Породоразрушающие инструменты

Назначение и классификация породоразрушающих инструментов

Породоразрушающий инструмент (ПРИ) предназначен для разрушения горной породы на забое при бурении скважин.

По назначению весь ПРИ делится на три большие группы:

1) для бурения сплошным забоем (без отбора керна), разрушающий породу по всей площади забоя – буровые долота;

2) для колонкового бурения (с отбором керна), разрушающий породу по периферии забоя, т.е. кольцевым забоем – бурильные головки;

3) для специальных работ в пробуренной скважине (выравнивание и расширение ствола) и в обсадной колонне (разбуривание цементного камня) и т.д. – долота специального назначения.

По принципу разрушения породы весь ПРИ делится на:

· ПРИ режуще-скалывающего действия, разрушающий породу лопастями, наклонными в сторону вращения долота;

· ПРИ дробящего действия; ü

ý шарошечные долота

· ПРИ дробяще-скалывающего действия; þ

· ПРИ истирающе-режущего действия, разрущающий породу алмазными зернами или твердосплавными штырями, располагающимися в торцевой части ПРИ или в кромках вертикально расположенных по отношению к забою скважины лопастей и твердосплавными штырями, расположенными на сферической шарошке одношарошечного долота.

По конструктивному исполнению ПРИ делится на три группы:

1) лопастной;

2) шарошечный;

3) секторный.

По материалу породоразрушающих элементов ПРИ делится на четыре группы:

1) со стальным вооружением;

2) с твердосплавным вооружением;

3) с алмазным вооружением;

4) с алмазно-твердосплавным вооружением.

Конструкции, достоинства и недостатки, области применения буровых долот

Лопастные долота

При бурении нефтяных и газовых скважин применяют трехлопастные долота ЗЛ и ЗИР, а также шестилопастные 6ИР. Лопастное долото ЗЛ состоит из корпуса, верхняя часть которого имеет ниппель с замковой резьбой для присоединения к бурильной колонне, и трех приваренных к корпусу долота лопастей, расположенных по отношению друг к другу под углом 120 градусов. Для подвода бурового раствора к забою долото снабжено промывочными отверстиями, расположенными между лопастями.

Лопасти выполнены заостренными и слегка наклонными к оси долота в направлении его вращения. В этой связи по принципу разрушения породы долота ЗЛ относят к долотам режуще-скалывающего действия, так как под влиянием нагрузки лопасти врезаются в породу, а под влиянием вращающего момента скалывают ее.

Долота ЗЛ предназначены для бурения в неабразивных мягких пластичных породах (тип М), для бурения в неабразивных мягких породах с пропластками неабразивных пород средней твердости (тип МС) и отчасти для бурения в неабразивных породах средней твердости.

Для увеличения износостойкости долот их лопасти укрепляют (армируют) твердым сплавом. У долот типа М в прорезанные по определенной схеме пазы на лопастях наплавляют зернистый твердый сплав релит и лопасть покрывают чугуном, а у долот типа МС в пазы укладывают и припаивают твердосплавные пластинки и покрывают лопасти релитом.

Долота ЗЛ выпускают как с гидромониторными насадками, так и без. В последнем случае выходные кромки промывочных каналов армируют релитом.

Согласно ОСТ 26-02-1282-75 «Долота лопастные» предусмотрен выпуск долот ЗЛ диаметром от 120,6 до 489,9 мм.

Долота 3ИР в сравнении с ЗЛ имеют следующие отличительные особенности. Три лопасти выполнены притупленными, а не заостренными и приварены к корпусу так, что они сходятся на оси долота, а не наклонены к ней. Лопасти долота армируются также как и у ЗЛ типа МС, но с дополнительным усилением кромок лопастей , контактирующих с забоем и стенкой скважины, твердосплавными зубками (штырями).

Такая особенность вооружения позволяет долоту ЗИР разрушать породу резанием (микрорезанием) и истиранием абразивных мягких пород с пропластками абразивных пород средней твердости (тип МСЗ).

Отраслевым стандартом ОСТ 26-02-1282-75 предусмотрено изготовление долот ЗИР диаметром от 190,5 до 269,9 мм.

Долота 6ИР имеют три основные лопасти, предназначенные для разрушения породы на забое, и три дополнительные укороченные лопасти, калибрующие стенку скважины. Основные лопасти притуплены и сходятся на оси долота. Дополнительные лопасти также притуплены и распложены между основными лопастями. Эти долота относятся к типу С.

Отраслевым стандартом ОСТ 26-02-1282-75 предусмотрено изготовление долот 6ИР диаметром от 139,7 до 269,9 мм.

Несмотря на простоту конструкции, лопастные долота имеют ряд существенных недостатков:

- интенсивный износ лопастей в связи с непрерывным контактом режущих и калибрующих ствол скважины кромок лопастей долота с забоем и стенками скважины;

- сужение ствола скважины в процессе бурения из-за относительно быстрой потери диаметра долота;

- относительно высокий крутящий момент на вращение долота;

- неудовлетворительная центрируемость на забое, приводящая к интенсивному непроизвольному искривлению.

Отмеченные недостатки объясняют причины редкого применения лопастных долот в практике бурения нефтяных и газовых скважин даже при разбуривании мягких пород.

Шарошечные долота

Шарошечным долотом называется такой породоразрушающий инструмент, у которого основным рабочим органом является шарошка — стальная конусообразная деталь, свободно посаженная на ось и несущая на своей поверхности инденторы — зубцы, штыри (рис.11). 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.

В нашей стране на долю шарошечных долот приходится свыше 90 % объема глубокого бурения.

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

Всем венцам шарошек присвоены буквенные индексы по направлению от вершины к основанию: А,Б,В,Г. Венец, расположенный у основания шарошки, называют периферийным. 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 трех­шарошечных долот только первая шарошка имеет полный конус, а две (вторая и третья по ходу часовой стрелки с торца) имеют форму усеченного конуса. Шарошки нумеруются в зависимости от числа зубьев на венце А. Первая имеет на этом венце наименьшее, а третья наибольшее число зубьев.

Шарошечные долота выпускаются в соответствии с ГОСТ 20692—75 (таблица). Этим документом предусматривается изготовление шарошечных долот 13 типов, 39 различных номинальных диаметров - от 46 до 508 мм. Типы долот отличаются друг от друга конструкцией и расположением шарошек и зубцов на них, а также конструкцией опор 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.

Таблица