Долота ИСМ

Долота ИСМ отличаются от фрезерных и алмазных долот тем, что их рабочие элементы оснащены сверхтвердым материалом славутич. Вставки из славутича прикрепляются к стальному корпусу долота своей цилиндрической посадочной частью методом пайки. Форму рабочей поверхности и количество вставок, марку славутича и его содержание (объем, выраженный в см3 выбирают, исходя из типа долота, т.е. в соответствии с физико-механическими свойствами разбуриваемых пород.

Торцовые (зарезные) долота ИСМ (рис.2.5) предназначены для бурения наклонно направленных скважин и зарезки нового ствола на больших глубинах. Их изготовляют с полым цилиндрическим корпусом , верхняя часть которого имеет замковую муфтовую резьбу, а нижняя выполнена с расширением снаружи и коническим внутренним вырезом, армированным вставками 2 из славутича. Боковую поверхность нижней части также армируют этими вставками[2].

В центральной части торца просверлены промывочные каналы 3, выходящие в радиальные канавки 4, которые разделяют рабочую торцовую поверхность на секторы и соединяются с боковыми пазами 5. Такая схема промывки улучшает охлаждение рабочей поверхности долота и удаление из-под нее шлама.

Рис. 2.4. Трехлопастные долота типов М (а) и МС (б):

1 - корпус; 2 - лопасти; 3 - у плотнительные кольца; 4 - твердосплавные штыри;5 - байонетная шайба; 6 - присоединительная резьба; 7 - сопло; 8 - болт; 9 - стопорная шайба; 10 - пластины

Рис. 2.5. Режущее долото ИСМ первой модификации

Алмазные долота

Долота для колонкового бурения

Эти долота предназначены для отбора образцов проходимых пород (керна) с целью изучения геологического строения разреза скважин, механических, абразивных, коллекторских свойств, состава и строения горных пород, а также состава и свойств насыщающего породу флюида.

Рис. 2.6. Алмазные долота:

а - однослойное радиальное биконическое долото М311 и отдельные алмазы, используемые для его армирования; б - ступенчатое; в - спиральное ТВ 573; г - импрегнированное ТВ54

Для отбора керна бурят кольцевым забоем, при этом конструкция долота и режим бурения должны обеспечить сохранность керна.

Колонковое долото (рис. 2.7) состоит из следующих элементов: бурильной головки , корпуса 2, грунтоноски 6 с дренажным клапаном 5, в которую входит керн, керноприемного устройства 7, кернорвателя 8. Долото соединено с бурильной колонной переводником 3. Грунтоноска подвешена к корпусу долота жестко или на подшипниках 4, предотвращающих ее вращение при вращении бурильного инструмента, что способствует сохранности керна внутри грунтоноски[3].

При использовании колонковых долот со съемной грунтоноской керн извлекают без подъема бурильной колонны при помощи специального ловителя на канате. Затем съемную грунтоноску вновь опускают, устанавливают в колонковом долоте и продолжают отбор керна.При турбинном бурении керн отбирают колонковым турбодолотом со съемной грунтоноской типа КТДЗ и КТД4.При колонковом бурении применяют шарошечные, лопастные, фрезерные, твердосплавные, алмазные и ИСМ бурильные головки. Шарошечные бурильные головки изготовляют одно-, трех-, четырех-, пяти-, шести- и восьмишарошечными[3].

Боковая фрезерующая способность породоразрушающих инструментов

В процессе бурения с отклоняющей компоновкой закономерно уменьшаются диаметр долота и завес шарошек вследствие износа опоры и вооружения, а также отклоняющая сила на долоте вследствие роста нормальной составляющей массы системы долото - забойный двигатель из-за увеличения зенитного угла ствола. При бурении в неоднородных и перемежающихся по твердости породах в определенных пределах в данном интервале бурения могут изменяться также физико-механические свойства пород, диаметр скважины, механическая скорость проходки, осевая нагрузка на долото, упругая деформация забойного двигателя и т.д.

Из всех этих факторов при бурении определенной отклоняющей компоновкой на интенсивность искривления ствола преобладающее влияние оказывают износ долота и его состояние. Это подтверждается тем, что к концу каждого рейса с отклонителем, как правило, интенсивность искривления ствола уменьшается, а при спуске нового долота, хотя оно работает при больших значениях зенитного угла и малых величинах отклоняющей силы, интенсивность искривления скважины в начале рейса выше, чем в конце рейса предыдущего долота (рис. 5.3).

