11.Долота режуще-истирающего действия. Разновидности, устройство, принцип действия и область применения.

Данный вид представлен алмазными долотами и долотами ИСМ, конструкция рабочей части которых близка к алмазным.

Алмазные долота предназначены для бурения вертикальных и наклонно-направленных скважин при прохождении песчаников, доломитов, известняков и других пород, в которых эффективность применения шарошечных долот резко снижается. Правильное применение алмазных долот обеспечивает: высокие рейсовые скорости бурения; сокращение числа спускоподъемных операций; экономию средств; снижение кривизны при проводке вертикальных скважин.

При бурении алмазными долотами разрушение горной породы происходит путем резания и истирания ее породоразрушающими элементами долота, находящимися под воздействием осевой нагрузки и крутящего момента.

Алмазное долото состоит из стального корпуса с присоединительной резьбой и матрицы, изготавливаемой из композиционного материала, основным износостойким компонентом которого являются зерна карбида вольфрама. В матрице размещаются природные или синтетические алмазы. По размещению алмазов различают две разновидности долот: однослойную и многослойную, т.е. с импрегнированными алмазами.

Успешное применение алмазных долот привело к созданию ряда конструкций твердосплавных долот, обеспечивающих такой же принцип разрушения горной породы.

Украинским институтом сверхтвердых материалов были созданы долота типа ИСМ для бурения скважин на нефть и газ. Твердосплавные долота (ИСМ) отличаются от алмазных тем, что вместо алмазов они армированы сверхтвердыми сплавами.

14 . Буровые долота исм, pdc.

Долота ИСМ были разработаны Украинским Институтом сверхтвердых материалов на базе сверхтвердого материала, обладающего высокой износостойкостью – славутич.

По типу долота ИСМ подразделяются на:

- цельнокованные с последующим фрезерованием лопастей

- с приваренными лопастями

Долота ИСМ обладают высокой износостойкостью, меньшей стоимостью по сравнению с алмазными, большей проходимостью.

Существует несколько модификаций по типу промывки:

- с комбинированной промывкой (боковые+центральное сопла)

- с обычной провывкой (центральное сопло)

По типу профилей зубков долота ИСМ различаются:

- полусферический

- клиновой

- плоский

Одной из разновидностей лопастных долот является долото PDC, резцы которого оснащены пластинами поликристаллических алмазов.

Эти долота могут применяться при роторном способе бурения и с забойными двигателями в мягких и средних породах. Показатели работ долот могут достигать величин, значительно превышающих показатели серийных шарошечных долот.

Средняя проходка на долото PDC при бурении мягких и средних горных пород на глубинах 2800-5200 м составляет 300-800м при средней механической скорости 6-10 м/ч. Максимальная проходка на долото PDC превысила 3000 м.

Буровые долота PDC имеют следующие основные преимущества:

• Высокопрочные режущие элементы

• Оптимальная гидравлика долота

• Специальное упрочнение калибрующей части долота

• Равномерно нагруженная режущая структура

• Спиральные лопасти

• Антивибрационная защита долота.

Несмотря на то, что стоимость таких долот в 10 раз выше, чем шарошечных, их применение в глубоких скважинах оправдывается значительным сокращением времени на СПО.

12. Порядок изготовления алмазных долот. И классификация

Алмазные долота предназначены для разрушения истиранием (микрорезанием) неабразивных пород средней твердости и твёрдых. Алмазное долото состоит из стального корпуса с присоединительной замковой резьбой и фасонной алмазонесущей головки (матрицы). Матрица разделена на секторы радиальными (или спиральными) промывочными каналами, которые сообщаются с полостью в корпусе долота через промывочные отверстия. Алмазонесущую матрицу изготовляют методом прессования и спекания смеси специально подобранных порошкообразных твердых сплавов. Перед прессованием в пресс-форме по заданной схеме размещают кристаллики природных или синтетических алмазов. При однослойном размещении алмазов применяют алмазы в 0,05-0,4 карата (карат – единица измерения массы алмазов, 1 карат равен примерно 4,5 мм). Для бурения в твердых породах изготовляют долота с объемным размещением мелких (менее 0,02 карата) кристаллов алмаза в матрице (импрегнированные алмазные долота). После изготовления долота вылет алмазов над рабочей поверхностью матрицы составляет 0,1-0,25 их диаметра.

Классификация алмазных долот.

Долота с фиксированным вооружением

Коротколопастные долота

Алмазные долота (режуще-истирающего действия)

Классификация:

- по форме рабочей поверхности (радиальные, ступенчатые, спиральные);

- по происхождению алмазов (природные и синтетические);

• по количеству алмазов в матрице (однослойные, импрегнированные).

