4. Буровые долота

Существует большое количество различных типов долот, выбор которых при бурении скважины определяется применяемым способом бурения и физико-механическими свойствами проходимых пород.

По характеру разрушения породы все буровые долота могут быть классифицированы следующим образом.

1. Долота режущего и скалывающего типа. К этой группе относятся лопастные долота, рабочая поверхность которых имеет вид плоских лопастей. Они применяются для бурения в мягких породах.

2. Долота скалывающего и дробящего типа объединяют группу шарошечных долот с полуконическими шарошками. Эти долота предназначены для бурения пород средней твердости, а также твердых пород.

3. Долота дробящего типа. К ним относятся шарошечные долота с коническими шарошками. Эти долота используются при бурении твердых пород с пропластками крепких пород.

4. Долота истирающего типа. К этой группе относятся алмазные долота, предназначенные для бурения самых крепких и абразивных пород.

По назначению все буровые долота классифицируются на две группы:

• долота, разрушающие горную породу сплошным забоем;

• долота, разрушающие горную породу кольцевым забоем (колонковые долота).

Как для сплошного, так и для колонкового бурения созданы долота, позволяющие разрушать горную породу по любому из перечисленных четырех принципов. Это облегчает подбор типа долота в соответствии с физико-механическими свойствами данной горной породы.

1. Долота для сплошного бурения Лопастные долота

Изготавливаются лопастные долота двух типов: двухлопастные долота РХ («рыбий хвост») (рис. 3.1) и трехлопастные долота.

Д

Рис. 3.1. Долото РХ

олота РХ (рис. 3.1) применяются для бурения скважин в мягких породах (реже в породах средней твердости) преимущественно роторным способом. Верхняя часть долота имеет коническую резьбу для присоединения к бурильной колонне, нижняя часть – две лопасти.

В зависимости от расположения промывочных отверстий долота РХ разделяются на два типа:

1. с верхней промывкой (рис. 3.2, б), у которых промывочные отверстия имеют выход в верхних частях лопастей;

2. с нижней промывкой (рис. 3.2, а), у которых выход промывочных отверстий приближен к основаниям лопастей.

Эффективность долот РХ в значительной степени зависит от соответствия механическим и абразивным свойствам разбуриваемой породы выбранного профиля заправки лопастей долота (рис. 3.3), характеризующегося углом заострения β (между передней и задней гранями лопасти), тыловым углом γ (между задней гранью лопасти и плоскостью забоя) и углом резания α (между передней гранью и плоскостью забоя). Величина β имеет весьма существенное значение. Если угол будет большим, то лопасть получится толстой и эффективность работы долота будет снижена. Однако при малых углах заострения возможны наиболее частые поломки долота.

На эффективность работы долота существенно влияет и величина α. При бурении очень мягких пород целесообразно использовать малый угол резания. В случае же бурения мягких пород, перемежающихся породами средней твердости, угол резания следует увеличивать.

Многолетний опыт эксплуатации лопастных долот привел к созданию трех типов профилей этих долот (см. рис. 3.3).

Р

а б

1 2 3

ис. 3.2. Двухлопастные долота

Рис. 3.3. Заправка лопастей долота:

1 – профиль № 1; 2 – профиль № 2; 3 – профиль № 3

Профиль № 1 предназначен для разбуривания вязких глин; профиль № 2 – для разбуривания песчаных и сланцевых глин, рыхлых песчаников, мягких известняков и др.; профиль № 3 – для разбуривания мергелей, сланцевых и гипсовых пропластков, меловых отложений и других не очень твердых пород.

Опыт бурения долотами РХ показал, что расположение отверстий для выхода промывочной жидкости в верхней части корпуса долота не всегда обеспечивает должную очистку забоя и хорошее охлаждение лопастей долота. Промывочная жидкость не доходит до забоя, а сразу же после выхода из отверстий поворачивает вверх и поднимается по затрубному пространству. На забое постепенно скапливается выбуренная порода, которая иногда доходит по высоте до промывочных каналов в долоте. В результате лопасти сильно нагреваются и долото быстро изнашивается.

В долотах РХ с нижней промывкой промывочные каналы подведены ближе к забою (10–15 см от забоя) и к периферии лопастей. Это обеспечивает лучшую очистку забоя, интенсивное охлаждение долота, увеличение давления струи на забой, что способствует более эффективному разрушению мягких пород.

Однако долота с нижней промывкой имеют определенные недостатки. При посадке на забой их промывочные отверстия легко забиваются, а при работе в вязких глинах на лопасти долота налипает выбуренная порода выше выхода струи жидкости из промывочных каналов. Перечисленные недостатки ограничивают применение долот РХ с нижней промывкой.

Т

рехлопастные долота (рис. 3.4) применяются для проходки мягких, но не вязких пород при роторном и турбинном способах бурения. Каналы для промывочной жидкости у долот этого типа подведены к каждой лопасти и находятся на расстоянии 100 мм от забоя. Основным преимуществом трехлопастных долот по сравнению с долотами РХ является более равномерное распределение осевой нагрузки, действующей на забой, что способствует более интенсивному разрушению породы.

Л

Рис. 3.4. Трехлопастное долото

опастные долота изготавливаются из высококачественной стали. Для увеличения износостойкости долота его лопасти навариваются (армируются) твердым сплавом.

Существует несколько способов армирования лопастных долот с одновременным применением твердых сплавов одного, двух или даже трех сортов. Наиболее распространенный метод армирования лопастей состоит в следующем. На лицевой поверхности лопастей заправленного по выбранному профилю долота угольным электродом выплавляются канавки, в которые в два слоя посредством вольтовой дуги наваривается зернистый твердый сплав. Кроме того, зернистый твердый сплав наваривается в один слой на всей площади лопасти долота и в три слоя – на ребрах. На зернистый твердый сплав в канавках наплавляют пластинчатый твердый сплав с соблюдением определенного порядка укладки пластин.