Долото буровое
Долото буровое
Долото
буровое, основной элемент бурового инструмента для механического разрушения
горной породы на забое скважины в процессе её проходки. Термин
"долото" сохранился от раннего периода развития техники бурения,
когда единственным способом проходки скважин было ударное бурение, при котором
долото буровое имело сходство с плотничным инструментом того же наименования.
долото буровое, как правило, закрепляют в конце бурильной колонны, которая
передаёт ему осевое и окружное усилие, создаваемое буровой установкой (в случае
ударного бурения долото буровое подвешивается на канате и наносит удары по
забою скважины за счёт энергии свободного падения).
В
основу классификаций долото буровое положены два признака: назначение и
характер воздействия на породу. По назначению различают 3 класса долото
буровое: для сплошного бурения (разрушение породы по всему забою скважины), для
колонкового бурения (разрушение породы по кольцу у стенок скважины с
оставлением в её центральной части керна) и для специальных целей (разбуривание
цемента в колонне труб, расширение скважины и др.). По характеру воздействия на
породу долото буровое делятся на 4 класса: дробящего действия,
дробяще-скалывающего, истирающе-режущего и режуще-скалывающего. Основные
элементы долото буровое - корпус и рабочая (разрушающая) часть; последняя
определяет три типа долото буровое, широко применяемых в промышленности:
шарошечные, алмазные и лопастные.
Шарошечными
долото буровое осуществляется свыше 90% объёма бурения на нефть и газ; эти
долото буровое наиболее производительны при бурении геологоразведочных
(сплошным забоем) и взрывных скважин в крепких породах. Впервые долото буровое
с коническими шарошками было изобретено в США (1909). Шарошечное долото буровое
(или колонковая бурильная головка) состоит из одной, двух, трёх и более
конических, сферических или цилиндрических шарошек, смонтированных на
подшипниках качения или скольжения или же их комбинации на цапфах секций долото
буровое На наружной поверхности шарошки имеют породоразрушающие элементы -
фрезерованные зубья или запрессованные (запаянные) твёрдосплавные зубки или
комбинации зубьев и зубков. Для повышения износостойкости фрезерованные зубья
армируются твёрдым 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 долото
буровое различны и зависят от физических свойств горных пород. Зубья на конусах
шарошек, как правило, имеют клиновидную форму; твёрдосплавные зубки -
клиновидную или полусферическую рабочие поверхности. В зависимости от
конструкции корпуса, шарошечные долото буровое разделяются на секционные и
цельнокорпусные. В секционных долото буровое корпус сваривается из отдельных
(двух, трёх и четырёх) секций, на цапфах которых монтируются свободно
вращающиеся шарошки. В цельнокорпусных долото буровое корпус литой, к нему
привариваются лапы с шарошками. Для присоединения долото буровое к бурильной колонне
у секционных предусмотрена наружная конусная резьба (ниппель), у корпусных -
внутренняя конусная резьба (муфта). Секции (лапы) и шарошки долото буровое
изготовляются из хромоникельмолибденовых, хромоникелевых и никельмолибденовых
сталей. Шарошечные долото буровое в СССР нормализованы по типам и диаметрам (от
46 до 490 мм) и изготовляются 14 типов для разбуривания мягких, средней
твёрдости, твёрдых, крепких и очень крепких пород. Самое широкое
распространение имеют трёхшарошечные долото буровое В ограниченных объёмах
применяются вставные двух- и трёхшарошечные долото буровое для бурения скважин
турбинным и роторным способами, позволяющие опускать новое и поднимать
отработанное долото буровое внутри колонны бурильных труб без подъёма последних
на поверхность, а также многошарошечные долото буровое для бурения скважин
диаметрами 346-2600 мм реактивно-турбинным способом.
Алмазные
долото буровое (и бурильные головки) состоят из твердосплавной алмазонесущей
рабочей части (матрицы) и стального корпуса с внутренней присоединительной
конусной замковой резьбой. долото буровое отличаются друг от друга формой
рабочей части, качеством алмазов и системой промывки. Матрицы этих долото
буровое изготавливаются методом порошковой металлургии из различных
металлических порошков. Эти порошки обеспечивают хорошее удержание алмазов и
позволяют получать матрицы различной твёрдости и износостойкости. Матрица на
основе вольфрама, его карбида и меди обеспечивает достаточную прочность,
износостойкость и высокую теплопроводность матричного материала. Для
изготовления долото буровое (бурильных головок) применяются технические алмазы
массой 0,05-0,34 кар (на долото буровое диаметром 188 мм расходуется 400-650
кар, или 2000-2500 зёрен алмазов). Алмазные долото буровое 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 определённым схемам и импрегнированные типа
"ДИ" с примерно равномерным распределением мелких зёрен алмазов в
матричном материале. Алмазные долото буровое целесообразно применять при
больших (свыше 3000 м) глубинах скважин. Как правило, стойкость алмазного
долото буровое в 20-30 раз превышает стойкость шарошечного. С 1967 в СССР
широко применяются долото буровое типа "ИСМ", рабочие поверхности
которых армированы вставками из сверхтвёрдого материала "Славутич"
(верхняя часть вставок или 30% высоты - из "Славутича", нижняя - из
твердосплавных порошков, спечённых методом порошковой металлургии). Вставки
закрепляются пайкой в рёбрах корпуса заподлицо. Эти долото буровое
изготовляются диаметрами 138, 142, 158, 188, 212, 241, 267, 293, 317, 344, 392
мм и эффективно работают при бурении мягких и средней твёрдости малоабразивных
и среднеабразивных пород.
Лопастное
долото буровое 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 - твёрдосплавными
цилиндрическими зубками. Лопастные долото буровое применяются для разбуривания
мягких и средней твёрдости пород. В СССР они выпускаются по техническим
нормалям трёхлопастными 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 долото
буровое типа "РХ" ("рыбий хвост"), являющиеся
разновидностью двухлопастных долото буровое К лопастным относятся также долото
буровое для ударно-канатного бурения. Для вспомогательных работ в СССР
выпускаются фрезерные долото буровое типа "ФР" в виде плоскодонных
фрезеров, нижняя рабочая поверхность которых оснащена твердосплавными зубками
или пластинками, выступающими над корпусом долото буровое
Эффективное
бурение скважин обеспечивается своевременной очисткой забоя от выбуренных
частиц породы и подъёмом их на поверхность, а также охлаждением рабочих
элементов долото буровое Это осуществляется обычно продувкой при бурении
неглубоких (до 20 м) скважин, а при бурении глубоких и сверхглубоких -
промывкой. В шарошечных долото буровое применяется два вида промывки: по
центральному каналу и гидромониторная - между шарошками, а в больших корпусных
долото буровое - их комбинация. Форма, сечение, расположение и количество
промывочных каналов зависят от назначения, типа и размера долото буровое В
гидромониторных шарошечных и лопастных долото буровое для увеличения
передаваемой ими гидравлической мощности применяются сменные
минералокерамические или металлокерамические насадки различных диаметров,
преобразующие перепад давлений на долото буровое в скоростной напор, повышающий
эффективность разрушения породы.
Совершенствование
долото буровое осуществляется в направлении улучшения их конструкций
(гидромониторная система очистки забоя скважины, создание новых опор скольжения
и др.), применения новых материалов (высокопрочные твёрдые сплавы, стали
электрошлакового и вакуумно-дугового переплавов), оснащения рабочих элементов
долото буровое алмазами, высокопрочными твёрдыми сплавами и сверхтвёрдыми
материалами. См. также ст. Бурение.
Список литературы
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.
Для
подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.nashstroy.ru