Практическое занятие №6. Тема: 1 Породоразрушающий буровой инструмент.

Цель работы: Изучение ПБИ дробяще-скалывающего.действия(шарошечных)

Оборудование: Долота, ГТН

Ход выполнения работы:

1.Краткое объяснение преподавателем общих сведений о ПБИ.ДС действия

2.Самостоятельное чтение материала №6.

3.Изучение конструкции долот на макетах и образцах.

4.Самостоятельное заполнение таблицы.

Теоретический материал 6:

Рис6.1 Классификация шарошечных долот

Основной объем бурения на нефть и газ ведется шарошечными долотами, которые изготавливаются 1-го класса для неабразивных горных пород типа М, МС,С, СТ и Т и 2-го класса для абразивных горных пород типов типов МЗ, МСЗ, СЗ,ТЗ, ТКЗ, К и ОК. При разбуривании горных пород средней абразивности долота 1-го и 2-го класса являются конкурирующими, но предпочтение отдается долотам 2-го класса. Измерение твердости горных пород может быть выполнено в МПа, а также в условных единицах категориях.

Классификация горных пород (по Л.А. Шрейнеру)

Группа (по- роды)	Катего- рия	рш, МПа	σт, МПа
I (мягкие)	1 2 3 4	<100 100–250 250–500 500–1000	<40 40–110 110–250 250–550
II (средней твердости)	5 6 7 8	1000–1500 1500–2000 2000–3000 3000–4000	550–850 850–1200 1200–1900 1900–2500
III (твердые)	9 10 11 12	4000–5000 5000–6000 6000–7000 >7000	2500–3500 3500–4200 4200–5100 >5100

Под твердостью горной породы понимается ее способность оказывать сопротивление прониканию в нее (внедрению) инородного тела. Классификационная шкала твердости горных пород включает в себя 12 категорий твердости(табл.).

Под абразивностью горной породы понимается ее способность изнашивать контактирующий с ней породоразрушающий инструмент в процессе их взаимодействия. Классификационная шкала абразивности горных пород включает в себя 12 категорий бразивности (табл. ).

Таблица. Классификация горных пород.

Группа по аб- разивности	Относи- тельная аб- разивность1	Категория	Принятое обозначение
Слабоабразив- ные	1,0–1,5	1	Асл
	1,5-3,0	2
Малоабразивные	3,0–5,0	3	Ам
	5,0–8,0	4
Среднеабразивные	8,0–11,0	5	Аср
	11,0–15,0	6
Высокоабразивные	15,0–17,0	7	Ав
	17,0–20,0	8
Очень высокоабразивные	20,0–22,0	9	Аоч
	22,0–24,0	10
	24,0–26,0	11
	>26,0	12

Области применимости долот по твердости горных пород

Долота 1-го класса			Долота 2-го класса
Тип	Н	Нв	Тип	Н	Нв
М(1-1, 1-2,	2,4	4,4	МЗ (5-1)	3,2	4,9
МС (1-3)	3,0	5,5	МСЗ (5-3)	4,5	7,7
С (2-1)	3,7	6,2	СЗ (5-4)	4,2	7,6
СТ (2-3)	4,5	7,7	ТЗ, ТКЗ (6-2, 6-3)	6,2	9,3
Т (3-1)	5,6	7,9	К (7-4)	7,3	10,2

Приведены типы долот по кодуМАБП (code IADC).

2 По конструкции шарошечные долота делятся на:

2.1. По количеству шарошек:

одношарошечные,

двухшарошечные,

трехшарошечные

2.2 По расположению и конструкции промывочных или продувочных отверстий:

Ц - долото с центральной промывкой

Г - долото с боковой промывкой.

П - долото с центральной продувкой

ПГ - долото с боковой продувкой.

2.3 По конструкции опор шарошек:

В - на подшипниках качения.

Н - на одном подшипнике скольжения (остальные подшипники качения )

У - герметизация опоры с маслонаполнением

А - на двух или более подшипниках скольжения.

Литерами А маркируются долота для низкооборотного бурения

( до 150 об/мин),

Н - для среднеоборотного бурения ( от 150 до 400 об/мин ),

В - для высокооборотного бурения ( более 400 об/мин).

.В соответствии с ГОСТ 20692-75 шарошечные долота изготавливаются следующих типов (см. табл. № 6.1.)

Таблица №6.1.

