Характеристика и принципы использования буровых долот в процессе бурения скважин

Долота типа ОК внешне мало отличаются от долот типа К. Они предназначены для бурения скважин в очень крепких и очень абразивных породах (кварциты, сливной кварц, джеспилиты, такониты, кремень, крепкие порфириты и др.). Эти долота применяют главным образом в горнорудной промышленности. Они оснащены самым мощным твердосплавным вооружением, оказывающим дробяще-скалывающее воздействие на породы забоя.

Долота типа МСЗ разработаны для бурения мягкосредних абразивных пород (слабосцементированные песчаники, песчанистые мергели, полуабразивные песчано-глинистые моренные отложения, нетвердые карбонатные породы, перемежающиеся с прослойками песчаников и алевролитов и т.п.). Эти долота могут разбуривать также неабразивные мягкие, средние и среднемягкие формации (супеси, суглинки, мел, глины, аргиллиты, известняки и др.).

Долота типа ТК предназначены для бурения твердокрепких пород (конгломераты, очень плотные глины, твердые известняки, доломиты, глинистые сланцы и т.п.). Этими долотами также можно разбуривать средние, твердые и трещиноватые породы.

 

 

 

Материалы, применяемые для изготовления шарошечных долот.

 

Долговечность шарошечных долот определяет эффективность процесса углубления скважин, при этом их прочность и износостойкость во многом определяются правильным выбором и качеством сталей и других конструкционных и упрочняющих металлов и сплавов, резин и смазок.

В связи с тем, что буровые долота эксплуатируются в исключительно тяжелых условиях, подбор сталей и других материалов должен быть строго дифференцирован для каждого отдельного элемента долота — от тел качения и подшипников скольжения до корпусов лап, шарошек и армирующих твердосплавных наплавок.

Опора лапы долота — цапфа, на которой вращается шарошка, подвергается воздействию значительных статических и динамических нагрузок. Особенности условий работы цапфы характеризуются контактно-усталостным изнашиванием в случае негерметизированной опоры. Поэтому сталь, используемая для изготовления лапы долота, должна обеспечивать высокую прочность и вязкость в сочетании с высокой контактной выносливостью и хорошей износостойкостью. Кроме того, конструктивные особенности буровых долот обусловливают необходимость хорошей свариваемости материала лап.

Стали, применяемые для изготовления деталей долот.

 

К материалу корпуса шарошки, особенно с твердосплавным вооружением, предъявляется не менее сложный комплекс требований, поскольку он должен обеспечивать надежное удержание твердосплавных зубков, закрепляемых в отверстиях шарошки способом холодной запрессовки.

Основные материалы (стали), предусмотренные ОСТ 26-02-1315-84 для изготовления лап и шарошек долот приведены в табл. 1.

 

Таблица 1.Стали, применяемые дли изготовления деталей долот

Наименование детали	Диаметр долота, мм	Марка стали
Долото с опорой скольжения
Шарошка	46,0-212,7	17 НЗМА-Ш
	215,9-295,3	16ХНЗМА-Ш
	311,1 и более	18ХНЗМА
Лапа	46,0-151,0	14ХНЗМА-Ш
	158,7-212,7	22ХГНМА-Ш
	215,9	22ХГНМА-Ш
		14ХНЗМА-Ш
	222,3-295,3	22ХГНМА
	311,1 и более	14ХНЗМА
		14Х2НЗМА
Долото с опорой качения
Шарошка	112,0-190,5	17НЗМА-Ш
	215,9-295,3	16ХНЗМА-Ш
		16ХНЗМФА
	311,1 и более	18ХНЗМА
Лапа	112,0-190,5	14ХНЗМА-Ш
	215,9-295,3	14ХЗМА-Ш
	311,1 и более	14ХНЗМА
		14Х2НЗМА

 

Твердые сплавы для изготовления зубков долот.

 

Не менее важным материалом в производстве высококачественных шарошечных долот являются вольфрамокобальтовые твердые сплавы, применяемые для изготовления зубков и армирования зубьев фрезерованных шарошек, козырьков лап и других частей долота, подвергающихся в процессе работы абразивному износу.

В соответствии с ОСТ 26-02-1315-84 твердосплавные зубки должны изготавливаться из сплавов марок: ВК4-В, ВК8-ВК и ВК11-ВК.  сплавов ВК4-В и ВК8-ВК изготавливаются зубки формы Г-54 с плоской вершиной, используемые для армирования обратных конусов шарошек и козырьков лап. Из сплава ВК11-ВК изготавливаются зубки всех остальных форморазмеров: от Г26 со сферической головкой, применяемых в долотах для бурения очень крепких пород, до клиновидных типа М, применяемых в долотах для бурения мягких абразивных пород.

