Породоразрушающий иструмент

 

 

       А                  А-А

 

 Алмазное радиальное долото типа ДР для бурения среднеабразивных средней твердости и твердых пород

 

Рис.3.9Схема работы забойного  шламоуловителя

 

Алмазное радиальное долото типа ДТ для бурения мягких и средней твердости пород

1.Перед спуском  алмазного долота последние два-три  рейса необходимо проводить шарошечным  долотом с одновременной очисткой скважины от металла и крупного шлама с помощью забойного шламоуловителя, установленного над долотом при роторном бурении и над турбобуром при турбинном бурении (рис. 3.9).

2.В случае  необходимости дополнительной очистки  скважины и калибровки ствола  следует сделать специальный  рейс забойного шламоуловителя. При турбинном бурении алмазным долотом для более интенсивного выноса разбуренной породы из призабойной зоны на валу турбобура устанавливается чехол-отражатель, изменяющий направление струи из ниппеля турбобура, и тем самым способствующий лучшему выносу выбуренной породы.

При разбуривании упругохрупких и упругопластичных пород при алмазном бурении происходит объемное разрушение скалыванием и сдвигом. Поэтому одним из условий при подборе рациональных параметров отработки долот является обеспечение усталостного и объемного разрушения породы на забое. Основными критериями при этом должны быть допустимая нагрузка на алмазы и критическая окружная скорость, определяемые соответственно прочностью алмазов, существующими нормами промывки забоя и твердостью пород.

Разрешается применение в бурении алмазных долот и  бурильных головок только в тех случаях, когда их диаметр меньше диаметра ствола скважины. Минимальная разница этих диаметров должна соответствовать, мм:

1,6 — при диаметре алмазных  долот и бурильных головок 91,4...227,0;

2,4 — при диаметре 242,1... 391,3.

Алмазное долото считается полностью отработанным при общей потере 40 % алмазов.

Успешное применение алмазных долот привело к созданию ряда конструкций твердосплавных долот, обеспечивающих аналогичный принцип разрушения горной породы. Украинским научно- исследовательским конструкторско-технологическим институтом синтетических сверхтвердых материалов и инструмента на базе сверхтвердого материала славутича созданы долота типа ИСМ для бурения скважин на нефть и газ. Производство и применение долот ИСМ, армированных вставками из славутича, было начато в 1967 г. Создано более 150 типоразмеров долот и другого, армированного материалом славутич, бурового породоразрушающего инструмента диаметром 91,4... 391,3 мм.

Начиная с 1977 г. при бурении  нефтяных и газовых скважин за рубежом началось широкое применение долот, получивших название стратапакс (торговая марка). Это долота, армированные синтетическими поликристаллическими алмазными вставками. У нас в стране такие породоразрушающие инструменты (долота,коронки) названы долотами (коронками), оснащенными алма- зотвердосплавными пластинами. Долота стратапакс предназначены для разбуривания мягких и средней твердости пород. При бурении долотами этого типа обеспечиваются большие механическая скорость проходки и проходка на долото по сравнению с алмазными и трехшарошечными долотами при меньших энергетических затратах. Это обусловлено тем, что разрушение горных пород осуществляется путем резания (рис. 3.10), которое более эффективно, чем вдавливание (шарошечное долото) и истирание-измельчение (алмазное долото).

 

 

 

 

 

Рис.3.10. Механика разрушения горных пород различными долотами:

1-стратапаск;2-алмазными;3-шарошечными;

А-разбуривание твердых пород (частичное обнажение резца); б-разбуривание мягких пород (полное обнажение резца )в-втирание- истирание-измельчение;г-вдавливание;1-корпус долота;2-алмазно-твердосплавная пластина

Основным режущим  элементом долота является диск диаметром 13,3 или 13,5 мм, который представляет собой слой подвергнутых спеканию под большим давлением и при высокой температуре поликристаллических алмазов на подложке из карбида вольфрама. Толщина алмазного слоя составляет 0,635 мм при толщине диска 2,92 и 7,37 мм. Диски припаивают к державкам цилиндрической формы, которые вмонтированы в корпус долота, или державки впаивают в гнезда, выполненные в матрице долота. Тонкий алмазный слой состоит из многочисленных мелких кристаллов, расположенных хаотично, что обеспечивает высокую ударную прочность и износостойкость диска. Благодаря поликристаллической структуре алмазного слоя и отсутствию плоскостей спайности при износе дисков постоянно возобновляются острые кромки, которые эффективно срезают породу. За счет этого поддерживается высокая механическая скорость проходки в течение всего периода работы долота. Высокая износостойкость поликристаллических алмазов в сочетании с отсутствием движущихся элементов способствует длительной работе породоразрушающего инструмента на забое. Алмазные диски и карбидовольфрамовые подложки к ним за рубежом главным образом производятся фирмой «Дженерал Электрик» (США).Большие размеры резцовстратапакспозволяют обеспечить выступ резцов стратапакс над корпусом долота до 12 ...15 мм. При этом создаются хорошие условия удаления шлама из зоны разрушения породы и исключается контакт корпуса с забоем. Одним из важных преимуществ долот стратапакс является то, что изменение плотности бурового раствора не влияет на механическую скорость проходки.Долота, изготавливаемые различными фирмами, отличаются способом закрепления резцов стратапакс, конструкцией промывочных систем, конфигурацией и материалом корпусов.Долота матричного типа имеют повышенную стойкость к размыву раствором по сравнению с долотами, корпуса которых выполнены Из стали. Однимиз них является долото стратапакс фирмы «Кристансен» (Германия) матричного типа (рис. 3.11).