ТИП	Геологические условия проходки	Исполнение шарошки
1	2	3
М	Бурение мягких пород	С фрезерованными зубьями*
МЗ	Бурение мягких абразивных пород	Со вставными твердосплавными зубками**
МС	Бурение мягких пород с пропластками пород средней твердости	С фрезерованными зубьями
МСЗ	Бурение мягких абразивных пород с пропластками пород средней твердости	С фрезерованными зубьями и твердосплавными зубками
С	Бурение пород средней твердости	С фрезерованными зубьями
СЗ	Бурение абразивных пород средней твердости	Со вставными твердосплавными зубками
СТ	Бурение пород средней твердости с пропластками твердых пород	С фрезерованными зубьями
Т	Бурение твердых пород	С фрезерованными зубьями
ТЗ	Бурение абразивных твердых пород	Со вставными твердосплавными зубками
ТК	Бурение твердых пород с пропластками крепких	С фрезерованными зубьями и твердосплавными зубками
ТКЗ	Бурение твердых абразивных пород с пропластками крепких	Со вставными твердосплавными зубками
К	Бурение крепких пород	Со вставными твердосплавными зубками
ОК	Бурение очень крепких пород	Со вставными твердосплавными зубками

* - фрезерованные зубья - выполнены за одно целое с телом шарошки

** - вставные твердосплавные зубки - обычно карбит-вольфрамовые вставки.

В зависимости от назначения определяемого литологическим составом физико–механических свойств разбуриваемых горных пород трехшарошечные долота в соответствии с ГОСТ 20692–75 могут изготавливаться тринадцати типов (табл. 6.1.)

Одношарошечные долота.

. Автором первых одношарошечных долот был американец Зублин Д. Широкой известностью пользовались его долота типа Симплекс. Такое долото отличалось от других тем, что к корпусу прикладывались сменные шарошки восьми типов, предназначенные не только для углубления ствола скважины в мягких вязких и средней твердости породах, но и для расширения ствола скважины, зарезки вторых стволов, фрезерования на забое металлических деталей, выправлении смятых участков обсадных колонн и разбуривания цементных стаканов. Известны также долота Зублина Д., названные дифференциальными. Конструкция современного одношарошечного долота представлена на рисунке 6.1.Корпус 1 с лапой 2 переходит в цапфу 3.

Рисунок 6.1- Общий вид одношарошечного долота с маслонаполненной опорой

Промывка забоя производится при помощи отверстия 4 и продольных пазов 5. Главный недостаток одношарошечных долот заключается в низкой механической скорости бурения по сравнению с этим же показателем у трехшарошечных долот. Несмотря на то, что сетка поражения забоя резцами одношарошечного долота существенна, однако на забое часто образуются гребни с неразрушенной породой, называемые также целиками. Целики раздавливаются корпусом шарошки, но в целом эффективность разрушения породы по всей площади забоя низка, поэтому востребованность одношарошечных долот производством мала. В настоящее время на основе одношарошечных долот разработаны маслонаполненные герметизированные расширители типа ОДР и развальцеватели ОРШ, применяемые при установке в скважине профильных перекрывателей ПП216 и ПП216У при ликвидации интенсивных поглощений буровых

Двухшарошечные долота

Как отмечено нами ранее, первым шарошечным долото с коническими шарошками было двухшарошечное долото, разработанное Г. Хьюзом .

Они изготавливаются из двух кованых секций, соединенных электросваркой. Устройство секций в основном аналогично секции трехшарошечного долота, поэтому описываться здесь не будет. Заметим, что лапы и цапфы секций одинаковы, но формы двухконических шарошек несколько отличаются друг от друга (рисунок 6.2). Вершина одной из шарошек, перекрывающей центральную часть забоя, заканчивается лопаткой -1 (для фрезерованного вооружения) или одним штырем (при твердосплавном вооружении). Эта шарошка первая. Второй считается шарошка со срезанной вершиной -2.

Рисунок 3.89 -Двухшарошечные долота Главным конструктивным отличием двухшарошечных долот от трехшарошечных такого же диаметра в том, что в двухшарошечных долот возможно использование шарошек увеличенного диаметра, что является определяющим при формировании силы удара набегающим зубом шарошки.

Вторым отличием следует считать лучшую возможность установки гидромониторных устройств без опасения повреждения их зубьями шарошек в периоды появления больших люфтов в опоре. Здесь также имеется в виду

Рисунок 6.2 Двухшарошечное долото.

Главным конструктивным отличием двухшарошечных долот от трехшарошечных такого же диаметра в том ,что в двухшарошечных долотах возможно использование шарошек увеличенного диаметра, что является опре-

деляющем при формировании силы удара набегающим зубом шарошек.

Вторым отличием следует считать лучшую возможность установки гидромониторных устройств без опасения повреждения их зубьями шарошек в

период появления больших люфтов в опоре.У долот типов М и С шарошки самоочищаются с положительным смещением осей относительно оси долота. Так, у долот II 112М-ГВ величина смещения осей составляет 3 мм, а у долота II 151М-ГВ увеличена до 5 мм.