скважина долото бурение фрезерование

Если бы снижение отклоняющей силы на долоте с ростом зенитного угла значительно влияло на процесс искривления скважины, то интенсивность искривления ствола при работе каждым последующим долотом должна быть меньше, чем при работе предыдущим долотом. Однако в действительности такое явление не наблюдается.

Следовательно, способность долота фрезеровать стенку ствола играет решающую роль в искривлении скважины. Чтобы искривление ствола протекало с фрезерованием стенки скважины, необходимы следующие три условия:

а) наличие на долоте достаточной отклоняющей силы;

б) стрела прогиба забойного двигателя не должна превышать критическую величину, определяемую по формуле;

в) долото должно обладать боковой фрезерующей способностью[4].

Если в процессе бурения с отклонителем одно из этих трех условий будет нарушено, то углубление скважины будет протекать без фрезерования стенки ствола.

Эта способность долота не может характеризоваться показателями фрезерования стенки ствола, так как долото может фрезеровать стенки ствола, но вследствие неправильного выбора отклоняющей компоновки или режима бурения искривления ствола не произойдет или будет происходить с заниженной интенсивностью. В результате этого показатели фрезерования стенки ствола будут малы или могут быть равны нулю.

Боковая фрезерующая способность долота должна характеризоваться параметром, который определяет конструктивные особенности данного долота и позволит еще до спуска в скважину отличить его от таких же однотипных или разнотипных долот и отдать предпочтение такому типу, который более всего отвечает цели предстоящего рейса по набору, стабилизации или снижению искривления скважины.

Прежде чем выбрать этот параметр, представим, что долото по всей своей высоте имеет цилиндрическую форму с одинаковым диаметром (для восходящего потока бурового раствора имеются канавки). Очевидно, что такое долото независимо от величины отклоняющей силы не будет фрезеровать стенки ствола. И если современные буровые долота обладают способностью фрезеровать стенки скважины, то параметр, характеризующий эту способность, должен определять их конструктивную особенность, что позволит отличить их от указанных долот с боковой цилиндрической поверхностью[4].

В качестве такого параметра можно применять коэффициент боковой фрезерующей способности долота, представляющий собой тангенс угла -угла наклона касательной к корпусу долота, проходящей через верхнюю калибрующую точку С, к оси долота (рис. 5.4, 5.5), - который для трехшарошечных долот определяется из выражения:

(1)

где - завес шарошек; - полуразность диаметров корпуса долота у козырьков лап DK и у спинки (в конце первого участка корпуса) D'k; ho - расстояние от верхней калибрующей точки шарошки до козырьков лап; hk - высота первого участка корпуса от козырьков лап[2].

Физическая сущность коэффициента боковой фрезерующей способности долота Кф заключается в том, что он характеризует возможное отклонение ствола, ограничиваемое корпусом долота, т.е. при углублении ствола на величину Hq + hK долото позволяет отклонить ствол на величину. Тогда угол бокового фрезерования долота будет характеризовать половину приращения угла искривления ствола при углублении скважины на величину h0 + hk ограничиваемого корпусом долота[2].

Ввиду малых значений, можно принять

 (2)

Угол бокового фрезерования долота , выраженный в радианах, представляет собой коэффициент боковой фрезерующей способности долота.

При значениях (где ~ угол наклона к оси долота первого участка его корпуса от козырьков лап) величина определяется по формуле

(3)

В процессе бурения вследствие износа опоры и вооружения трехшарошечного долота величина завеса шарошек уменьшается, что приводит к снижению боковой фрезерующей способности долота. При > эта способность долота ограничивается спинками лап, при < К - козырьками лап, а при = 0 долото теряет боковую фрезерующую способность и независимо от величины отклоняющей силы на долоте и физико-механических свойств пород фрезерования стенок ствола не произойдет[2].

С целью интенсификации процесса фрезерования стенки ствола и повышения интенсивности искривления скважины предпочтение следует отдавать такому долоту, у которого больше шарошек и наклон корпуса к его оси, меньше расстояние от калибрующей точки долота до спинки лап.

Рис.5.6 одношарошечное долото

Для одношарошечных долот (рис. 5.6) угол бокового фрезерования определяется по формуле

(4)

где D, D1 - диаметры соответственно долота и его корпуса, м; H2 ~ высота долота, м; Н1 - высота от плеча до торца корпуса долота, м[2].

