ГЛАВА 5 ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЕ ИНСТРУМЕНТЫ

 

 

В зависимости от вида энергии, реализуемой непосредственно на разушение горной породы на забое скважины, выделяют ряд методов разрушения. К основным относят механический , электрофизический и термический. Главным при бурении на нефть и газ пока остается механический метод воздействия на горную породу породоразрушающими инструментами в виде буровых долот, бурильных головок и коронок.

Механический метод разрушения пород реализуется вращательным ударным способами бурения. При вращательном бурении порода разрушается вращающимся породоразрушающим инструментом, находящимся

джижением породоразрушающими инструментами в постоянном контакте с забоем. Вращение инструмента может осуществляться ротором с поверхности земли или забойным двигателем, установленным непосредственно над породоразрушающим инструментом.

В случае ударного способа бурения породоразрушающему инструменту сообщается вертикальное возвратно-поступательное движение, и скважина как бы выдалбливается ударами инструмента.

Сочетание ударного и вращательного способов бурения дает ударно вращательный или комбинированный способ бурения, который пока не находит широкого применения на нефтяных и газовых месторождениях.

При разработке месторождений твердых полезных ископаемых и в гидротехническом строительстве широко применяют разрушение горных пород гидромониторной струей жидкости. Гидромониторные устройства легко вписываются в существующую технику вращательного бурения, а струя может быть сформирована из жидкости, подаваемой на забой для промывки скважины, смазывания и охлаждения инструмента. Опыты показали, что гидро-мониторное разрушение горной породы в скважине с приемлемой скоростью осуществимо только при проходке рыхлых пород, слагающих лишь поверхностные отложения. Поэтому основное внимание уделяется созданию комбинированных методов разрушения пород: гидромеханического – струи жидкости расчленяют забой, разрушаемый механическим методом; эрозионного

– разрушение породы осуществляют струей жидкости, несущей абразивные частицы (чаще кварцевый песок), и гидромониторными долотами.

Гидромониторные породоразрушающие инструменты нашли широкое промышленное применение. В этом методе основная роль принадлежит механическому разрушению породы вооружением инструментов, а струи жидкости улучшают отделение разрушенной породы (шлама) от забоя
и обеспечивают повышение эффективности работы вооружения. Другие

методы разрушения горных пород в книге не рассматриваются, так как не находят применения при бурении скважин на нефть и газ.

 

Функции породоразрушающих инструментов и их функциональные системы

 

Функциями породоразрушающих инструментов на забое являетсяразрушение (измельчение) горной породы, формирование ствола скважины и удаление измельченной породы (шлама) с забоя. В случае бурения с отбором образцов горной породы (кернов) возникает дополнительная функция по формированию керна в центре забоя скважины.

В соответствии с назначением к породоразрушающим инструментам предъявляют следующие требования:

1) высокая разрушающая способность, которая оценивается величиной проходки за один оборот инструмента (интенсивностью разрушения) и может изменяться от сотых долей миллиметра до нескольких мил-лиметров за один оборот инструмента;

2) высокая износостойкость, которая характеризуется временем работы инструмента до отказа;

3) низкая энергоемкость разрушения породы (требование по энергосбережению);

4) низкая стоимость метра бурения инструментом;

5) взаимозаменяемость породоразрушающих инструментов (отечественные и зарубежные инструменты имеют одинаковый ряд диаметров в соответствии со стандартом Американского нефтяного института).

Функциональные системы породоразрушающих инструментов делятся на четыре группы, которые рассмотрены ниже на примере двух принципиально разных конструкций породоразрушающих инструментов (долот), показанных на рисунке 5.1.

1) корпус 1 с присоединительной резьбой 2, предназначенный для размещения всех систем инструмента и присоединения его к бурильным трубам или к валу забойного двигателя;

2) вооружение в виде режущих элементов 3 (рис. 5.1 а) или инденторов (рис. 5.1 б), непосредственно взаимодействующих с горной породой при бурении;

3) система промывки забоя, очистки и охлаждения деталей породоразрушающих инструментов (на рис. 5.1 видны гидромониторные насадки 4 системы промывки);

опоры шарошек и система смазки 5 подшипников опоры (в случае

  шарошечных породоразрушающих инструментов).

На долотах преимущественно выполняется коническая замковая резьба, которая обозначается буквой З, например З-117. Цифра 117 – округленное значение диаметра основания замкового конуса. В таблице 5.1 приведены диаметры долот и соответствующие им условные обозначения замковых резьб.