Алмазные долото:

1 – корпус,

2 –матрица;

3- алмазные зерна.

23. Электробур.Принцип действия.Область применения, достоинства и недостатки.

Забойная машина для бурения глубоких скважин, работающая от электродвигателя, вал которого несет на себе буровое долото.

Электробур - забойная буровая машина с погружным электро-двигателем, предназначенная для бурения глубоких скважин, преиму-щественно на нефть и газ. Идея электробура для ударного бурения принадлежит русскому инженеру В.И.Дедову (1899). В 1938-40 в СССР А.П.Островским и Н.В.Александровым создан и применен первый в мире электробур  для вращательного бурения, спускаемый в скважину на бурильных трубах.

Электробур состоит из маслонаполненного электродвигателя и шпинделя. Мощность трёхфазного электродвигателя зависит от диаметра электробура и составляет 75-240 квт. Для увеличения вращающего момента электробура применяют редукторные вставки, монтируемые между двигателем и шпинделем и снижающие частоту вращения до 350, 220, 150, 70 об/мин. Частота вращения безредукторного электробура 455-685 об/мин. Длина электробура 12-16 м, наружный диаметр 164-290 мм.

При бурении электробур, присоединённый к низу бурильной ко-лонны, передаёт вращение буровому долоту. Электроэнергия подводится к электробуру по кабелю, смонтированному отрезками в бурильных трубах. При свинчивании труб отрезки кабеля сращиваются специальными контактными соединениями. К кабелю электроэнергия подводится через токоприёмник, скользящие контакты которого позволяют проворачивать колонну бурильных труб. Для непрерывного контроля пространственного положения ствола скважины и технологических параметров бурения при проходке наклонно направленных и разветвлённо-горизонтальных скважин используется специальная погружная аппаратура (в т. ч. телеметрическая). При бурении электробурная очистка забоя осуществляется буровым раствором, воздухом или газом. В СССР с помощью электробура проходится свыше 300 тыс. м скважин (свыше 2% общего объёма бурения). Использование электробура, благодаря наличию линии связи с забоем, особенно ценно для ис-следования режимов бурения.

Область применения турбобуров.

• Бурение скважин с целью геологической разведки, довольно таки глубоких скважин, их глубина может достигать 800 метров при диаметре с отбором керна 76, 93, 112 и 132 мм. • Бурение скважин на рассолы с глубиной до 300 метров, а так же для подъема минеральной воды с глубины с проведением цементации отсадных колонн. • Бурение скважин с целью эксплуатации под водоснабжение с использованием промышленных насосов категории ЭЦВ-5, 6, 8, 10. • Бурения скважин в процессе строительства для инженерного и геологического использования колонковым или шнековым способом. • Бурение скважин под установку опор, столбов, фундамента, ограждения, при условии углубления 1-10 метров и диаметр должен укладываться в диапазон 300-600 мм.

24Бурильная колонна,назначение , ее основные элементы и их характеристика.

Бурильная колонна (далее БК) соединяет долото (или забойный двигатель и долото) с наземным оборудованием (вертлюгом).

БК состоит (рис. 3.10) из свинченных друг с другом ведущей трубы 4, бурильных труб 8 и утяжеленных бурильных труб (УБТ) 12 и 13. Верхняя часть БК, представленная ведущей трубой 4, присоединяется к вертлюгу 1 с помощью верхнего переводника ведущей трубы 3 и переводника вертлюга 2. Ведущая труба присоединяется к первой бурильной трубе 8 с помощью нижнего переводника ведущей трубы 5, предохранительного переводника 6 и муфты бурильного замка 7. Бурильные трубы 8 свинчиваются друг с другом бурильными замками, состоящими из муфты 7 бурильного замка и его ниппеля 9 или соединительными муфтами 10. УБТ 12 и 13 свинчиваются друг с другом непосредственно. Верхняя УБТ присоединяется к бурильной трубе с помощью переводника 11, а нижняя привинчивается через переводник 14 к долоту (при роторном бурении) или к забойному двигателю с долотом.

Кроме названных выше элементов в компоновку БК могут включаться калибраторы, центраторы, стабилизаторы, расширители, промежуточные опоры для УБТ, обратные клапаны, фильтры, шламометаллоуловители, амортизаторы, протекторные кольца, средства наклонно-направленного бурения, керноприемные устройства и другое специальное оборудование.

Назначение и конструкция бурильной колонны. Основные (ведущая труба,  бурильные трубы с присоединительными замками, утяжеленные бурильные трубы) и вспомогательные ( переводники различного назначения, протекторы, центраторы, стабилизаторы, калибраторы, наддолотные амортизаторы) элементы бурильной колонны. Элементы технологической оснастки бурильной колонны (перепускные и обратные клапаны, предохранительные переводники, шламометаллоуловители, разъединители колонны). Типы и характеристики резьбы, используемой для соединения элементов бурильной колонны.

