Проектирование технологии и техники бурения скважины 4 страница

Таблица 14

Классификация долот по характеру разрушения горной породы

5.1.1.Шарошечные долота

Долота этого типа наиболее распространены. Их применение возможно при бурении пород всех категорий твердости и абразивности. По ГОСТ 20692-75 предусмотрен выпуск долот 39 диаметров от 46 до 508 мм, однако отечественным заводами изготавливаются только некоторые из них. Шарошечные долота могут быть одношарошечными, двухшарошечными и трехшарошечными. Во всех трех случаях шарошки (рабочий орган долота) размещаются на цапфах, закрепленных в лапах корпуса долота, и имеют возможность перекатываться по забою при вращении долота. При перекатывании и проскальзовании шарошек зубья или твёрдосплавные штыри, расположенные венцами на шарошках, разрушают забой, а промывочная жидкость, подводимая через каналы в корпусе долота, вымывает на поверхность шлам. Для соединения с бурильной колонной долото имеет присоединительную резьбу.

Преимущества шарошечных долот:

1. Сравнительно низкая стоимость;

2. Широкий диапазон диаметров выпускаемых долот предполагает бурение различных по назначению скважин;

3. Наличие большого разнообразия конструкций зубков и подшипниковых узлов позволяет подобрать долото для пород, отличающихся физико – механическими свойствами;

4. Область практического применения долота включает породы разных категорий твердости, для одних и тех же пород перспективными могут быть несколько типов долот;

5. Наибольшая механическая скорость бурения достигается при турбинном бурении шарошечными долотами. С этой позиции применение других способов бурения в сочетании с долотами PDC или алмазными не составят конкуренцию шарошечным долотам.

Недостатки шарошечных долот:

1. Наличие вращающихся элементов уменьшает стойкость долота, что приводит к низкой проходке на долото (в сравнении с долотами PDC и алмазными) и как следствие снижает показатели рейсовой скорости при бурении скважин глубиной более 1500–2000 м.

2. Катастрофически быстрый износ подшипников шарошечных долот малого диаметра, имеющих небольшую несущую способность.

При выборе в качестве привода долота системы верхнего привода, ротора, винтового забойного двигателя или турбобура с редукторной вставкой, применимы шарошечные низкооборотные долота типа ГАУ и ГНУ с частотой вращения не более 200 (250) об/мин. Высокооборотными шарошечными долотами типа ГВ и ЦВ с частотой вращения до 450 (600) об/мин, и низкооборотными долотами типа ГН с частотой вращения до 350 об/мин можно разрушать породу при любом способе бурения.

5.1.1.1. Обозначение типов отечественных шарошечных долот

В шифре долота содержится римская цифра I, II, III и т.д., указывающая количество шарошек. Так как большинство выпускаемых долот трехшарошечные, то цифра III может отсутствовать. Далее указывается диаметр долота в мм и область его применения в соответствии с типом вооружения. В нашей стране выпускаются долота тринадцати типов вооружения, обозначаемых следующим образом:

1. Долота имеющие стальные фрезерованные зубья для мало – и среднеабразивных пород:

• М – для бурения мягких пород;

• МС – для бурения мягких с прослоями средней твердости пород;

• С – для бурения пород средней твердости;

• СТ – для бурения пород средней твердости с прослойками твердых;

• Т – для бурения твердых пород;

• ТК – для бурения твердых пород с прослойками крепких пород;

2. Долота со вставными твердосплавными зубками (штырями) для средне и сильноабразивных пород:

• МЗ – для бурения мягких пород;

• МСЗ – для бурения мягких с прослоями средней твердости;

• СЗ – для бурения пород средней твердости;

• ТЗ – для бурения твердых пород;

• ТКЗ – для бурения твердых с прослойками крепких пород;

• К – для бурения крепких пород;

• ОК – для бурения очень крепких пород.

Следует отметить, что практическая область применения долот не ограничена породами одной категорией твердости. В табл. 15 представлены среднеарифметические значения _д и верхняя граница распределения Н_дв областей применимости долот, рассчитанные на основе обобщения результатов отработки долот в различных регионах страны.

Таблица 15

Характеристики областей применения шарошечных долот

Тип долота	д	Ндв
M MC C CT T МЗ МСЗ СЗ ТЗ, ТКЗ К	2, 4 3, 0 3, 7 4, 5 5, 6 3, 2 4, 5 4, 2 6, 2 7, 3	4, 4 5, 5 6, 2 7, 7 7, 9 4, 9 7, 7 7, 6 9, 3 10, 2

Так например, долото типа С согласно рекомендациям завода-изготовителя может применяться в породах средней твердости (4 и 5 категории твердости). По данным табл.15 этим долотом можно разрушать породы более твердые (6 категория твердости).

В шифре долота также указывается конструкция промывочного узла: Ц − с центральной промывкой (может не указываться), Г − с гидромониторной боковой промывкой.