 

а		б
				2

1  5

 

4

 

 3

 

 

Рис. 5.1. Долото лопастное (режуще-истирающее ) (а) и шарошечное (дробящее-скалывающее) (б) конструкции ОАО «Волгабурмаш»

 

Исходя из принципа взаимозаменяемости породоразрушающих инст-рументов, резьбы во всем мире изготавливают в соответствии с американ-ским стандартом. Размеры зарубежных аналогов приведены в дюймах. Резьбы в столбцах таблицы идентичны.

На рис. 5.1 а резьба закрыта предохранительным колпаком, защищающим ее от повреждения при транспортировке. На рис. 5.1 б колпак снят.

Породоразрушающие инструменты классифицируются по всем функциональным системам. Ниже рассматривается классификация только по вооружению, а остальные будут рассмотрены по мере изучения соответствующих систем.

Породоразрушающие инструменты по общему назначению делятся на три группы:

1) долота – для бурения сплошным забоем (пример долот показан на рис. 5.1;

2) бурильные головки – для бурения кольцевым забоем с отбором керна (образцов горных пород, проходимых скважиной);

3) инструменты специального назначения (вспомогательные инструменты

Действия на забой делится на четыре подгруппы:

 

 

Таблица 5.1

	Присоединительные замковые резьбы долот
Диаметр	93,0–	120,6	132,0–	190,5–	244,5–	374,6 и
долота, мм	112,0		187,3	215,9	349,2	более
Шифр	З-66	З-76	З-88	З-117	З-152	З-177
резьбы
Зарубежные	3	7	1	1	5	5
аналоги	2 8 Reg	2 8 Reg	3 2 Reg	4 2 Reg	6 8 Reg	7 8 Reg

 

 

1. режуще-скалывающего действия (РС) – вооружение выполняется в виде лопастей со сплошной режущей кромкой, которая во время бурения находится в постоянном контакте с разрушаемой горной породой;

2. режуще-истирающего действия (РИ) – вооружение выполняется в виде резцов или элементов других форм, выступающих над поверхностями лопастей, секторов или шарошек и образующих гребенчатую режущую систему, которая во время бурения находится в постоянном или длительном периодическом контакте с забоем (пример лопастного РИ-долота показан на рис. 5.1 а);

3. дробяще-скалывающего действия (шарошечные) – вооружение выполняется в виде фрезерованных зубьев или вставных зубков, размещенных на шарошках, и во время бурения каждый элемент имеет кратковременный периодический контакт с забоем (пример шарошечного долота показан на рис. 5.1 б); дробящего действия, которые предназначены для ударного бурения.

Инструменты четвертой подгруппы в книге не рассматриваются, т.к. при бурении на нефть и газ не применяются.

Все породоразрушающие инструменты делятся на типы в соответствии с твердостью горных пород, для которых они предназначены, и на два класса в соответствии с абразивностью горных пород. Типы и классы породоразрушающих инструментов приведены в таблице 5.2.

 

 

Таблица 5.2

Типы и классы породоразрушающих инструментов

Группы горных

Мягкие

Средней

Твердые

Крепкие

Очень

пород

твердости

крепкие

Типы

1-го класса

М

МС

С

СТ Т

ТК

–

–

2-го класса

МЗ

МСЗ

СЗ

– ТЗ

ТКЗ

К

ОК

Подгруппы

1-3

2-3

2-3

3

3

инструментов

 

Из таблицы 5.2 видно, что долота типа М (для мягких пород) изготавливаются всех трех подгрупп, типа С (для пород средней твердости) и типа Т (для твердых пород – второй и третьей подгрупп), типа К (для крепких пород) и типа ОК (для очень крепких пород) – только третьей подгруппы. Долота типов К и ОК по характеру воздействия на породу близки к инструментам дробящего действия. Понятие «крепкие» весьма условно и было использовано для разделения очень твердых горных пород на две группы. Позднее это понятие вошло в ГОСТы и закрепилось. Деление породоразрушающих инструментов на подгруппы весьма условно, так как вид разрушения горных пород зависит не только от конструкции вооружения, но и от твердости горных пород.

Долота первого класса предназначены для разбуривания неабразив-ных горных пород, а долота второго класса – для абразивных пород. В горных породах средней абразивности классы долот конкурируют.

Горные породы могут чередоваться по твердости. Для таких интерва-лов бурения предназначены промежуточные типы долот. Например, долота первого класса М, С и Т относятся к основным типам, а долота МС и СТ – к промежуточным типам. Долота второго класса МЗ, СЗ, ТЗ, К и ОК отно-сятся к основным типам, а долота МСЗ и ТКЗ – к промежуточным типам.

 

---

Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 1318; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!