Помимо гидромониторной выпускаются долота с центральной системой промывки. Это долото типа С и К. Все отечественные двухшарошечные долота изготавливаются с открытой опорой. Как правило, опора трехрядная. Основные схемы опоры СЩ С, СЩ О, Щ ЩР и СЩ Щ.

3 3 3 3

В настоящее время двухшарошечные долота выпускаются диаметром 76-151 мм ОАО «Уралбурмаш» и используются при бурении структурно-поисковых скважин на нефть и газ, а также для проходки сейсморазведочных и горнорудных скважин.

Попытки производства двухшарошечных долот для нефтяных и газовых скважин диаметром 190,5; 215,9 мм предпринимались неоднократно, однако сравнительные промысловые испытания показали большую эффективность трехшарошечных долот.

За рубежом двухшарошечные долота более распространены. Они выпускаются фирмами «Смит Тул», «Рид Тул», «Дрессер индастриз»диаметром от 165,1 до 444,5 мм. Следует отметить то, что почти все зарубежные двухшарошечные долота также имеют открытые опоры, кроме одного. Фирма «Рид Тул» выпускает долото типа HP, имеющее три боковых насадки и одно с увеличенным по диаметру круглым отверстием (вариант асимметричной промывки). Кроме того, опора долота выполнена герметизированной типа АУ, а вооружение долота - в фрезерованном исполнении.

. Трех шарошечные долота.

ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ

Шарошечные долота выполняются двух классов и типов от М до ОК как с обычной,так и с гидромониторной системами промывки. Основные элементы шарошечного долота рассмотрим на конкретном примере (рис. 6 14). Шарошечные долота выпускают главным образом в секционном исполнении. Каждая секция включает лапу 1, на цапфе 2 которой с помощью подшипников 3 установлена шарошка 4, имеющая вооружение в виде зубчатых или сплошных венцов 5. Секции соеди-

нены между собой сваркой. На верхнем конце сваренных секций (долота) выполняется конус и нарезается присоединительная резьба. Двухрядный шариковый подшипник собран через отверстие, которое закрывается пальцем 6.Шарошечные долота выполняются с обычной и гидромониторной системами промывки. Система промывки долота,

показанная на рис. 6 14, является обычной центральной и включает внутреннюю полость долота 7, сужающийся подводящий канал 8 и цилиндрическое промывочное (продувочное) отверстие 9. В долотах для бурения с продувкой воздухом в лапах и цапфе сверлят отверстия 10 и 11 для охлаждения подшипников и защиты их от засорения шламом

Рис 6 14 Конструкция трех шарошечного долота

Рис 6 15 Общии вид секции в сборе с подшипниками долота серии В.

. ПРИНЦИП РАБОТЫ ДОЛОТА

При перекатывании шарошки с одного элемента вооружения на другой создается дробящий эффект, а при проскальзывании вооружения относительно плоскости забоя создается скалывающий эффект.

Обеспечение и регулирование дробящей способности долота рассмотрим в соответствии со схемой на рис. 6 16. При

перекатывании шарошек с зуба на зуб происходит вертикальное перемещение корпуса долота и связанного с ним бурильного инструмента.

Рис 6 16 Схема вертикального перемещения долота.

1,2,3 –номера венцов.

. СКАЛЫВАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ШАРОШЕК

Скалывающая способность шарошек задается их геометрическими параметрами, формой и смещением осей шарошек в плане. На рис. 6 17, а показана шарошка «чистого» качения. Вершина этой шарошки лежит на оси 1 долота, а ось шарошки 2 пересекается с осью долота. Такая шарошка не может создать существенного для разрушения горных пород скалывающего эффекта. Конус 3 называется основным, а конус 4 обратным. На конусе 4 размещено вооружение, калибрующее стенку скважины. Тем не менее, такая шарошка называется одноконусной, т.е. обратный конус в расчет не принимается. Для обеспечения скалывающего эффекта используются три технических приема. Первый – вынос вершины за ось долота на величину f, как показано на рис. 6 17, б. Второй прием – выполнение шарошек многоконусными. На рис. 6 17, в показана трехконусная шарошка. Конус 5 называется первым дополнительным, а конус 6 – вторым дополнительным. Третий прием – смещение осей шарошек в плане на величину k в направлении вращения долота,

Рис 6 17 Формы одноконусноной и трехконусной шарошки.

По расположению шарошек относительно друг друга следует различать два вида долот: долота самоочищающимися шарошками, у которых контуры соседних шарошек не пересекаются.

Смещение осей.

Рис 6 18 Долото с смешенными осями шарошек.