В отличие от сталей для изготовления лап и шарошек и твердых сплавов для изготовления зубков, материалы, применяемые в большом подшипнике скольжения долот с герметизированной опорой более разнообразны. И если рабочую (нагруженную) поверхность цапфы большинство производителей долот наплавляет твердым сплавом типа стеллит (отечественные аналоги — ЗВ16К, ЗВ14К-Б) то ответная поверхность шарошки (или промежуточной втулки) отличается как конструкцией, так и материалом.

 

 

 

 

 

 

 

 

Определение коэффициента износа рабочей поверхности долота и рационального времени работы долота на забое.

Задача: определить коэффициент износа рабочей поверхности шарошечного долота.

Исходные данные: за первые 15 мин работы этим долотом скважина была углублена на 7 м и за следующее 15 мин на 6 м.

 Решение: Коэффициент износа рабочей поверхности долота Θz характеризует темп падении мгновенной механической скорости в процессе работы долота на забое и представляет собой обратную величину логарифмического декремента убывания указанной скорости. Значение Θz зависит от абразивных свойств породы, изностойкости рабочей поверхности долота и параметров режима бурения. Значение Θz можно определить опытным путем, воспользовавшись формулой:

 

где: h1 – проходка, выполняемая долотом в данном рейсе за время ;

h2 – то же, за время  ;

Подставляя данные, получаем:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Графическая часть.

Рис. 10. Одношарошечное долото.

1 — лапа; 2 — шарошка; 3, 5 — шарики; 4 — палец;

6 — твердосплавный зубец.

Заключение.

При бурении нефтяных и газовых скважин основным инструментом, при помощи которого происходит разрушение горной породы на забое и образуется собственно скважина, является долото.

Шарошечные долота представляют собой наиболее универсальный породоразрушающий буровой инструмент, поскольку область их применения охватывает практически все многообразие горных пород: от очень мягких до весьма твердых.

Для повышения ресурса долот в их конструкции используются опоры скольжения и вооружение шарошек твердосплавными зубками. Для наиболее тяжелых условий эксплуатации разработаны долота с элементами герметизации опор.

По конструктивному исполнению корпуса шарошечные долота разделяются на:

• корпусные, применяемые для бурения скважин большого диаметра
• секционные (бескорпусные), состоящие из двух (трех) сваренных между собой секций со стандартной присоединительной резьбой.

Основные конструктивные особенности долот:

• конструкция шарошек
• схема опор
• система промывочных устройств
• наплавка зубьев твердым сплавом
• оснащение шарошек твердосплавными зубьями

Основные конструктивные параметры долот:

• расположение на оси шарошек по отношению к оси долота и вершин шарошек относительно оси долота
• величина угла наклона осей шарошек к оси долота; число конусов на шарошках
• расположение венцов зубьев
• геометрические параметры зубьев

Долота типа К характеризуются ударным действием вооружения на разрушаемый забой и предназначены для бурения твердых и весьма твердых пород.

Долота типа ТК и Т характеризуются ударно-скалывающим действием вооружения на разрушаемый забой. Эти долота предназначены для бурения  твердых пород и твердых с пропластками очень твердых.

Долота типа СТ и С характеризуются скалывающим действием вооружения на разрушаемые породы. Шарошечные долота этого типа предназначены для бурения пород средней твердости с пропластками твердых пород.

Долота типа М характеризуются режуще-скалывающим действием вооружения на разрушаемые породы. Эти долота предназначены для бурения скважин в мягких породах с пропластками пород средней твердости.

 

 

Список литературы.

 

1) Басарыгин Ю.М., Булатов А.И., Проселков Ю.М. «Технология бурения нефтяных и газовых скважин». 2001 г.

2) Вадецкий Ю.В. «Бурение нефтяных и газовых скважин». 2003г.

3) Элишевский И.В. «Типовые задачи и расчеты в бурении». 1974г.

4) Булатов А.И., Проселков Ю.М., Шаманов С.А. «Техника и технология бурения нефтяных и газовых скважин». 2003г.

5) Под ред. Кершенбаума В.Я., Торгашова А.В. «Буровой породоразрушающий инструмент», 2003г.