Назначение бурильной колонны.

БК предназначена для следующих целей: -    передачи вращения от ротора к долоту; -    восприятия реактивного момента забойного двигателя; -    подвода бурового раствора к ПРИ и забою скважины; -    создания нагрузки на долото; -    подъема и спуска долота; -    проведения вспомогательных работ (проработка, расширение и промывка скважины, испытание пластов, ловильные работы и т.д.).

Составные элементы бурильной колонны.

Основные элементы, составляющие бурильную колонну, - ведущие трубы, бурильные трубы, бурильные замки, переводники, центраторы бурильной колонны, утяжеленные бурильные трубы.

Ведущие трубы предназначены для передачи вращения от ротора к бурильным трубам. Бурильные трубы составляют основную часть колонны. При роторном бурении колонна бурильных труб служит для передачи вращения долоту и для подачи бурового раствора к забою скважины.

Бурильные замки соединяют между собой отдельные бурильные трубы. Переводники предназначены для соединения элементов бурильных колонн, имеющих разные размеры или разнотипные резьбы, а также для присоединения подсобных и ловильных инструментов к бурильным трубам. Центраторы бурильной колонны служат для предупреждения искривления ствола скважины при бурении забойными двигателями. Утяжеленные бурильные трубы, устанавливаемые непосредственно над долотом или забойным двигателем, создают необходимую жесткость в нижней части бурильной колонны и обеспечивают нагрузку на долото в заданных пределах.

25Бурильные трубы.Разновидности, способы соединения. Материалы бурильных труб.

-ведущие трубы,

-стальные турубы,

-легкосплавные трубы,

-утяжеленные трубы

По конструкции бурильные колонны подразделяются на одинарные, применяемые для подъема керна выбуренных пород при помощи колонковых наборов одновременно с бурильной колонной или при помощи съемных керноприемников, извлекаемых на канате (или при помощи гидроподъема съемного керноприемника) и на двойные, применяемые для гидро- или пневмотранспортирования керна и осколочных фракций горных пород с забоя по внутренней трубе. По внешнему облику бурильные колонны подразделяются на гладкоствольные (бурильные трубы и их соединения имеют практически одинаковый наружный диаметр) и на негладкоствольные (колонны отличаются тем, что наружный диаметр соединений заметно больше наружного диаметра бурильной трубы). По способу стыковки труб и их соединений бурильные колонны подразделяются на колонны с отдельными {навертными) соединениями, соединяемыми с трубами с помощью резьбы, и на бурильные колонны с приваренными соединениями. В зависимости от материала, из которого изготавливаются бурильные трубы, колонны подразделяются на стальные и легкосплавные (алюминиевые). Алюминиевые трубы соединяются в бурильные свечи (бурильные колонны) при помощи стальных навертных соединений. В зависимости от способа механизации проведения спуско-подъемных операций с бурильными колоннами их соединения подразделяются на гладкие (имеющие гладкую наружную поверхность), применяемые при бурении установками с подвижнъш вращателем плашечным трубодержателем и с прорезями (лысками) под накидные элеваторы (наголовники), и ключи-вилки, применяемые при бурении установками шпиндельного типа с лебедочным спуско-подъемом и механическим свинчиванием-развинчиванием бурильных свечей (труб). Для установления единой концепции в создании бурильных труб СКБ «Геотехника» при участии ВИТРа разработан ГОСТ Р «Трубы бурильные геологоразведочные, типы и основные параметры», распространяющийся на бурильные трубы, предназначенные для всех видов, способов и условий геологоразведочного бурения на твердые полезные ископаемые и воду, при поисках и разведке, инженерно-геологических изысканиях, сейсморазведке, строительстве и т.д.

Способы соединения основных элементов бурильной колонны.

Соединение бурильных труб по нормали ОН 41 - 1 - 68 в свечи и свечей в колонны производится ниппелями. Соединение бурильных труб с обсадными осуществляют с помощью срезных штифтов, которые также являются несущими элементами разъединителя и должны срезаться только при нагрузке, превышающей вес обсадной колонны труб. Соединение бурильных труб с замком при помощи резьбы имеет и недостатки: для двух труб требуется не одно, а три резьбовых соединения, в связи с чем недостаточно высоки прочность и герметичность стандартных труб, особенно в условиях действия высоких вибрационных нагрузок и больших избыточных внутренних давлений в колонне. Дополнительное упрочнение и герметизация резьбовых соединений путем снабжения их блокирующими и стабилизирующими поясками и внутренним упорным выступом усложняют конструкцию и увеличивают стоимость бурильной колонны. Бурильные трубы с высаженными внутрь ( а и наружу ( в концами и соединительные муфты к ним. Соединение бурильных труб длиной 8 ми 11 5м, а также двухтру-бок в свечи осуществляется с помощью бурильных замков.

