Долото буровое

Долото буровое (далее Д) основной элемент бурового инструмента для механического разрушения горной породы на забое скважины в процессе ее проходки. Термин "долото" сохранился от раннего периода развития техники бурения, когда единственным способом проходки скважин было ударное бурение, при котором Д имело сходство с плотничным инструментом того же наименования. Д, как правило, закрепляют в конце бурильной колонны, которая передает ему осевое и окружное усилие, создаваемое буровой установкой (в случае ударного бурения Д подвешивается на канате и наносит удары по забою скважины за счет энергии свободного падения).

В основу классификаций Д положены два признака: назначение и характер воздействия на породу. По назначению различают 3 класса Д: для сплошного бурения (разрушение породы по всему забою скважины), для колонкового бурения (разрушение породы по кольцу у стенок скважины с оставлением в ее центральной части керна) и для специальных целей (разбуривание цемента в колонне труб, расширение скважины и др.). По характеру воздействия на породу Д делятся на 4 класса: дробящего действия, дробяще-скалывающего, истирающе-режущего и режуще-скалывающего. Основные элементы Д (рис. 1) - корпус и рабочая (разрушающая) часть; последняя определяет три типа Д, широко применяемых в промышленности: шарошечные, алмазные и лопастные.

Шарошечными Д осуществляется свыше 90% объема бурения на нефть и газ; эти Д наиболее производительны при бурении геологоразведочных (сплошным забоем) и взрывных скважин в крепких породах. Впервые Д с коническими шарошками было изобретено в США (1909). Шарошечное Д (или колонковая бурильная головка) состоит из одной, двух, трех и более конических, сферических или цилиндрических шарошек, смонтированных на подшипниках качения или скольжения или же их комбинации на цапфах секций Д На наружной поверхности шарошки имеют породоразрушающие элементы - фрезерованные зубья или запрессованные (запаянные) твердосплавные зубки или комбинации зубьев и зубков. Для повышения износостойкости фрезерованные зубья армируются твердым 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 Д различны и зависят от физических свойств горных пород. Зубья на конусах шарошек, как правило, имеют клиновидную форму; твердосплавные зубки - клиновидную или полусферическую рабочие поверхности. В зависимости от конструкции корпуса, шарошечные Д разделяются на секционные и цельнокорпусные. В секционных Д корпус сваривается из отдельных (двух, трех и четырех) секций, на цапфах которых монтируются свободно вращающиеся шарошки. В цельнокорпусных Д корпус литой, к нему привариваются лапы с шарошками. Для присоединения Д к бурильной колонне у секционных предусмотрена наружная конусная резьба (ниппель), у корпусных - внутренняя конусная резьба (муфта). Секции (лапы) и шарошки Д изготовляются из и сталей. Шарошечные Д в СССР нормализованы по типам и диаметрам (от 46 до 490 мм) и изготовляются 14 типов для разбуривания мягких, средней твердости, твердых, крепких и очень крепких пород. Самое широкое распространение имеют трехшарошечные Д В ограниченных объемах применяются вставные двух- и трехшарошечные Д для бурения скважин турбинным и роторным способами, позволяющие опускать новое и поднимать отработанное Д внутри колонны бурильных труб без подъема последних на поверхность, а также многошарошечные Д для бурения скважин диаметрами 346-2600 мм реактивно-турбинным способом.

Алмазные Д (и бурильные головки) состоят из твердосплавной алмазонесущей рабочей части (матрицы) и стального корпуса с внутренней присоединительной конусной замковой резьбой. Д отличаются друг от друга формой рабочей части, качеством алмазов и системой промывки. Матрицы этих Д изготавливаются методом порошковой металлургии из различных металлических порошков. Эти порошки обеспечивают хорошее удержание алмазов и позволяют получать матрицы различной твердости и износостойкости. Матрица на основе его карбида и меди обеспечивает достаточную прочность, износостойкость и высокую теплопроводность матричного материала. Для изготовления Д (бурильных головок) применяются технические алмазы массой 0,05-0,34 кар (на Д диаметром 188 мм расходуется 400-650 кар, или 2000-2500 зерен алмазов). Алмазные Д 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 определенным схемам и импрегнированные типа "ДИ" с примерно равномерным распределением мелких зерен алмазов в матричном материале. Алмазные Д целесообразно применять при больших (свыше 3000 м) глубинах скважин. Как правило, стойкость алмазного Д в 20-30 раз превышает стойкость шарошечного. С 1967 в СССР широко применяются Д типа "ИСМ", рабочие поверхности которых армированы вставками из сверхтвердого материала "Славутич" (верхняя часть вставок или 30% высоты - из "Славутича", нижняя - из твердосплавных порошков, спеченных методом порошковой металлургии). Вставки закрепляются пайкой в ребрах корпуса заподлицо. Эти Д (рис. 2) изготовляются диаметрами 138, 142, 158, 188, 212, 241, 267, 293, 317, 344, 392 мм и эффективно работают при бурении мягких и средней твердости малоабразивных и среднеабразивных пород.

Лопастное Д (рис. 3) 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 - твердосплавными цилиндрическими зубками. Лопастные Д применяются для разбуривания мягких и средней твердости пород. В СССР они выпускаются по техническим нормалям трехлопастными 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 Д типа "РХ" ("рыбий хвост"), являющиеся разновидностью двухлопастных Д К лопастным относятся также Д для ударно-канатного бурения. Для вспомогательных работ в СССР выпускаются фрезерные Д типа "ФР" в виде плоскодонных фрезеров, нижняя рабочая поверхность которых оснащена твердосплавными зубками или пластинками, выступающими над корпусом Д

Эффективное бурение скважин обеспечивается своевременной очисткой забоя от выбуренных частиц породы и подъемом их на поверхность, а также охлаждением рабочих элементов Д Это осуществляется обычно продувкой (рис. 4, а) при бурении неглубоких (до 20 м) скважин, а при бурении глубоких и сверхглубоких - промывкой. В шарошечных Д применяется два вида промывки: по центральному каналу (рис. 4, б) и гидромониторная - между шарошками (рис. 4, в), а в больших корпусных Д - их комбинация. Форма, сечение, расположение и количество промывочных каналов зависят от назначения, типа и размера Д В гидромониторных шарошечных и лопастных Д для увеличения передаваемой ими гидравлической мощности применяются сменные минералокерамические или металлокерамические насадки различных диаметров, преобразующие перепад давлений на Д в скоростной напор, повышающий эффективность разрушения породы.

Совершенствование Д осуществляется в направлении улучшения их конструкций (гидромониторная система очистки забоя скважины, создание новых опор скольжения и др.), применения новых материалов (высокопрочные твердые сплавы, стали электрошлакового и вакуумно-дугового переплавов), оснащения рабочих элементов Д алмазами, высокопрочными твердыми сплавами и сверхтвердыми материалами. См. также ст. Бурение.

Лит.: 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.

Г. И. Матвеев.

		Новости 21.11.2024 13:24:58

	Copyright © 1999-2024 Oval.ru, All Rights Reserved.