Далее указывается тип опоры шарошек: В − высокооборотное – все радиальные подшипники опоры только качения (шариковые и роликовые), Н− низкооборотное – один радиальный подшипник скольжения, остальные качения, А − низкооборотное – два и более подшипников скольжения. В случае герметизированной опоры в шифр долота добавляется буква У.

В конце шифра добавляются буквы и цифры, означающие номер заводской модели долота. В случае, если долото выпущено по лицензии иностранной фирмы, то перед номером модели ставится буква R.

Примеры шифров долот:

215, 9 М-ГАУ R179 – трехшарошечное долото с номинальным диаметром 215, 9 мм для бурения в мягких малоабразивных породах с фрезерованным вооружением с боковой гидромониторной промывкой с двумя радиальными подшипниками скольжения с герметизированной опорой, номер заводской модели 179, долото выпущено по лицензии.

295, 3 МСЗ-ГВУ R201 – трехшарошечное долото диаметром 295, 3 мм для бурения мягких с прослоями средней крепости абразивных пород со вставными твердосплавными зубками с боковой гидромониторной промывкой с опорой на радиальных подшипниках качения с герметизированной опорой шарошек, номер заводской модели 201, выпускается по лицензии.

5.1.1.2.Условное обозначение шарошечных долот по системе IADC

Шарошечные долота выпускаются в разных странах многими фирмами, причем каждая из них шифрует долота по своей системе. Для определения особенностей конструкции долот и рациональной области их применения Международная ассоциация буровых подрядчиков (IADC) разработала и предложила универсальный код, состоящий из трех цифр и букв латинского алфавита.

Первые две цифры соответствуют коду долот по вооружению, применяемому ОАО «Волгабурмаш». Третья цифра кода (от 1 до 9) указывает тип опор и калибрующую способность долота. Для долот, используемых при бурении на нефть и газ, могут быть следующие цифры:

• 1 – открытая опора шарошки с роликовым подшипником без твердосплавных зубков на обратном конусе шарошки;

• 3 – открытая опора шарошки с роликовым подшипником с твердосплавными зубками на обратном конусе шарошки (защищенная калибрующая поверхность);

• 4 – герметизированная опора с роликовым подшипником без твердосплавных зубков на обратном конусе шарошки;

• 5 – герметизированная опора с роликовым подшипником с защищенной калибрующей поверхностью;

• 6 – герметизированная опора скольжения без твердосплавных зубков на обратном конусе шарошки;

• 7 – герметизированная опора скольжения с защищенной калибрирующей поверхностью.

Кроме цифр в коде долота могут быть указаны и буквы, детализирующие особенности конструкции. Эти буквы соответствуют кодам, используемым ОАО «Волгабурмаш».

Примеры:

211 – фрезерованное вооружение, для бурения средних и средних с прослоями твердых пород по твердости, малоабразивных, открытая опора шарошки с роликовым подшипником, без твердосплавных зубков на обратном конусе.

625 – твердосплавное вооружение, для бурения твердых с прослоями крепких абразивных пород, герметизированная опора с роликовым подшипником, с защищенной калибрующей поверхностью.

Цифровой код IADC указывается в паспортах всех долот, выпускаемых разными фирмами.

Технические характеристики долот, выпускаемых отечественным производителем ОАО «Волгабурмаш», приведены в табл.16 и табл. 17.

Таблица 16

Технические характеристики долот с фрезерованным стальным вооружением ОАО «Волгабурмаш»

Таблица 17

Технические характеристики долот с твердосплавным штыревым

вооружением ОАО «Волгабурмаш»

5.1.2. Долота PDC

В настоящее время всё большее распространение получают долота PDC (Polycrystalline Diamond Compact). В отечественной литературе они называются лопастными долотами с алмазно-твердосплавными пластинами (АТП). Породоразрушающими элементами долот являются твердосплавные резцы, на рабочей поверхности которых нанесен алмазный слой. Разрушение породы таким резцом происходит не за счет дробления, как у шарошечных долот, а резанием. При этом затраты энергии на разрушение меньше. В процессе бурения твердосплавная подкладка изнашивается быстрее алмазного слоя, то есть происходит самозатачивание резца.

Преимущества долот PDC:

1. Отсутствие вращающихся элементов в долоте привело к значительной проходке на долото, превышающей проходку шарошечных долот;

2. При вращении долота винтовым двигателем на глубинах более 1500 (2000) метров более высокая рейсовая скорость бурения в сравнении с шарошечными долотами.

Недостатки долот PDC:

1. Высокая стоимость;

2. Отсутствие долот большого диаметра;

3. Ограничение по частоте вращения (не более 250 об/мин);

4. Сложность бурения мягких сальникообразующих пород (вязких глин);

5. Критичность подбора долота породе. Вероятность повреждения режущих элементов при несоответствии выбранного долота крепости проходимых пород.

Долота PDC рекомендуется использовать только при низкооборотном способе бурения скважин в мягких и средней твердости малоабразивных породах, в условиях отсутствия налипания разбуренной породы на долото. В случае сальникообразования рекомендуется использовать растворы на углеводородной основе и улучшать гидравлическую характеристику долота. Опыт показывает, что износостойкость долот PDC значительно выше шарошечных долот, проходка на долото достигает 10000 м, а среднее значение колеблется в пределах 5000− 7000 м (одного долота достаточно для бурения нескольких кондукторов). Высокая стоимость долот PDC компенсируется снижением времени на СПО и общего времени строительства скважины.