Составные элементы бурильной колонны.

Основные элементы, составляющие бурильную колонну, - ведущие трубы, бурильные трубы, бурильные замки, переводники, центраторы бурильной колонны, утяжеленные бурильные трубы.

Ведущие трубы предназначены для передачи вращения от ротора к бурильным трубам. Бурильные трубы составляют основную часть колонны. При роторном бурении колонна бурильных труб служит для передачи вращения долоту и для подачи бурового раствора к забою скважины.

Бурильные замки соединяют между собой отдельные бурильные трубы. Переводники предназначены для соединения элементов бурильных колонн, имеющих разные размеры или разнотипные резьбы, а также для присоединения подсобных и ловильных инструментов к бурильным трубам. Центраторы бурильной колонны служат для предупреждения искривления ствола скважины при бурении забойными двигателями. Утяжеленные бурильные трубы, устанавливаемые непосредственно над долотом или забойным двигателем, создают необходимую жесткость в нижней части бурильной колонны и обеспечивают нагрузку на долото в заданных пределах.

26. Утяжеленные бурильные трубы. Назначение, разновидности.

Для увеличения веса и жесткости БК в ее нижней части устанавливают УБТ, позволяющие при относительно небольшой длине создавать частью их веса необходимую нагрузку на долото. В настоящее время наиболее широко используются следующие типы УБТ: -    - горячекатанные (УБТ), изготавливаемые по ТУ 14-3-385; -    - сбалансированные (УБТС), изготавливаемые по ТУ 51-744. УБТ этих типов имеют аналогичную беззамковую (отсутствуют отдельные присоединительные концы) толстостенную конструкцию и поставляются в комплекте. Комплект УБТ имеет одну наддолотную трубу с двумя муфтовыми концами, а остальные – промежуточные (верхний конец муфтовая резьба, нижний – ниппельная). Горячекатанные УБТ выполняются гладкими по всей длине. На верхнем конце УБТС выполняется конусная проточка для лучшего захвата клиньями при спуско-подьемных работах. Горячекатанные УБТ используются преимущественно при бурении с забойными гидравлическими двигателями. Их изготовляют из сталей группы прочности Д и К (предел текучести 373 и 490 МПа) методом прокатки, что обуславливает их недостаточную прочность, особенно в резьбовых соединениях. Кроме того, они имеют значительные допуски на кривизну, разностенность и овальность. При вращении УБТ это приводит к биению БК и значительным усталостным перегрузкам. Основные параметры УБТ, наиболее распространенные в Западной Сибири: -    -номинальные наружные диаметры труб 146, 178, 203 мм; -    -номинальный диаметр промывочного канала 74; 90, 100 мм; -    длина труб, соответственно 8,0; 12,0; 12,0 м; -    присоединительная резьба, соответственно З-121; З-147; З-171; - масса одного погонного метра таких труб равна, соответственно, 97,6; 145,4; 193 кг. Условное обозначение УБТ наружным диаметром 178 мм и диаметром промывочного канала 90 мм из стали группы прочности Д: УБТ 178х90 Д ТУ 14-3-385 Сбалансированные УБТ (рис. 3.14.) используют преимущественно при роторном способе бурения. УБТС изготовляют из сталей марки 38ХН3МФА (предел текучести 735 МПа) и 40ХН2МА (предел текучести 637 МПа). Канал у таких труб просверлен, что обеспечивает его прямолинейность, а наружная поверхность подвергнута механической обработке, что обеспечивает равную толщину стенки и круглое сечение. Обкатка резьбы роликами и ее фосфатирование, термическая обработка концевой (0,8-1,2 м) поверхности труб значительно повышают их прочностные показатели. Основные параметры УБТС, наиболее распространенные в Западной Сибири: -    -номинальные наружные диаметры труб 178, 203, 229 мм; -    -номинальный диаметр промывочного канала 80; 80, 90 мм; -    длина труб 6,5 м;

-    присоединительная резьба, соответственно, З-147; З-161; З-171; - масса одного погонного метра таких труб равна, соответственно, 156; 214,6; 273,4 кг. Условное обозначение УБТС наружным диаметром 178 мм с присоединительной замковой резьбой З-147: УБТС 2 178/ З-147 ТУ 51-774