кислоту, путем пересечения блуждающих нервов или их ветвей...

Билиодигестивные анастомозы Показания для наложения билиодигестивных анастомозов: 1. нарушения проходимости терминального отдела холедоха при доброкачественной патологии (стенозы и стриктуры холедоха) 2. опухоли большого дуоденального сосочка...

Сосудистый шов (ручной Карреля, механический шов). Операции при ранениях крупных сосудов 1912 г., Каррель – впервые предложил методику сосудистого шва. Сосудистый шов применяется для восстановления магистрального кровотока при лечении...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.01 сек.) русская версия | украинская версия