Для лопастного долота РХ (рис. 5.7,а)

(5)

где В - ширина лопатки; Н - длина лопатки; l - длина армированного направления.

Лопастные долота РХ изготовляют больших размеров, диаметром от 490 до 640 мм и применяют в основном при бурении под направление или кондуктор[2].

Для двух- и трехлопастных долот (рис. 5.7,б,в соответственно)

(6)

где D - диаметр долота; D1 - диаметр у плеча первого наклонного участка лопасти; Н1 - высота лопасти долота до плеча первого наклонного участка; h - высота наплавки.

Ввиду большой боковой контактной поверхности двух- и трехлопастных долот из-за значительных величин калибрующей части лопастей и их толщины, боковая фрезерующая способность этих долот практически может быть использована при значительной отклоняющей силе на долоте.

По боковой фрезерующей способности алмазные долота разделяются на не обладающие боковой фрезерующей способностью (рис. 5.8) и обладающие такой способностью (рис.5.9).

К первой группе относятся спиральные (рис. 5 8,а), радиальные (рис. 5.8,б) и ступенчатые (рис. 5.8,в) алмазные долота. Их боковая поверхность оснащается алмазами по ограниченной высоте А калибрующей поверхности. При бурении этими долотами искривление ствола может происходить только за счет неравномерного разрушения забоя вследствие наклона оси долота к оси скважины без фрезерования стенки ствола.

Ко второй группе алмазных долот относятся мелкоалмазные импрегнированные (рис. 5.9,a), комбинированные ступенчатые (рис. 5.9,6) и зарезные (рис. 5.9,в). Вся боковая поверхность этих долот оснащается алмазами и является калибрующей, поэтому они могут фрезеровать стенки ствола. Эта способность алмазных долот практически может быть использована при наличии достаточной отклоняющей силы в зависимости от физико-механических свойств разбуриваемых пород и боковой контактной поверхности этих долот.

Для мелкоалмазного импрегнированного и комбинированного ступенчатого алмазного долота (рис. 5.9,a,6)

(7)

где D, Dk - диаметры соответственно долота и его корпуса; Н - высота долота; А - высота калибрующей поверхности долота; D1 - диаметр окружности нижней части торца алмазного долота.

Для зарезного алмазного долота (рис. 5.9,в)

(8)

Алмазные зарезные долота, помимо большой боковой фрезерующей способности, обладают и тем преимуществом, что имеют плоскую торцовую поверхность. Поэтому при искусственном искривлении ствола под действием отклоняющей силы они будут фрезеровать стенку ствола лишь на величину высоты калибрующей поверхности А. При работе комбинированными ступенчатыми или мелкоалмазными импрегнирован- ными долотами под действием отклоняющей силы следует фрезеровать не только стенку ствола на высоту калибрующей поверхности Л, но и вогнутый участок забоя от наинизшей точки до стенки ствола.

Вследствие этого для фрезерования стенки ствола при прочих равных условиях зарезным алмазным долотом потребуется несколько меньшие отклоняющая сила и вращающий момент, чем комбинированным ступенчатым и мелкоалмазным импрегнированным долотам. Это имеет важное значение при искусственном искривлении ствола на больших глубинах, так как с ростом глубины вследствие уменьшения диаметров скважины, забойного двигателя и элементов КНБК возможности передачи на долото вращающего момента и создания отклоняющей силы ограничены[2].

Выводы

В данной работе мы рассмотрели виды породоразрушающих инструментов при бурении наклонно направленных скважин. Их конструкции, а также изучили способность фрезерования боковых стенок скважины каждого из долот. В результате чего определили что при выборе долот для искусственного искривления ствола следует учитывать их боковую фрезерующую способность и возможность создания отклоняющих сил, соответствующих физико-механическим свойствам горных пород и боковым контактным поверхностям долот.

Так же определили что наибольшей возможностью фрезеровать стенки ствола обладают одношарошечные долота, затем алмазные долота зарезного, комбинированного ступенчатого и мелкоалмазного импрегнированного типов и далее трехшарошечные долота.

Библиографический список

1-Вадицкий Ю.В.Справочник бурильщика,2008 г.-210 страниц

2-Калинин А.Г., Никитин Б.А., Солодский К.М., Султанов Б.З.-Бурение наклонных и горизонтальных скважин.1997г.-650 страниц

3-Пономарев П.П. Отбор керна при колонковом бурении,1989г-175 страниц

4- Сулакшин С.С. Направленное бурение,1987г-138страниц

Размещено на Allbest.ru