 

 Рис 3.11 Долото стратапакс фирмы «Кристансен»(Германия) матричного типа

Оно имеет шесть  лопастей, оснащенных 68 резцами стратапакс цилиндрической формы диаметром 13,3 мм. На калибрующей поверхности установлены твердосплавные зубки и природные алмазы. В центральной части долота и в шести радиальных промывочных каналах долота устроены 20 отверстий диаметром 8 мм. Профиль долота параболический, диаметр 214,3 мм.

Долота с  алмазотвердосплавными пластинами — это высокоэффективный инструмент для бурения пород мягких и средней твердости, при разрушении которых резцы сохраняют острые кромки длительное время. При роторном бурении и бурении винтовыми забойными двигателями долота этого типа обеспечивают увеличение механической скорости проходки в 2 раза по сравнению с шарошечными долотами, проходки на долото в 3...7 раз при осевой нагрузке в 2... 2,5 раза меньшей и при сопоставимом крутящем моменте.

Долота стратапакс получили дальнейшее развитие. Так за рубежом используются долота типа балласет (фирма-изготовитель «Нортон Кристансен» — США). В этих долотах применяются режущие элементы из термостойких синтетических поликристаллических алмазов. Данные долота пригодны для эффективного разбурива- ния твердых, плотных и абразивных горных пород. Эффективная работа долот балласет достигается при малой нагрузке на долото и высокой частоте вращения. Долота этого типа успешно используются при бурении глубоких скважин.Алмазные долота и долота, армированные синтетическими поликристаллическими алмазными вставками, очень часто называют алмазным буровым инструментом (АБИ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Бурильная колонна

Бурильная колонна является связующим звеном между долотом, находящимся на забое скважины, и буровым оборудованием, расположенным на поверхности. Она предназначена для подвода энергии (механической, гидравлической, электрической) к долоту, обеспечения подачи бурового раствора к забою, создания осевой нагрузки на долото, восприятия реактивного момента долота и забойного двигателя.Основные элементы, составляющие бурильную колонну, — ведущие трубы, бурильные трубы, бурильные замки, переводники, центраторы бурильной колонны, утяжеленные бурильные трубы.Ведущие трубы предназначены для передачи вращения от ротора к бурильным трубам. Бурильные трубы составляют основную часть колонны. При роторном бурении колонна бурильных труб служит для передачи вращения долоту и подачи бурового раствора к забою скважины. Бурильные замки соединяют между собой отдельные бурильные трубы. Переводники предназначены для соединения элементов бурильных колонн, имеющих разные размеры или разнотипные резьбы, а также присоединения подсобных и ловильных инструментов к бурильным трубам. Центраторы бурильной колонны служат для предупреждения искривления ствола скважины при бурении забойными двигателями. Утяжеленные бурильные трубы, устанавливаемые непосредственно над долотом или забойным двигателем, создают необходимую нагрузку на долото в заданных пределах.

 

 

 

1. Конструкция  элементов бурильной колонны. Трубы бурильные ведущие Они представляют собой толстостенную трубу, имеющую в сечении квадратную, шестигранную или крестообразную форму с концентрично расположенным круглым или квадратным отверстием для прохода бурового раствора.Наиболее распространены ведущие трубы с квадратным сечением (рис.4.1,а). Шестигранные (рис.4.1,б) и крестообразные(рис. 4.1, в) ведущие трубы применяются редко. Ведущие трубы конструктивно выполняются в двух вариантах: сборными, составленными из трех деталей, и цельными.Трубы бурильные ведущие (сборные), изготовляемые предпочтительно квадратного сечения, включают в себя собственно трубу (штангу), верхний переводник (ПШВ) для I соединения ведущей трубы с вертлюгом I и нижний переводник (ПШН) для присоединения к бурильной колонне. Свободный конец верхнего переводника для соединения с вертлюгом снабжен левой замковой резьбой; свободный конец нижнего переводника, предназначенный для соединения с бурильной колонной, имеет правую замковую резьбу.