Условное обозначение долот PDC, выпускаемых ОАО «Волгабурмаш»:

В условном обозначении указывается номинальный диаметр долота в мм, далее буквенным шифром приведено назначение долота. Здесь могут быть следующие варианты.

• FD – для бурения сплошным забоем вертикальных и наклонно направленных скважин;

• D – долота для набора кривизны наклонно направленных скважин;

• BD – бицентричные долота для бурения с одновременным расширением ствола, для этих долот указывается через дробь диаметр пилот – скважины и расширяемого ствола;

• CD – бурголовки для отбора керна.

Затем в условном обозначении указываются три цифры. Первая указывает диаметр зубка PDC. Вторая цифра указывает число лопастей, а третья – количество струйных насадок.

Далее в условном обозначении указывается буква, определяющая рациональную область применения долота в зависимости от твердости породы:

• S – мягкие;

• SM – мягкие, перемежающиеся со средними;

• M – средние;

• MH – средние с прослоями твердых;

• H – твердые.

Затем буквой и цифрами обозначается порядковый номер конструкции завода – изготовителя, а в скобках код IADC.

Примеры:

215, 9 FD – 377 M – А 03 (S 333) – долото диаметром 215, 9 мм для бурения вертикальных и наклонно направленных скважин, диаметр зубков 13 мм, имеющее семь лопастей и семь насадок, для бурения пород средней твердости, номер конструкции А 03, код IADC – S 333.

120, 6х142, 9 BD – 364М – А14 (S 333) – бицентричное долото с диаметром пилот – скважины 120, 6 мм, диаметром расширяемого ствола 142, 9 мм, диаметр зубков 9 мм, с шестью лопастями, четырьмя насадками, для бурения пород средней твердости, номер конструкции А14, код IADC S 333.

212, 7/80 CD – 366 SM – А02М (S 333) – бурильная головка диаметром 212, 7 мм, диаметр отбираемого керна 80 мм, диаметр зубков 13 мм, шесть лопастей, шесть струйных насадок, для мягких, перемежающихся со средними по твердости породами, номер заводской конструкции А02М, код IADC S 133.

Таблица 18

Технические характеристики долот PDC ОАО «Волгабурмаш»

Таблица 19

Технические характеристики долот PDC, выпускаемые

ООО НПО «Буринтех»

Таблица 20

Бицентричные долота ООО НПО «Буринтех»

Таблица 21

Рекомендуемые области применения долот PDC ООО НПП «Буринтех»

5.1.3. Алмазные долота

Алмазные долота применяются сравнительно редко, хотя в настоящее время разработаны конструкции долот, позволяющих применять их практически во всех случаях бурения от мягких до твердых абразивных пород. При изготовлении долот используются природные и синтетические алмазы, располагаемые в матрице, получаемой способом порошковой металлургии. Алмазы могут располагаться только в наружном слое матрицы (однослойные долота), или по всему ее объему (импрегнирование долота).

Преимущества алмазных долот:

1. Большая проходка на долото;

2. Высокие рейсовые скорости при турбинном бурении скважин в интервале бурения более 2500 метров.

Недостатки алмазных долот:

1. Высокая стоимость долот;

2. Низкая механическая скорость бурения;

3. Диапазон применения долот ограничен породами, отличающимися высокой твердостью и абразивностью;

4. Динамические нагрузки и неоднородности в горных породах приводят к быстрому износу и поломке долота;

5. При бурении сальникообразующих пород возможно налипание разбуренной породы на долото;

6. Потребность повышенного контроля отсутствия металла на забое скважины;

7. Алмазных долот большого диаметра не производят.

Твердость матрицы должна соответствовать абразивности разбуриваемых пород так, чтобы не происходила «зашлифовка» долота, или выпадение алмазов из матрицы при ее преждевременном износе.

В шифре алмазных долот первая буква Д указывает вид инструмента (долото), вторая буква (могут быть еще две буквы) указывает на конструктивные особенности долота:

• P – мелкие торовидные выступы на торцовой поверхности;

• Т – ступенчатая форма торцовой поверхности;

• И – импрегнированная матрица;

• С – синтетические алмазы;

• АП – алмазные пластины;

• В – зарезное долото (для зарезки дополнительных стволов многоствольных скважин);

• Ф – долото-фрезер для прорезания «окна» в обсадной колонне.

Цифры после буквенного кода указывают номинальный диаметр долота в мм, а буквы после размера – твердость разбуриваемых пород по промысловой классификации. Последняя цифра указывает модификацию долота (может отсутствовать).

В табл. 22 приведены некоторые типы выпускаемых алмазных долот.

Таблица 22

Номенклатура и классификация алмазных буровых долот по их назначению ОАО НПО «Буровая техника»