 

а в   б

Ведущие трубы сборной  конструкции I вследствие простоты изготовления нашли наибольшее распространение. Они изготовляются размерами 65 х 65, 80 х 80, 112 х 112, \ 140x140 и 155x155 мм.

Наряду с ведущими трубами сборной конструкции промышленностью выпускаются : цельнокатаные ведущие трубы. В этом случае конструкция предусматривает исключение резьбового соединения в местах присоединения верхнего и нижнего переводников с ведущей трубой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Бурильные трубы

Бурильные трубы и  соединительные муфты к ним изготовляются  следующих размеров (условный наружный диаметр): 60, 73, 89, 102, 114, 127, 140 и 168 мм с  толщиной стенок от 7 до 11 мм.

В настоящее время  существует несколько разновидностей бурильных труб, различающихся по конструктивному исполнению.

трубы бурильные сборной  конструкции изготовляются двух видов (ГОСТ 631—63): трубы с высаженными  внутрь концами (рис. 4.2, а) и трубы  с высаженными наружу концами (рис. 4.2, б). I Трубы всех типов изготовляются длиной: 6,8 и 11,5 м — при условном диаметре труб 60... 102 мм; 11,5 — при условном диаметре  труб 114... 168 мм.

   б 

Рис. 4.2. Бурильные трубы и муфты к ним:

а — с высаженными внутрь концами; б — с высаженными наружу концами; 1 — ниппель; 2 — муфта

 

Для изготовления бурильных  труб и соединительных муфт к ним | применяется сталь определенной прочности (табл. 4.1).

Таблица 4.1

Характеристики стали для изготовления муфт и бурильных труб

Примечание. Трубы групп прочности  Р и Т изготовляются по соглашению изготовителя с потребителем.

В настоящее время  широко распространены бурильные трубы 11' с высаженными внутрь концами. Эти трубы имеют большую толщину высаженного конца, чем тело трубы, и меньшее проходное сечение, в результате чего увеличивается сопротивление прокачи- 11, ваемого раствора. Трубы с высаженными наружу концами имеют большую прочность высаженной части, чем трубы с высаженными внутрь концами. Внутреннее сечение этих труб не имеет «переходов» в замках, благодаря чему сопротивление прокачиваемой жидкости значительно меньше, чем в трубах с высаженными внутрь концами (табл. 4.2).

Трубы с высаженными внутрь концами

 

 

2.В целях упрочнения  и исключения возможности усталостного разрушения трубы по трубной резьбе применяются бурильные трубы с высаженными внутрь и наружу концами и коническими стабилизирующими поясками (ГОСТ 631 — 75). В практике бурения их называют соответственно ТБВК, ТБНК.

Иногда у стандартных  бурильных труб вследствие безупорного  резьбового соединения замка с трубой происходят усталостные поломки высаженных концов бурильных труб, особенно при роторном способе проводки скважин. В бурильных трубах с блокирующими (стабилизирующими) поясками за счет удлинения у замковых деталей цилиндрической выточки и обточки гладкого пояска на трубе вблизи резьбы достигается плотное сопряжение замка с трубой, навинченного в горячем состоянии. Трубы бурильные с блокирующими поясками позволяют повысить предел выносливости по сравнению со стандартными трубами приблизительно на 40 %.

3.Трубы бурильные с приваренными соединительными концами между собой соединяются посредством крупной замковой резьбы (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Труба бурильная с приварочными замками

 

Отличительная особенность этих труб — замена резьбы сваркой в местах соединения замка с трубой. Трубы этойконструкции могут быть трех типов: ТБП — трубы бурильные с приваренными соединительными концами к трубной заготовке, не имеющей высаженных концов; ТБПВ — трубы бурильные с приваренными соединительными концами к трубной заготовке с высаженными наружу концами; ТБПВЭ отличаются от труб ТБПВ конструкцией соединительных концов. Бурильные трубы типа ТПБ применяются только в турбинном бурении, а типа ТБПВ как в роторном, так и турбинном бурении. Трубы типа ТБПВЭ созданы для бурения скважин электробуром.

4. Трубы бурильные с высаженными наружу концами и нарезанной на них крупной (замковой) резьбой (беззамковые раструбные трубы) предназначены для использования при бурении с погружными забойными двигателями и в роторном бурении.

Для предохранения от коррозии наружную поверхность каждой трубы и муфты окрашивают. На каждой трубе на расстоянии 0,4... 0,8 м от конца выбито клеймо, указывающее следующие данные: марку стали, порядковый номер трубы, номер плавки, месяц и год выпуска, наружный диаметр трубы в дюймах, толщину стенки в миллиметрах наименование или товарный знак завода-изготовителя, клеймо отдела технического контроля (ОТК). Рядом с клеймом эти же данные нанесены светлой краской. Трубы с левой резьбой имеют посредине широкий поясок, нанесенный светлой краской с надписью «левая». Резьба труб и муфт предохранена кольцами от повреждения.