Долота для сплошного бурения

Шарошечные долота

Несмотря на то что в практике бурения нефтяных и газовых скважин применяли долота с одной, двумя, тремя, четырьмя и даже шестью шарошками, самыми распространенными были и остаются трехшарошечные долота и в небольших количествах в настоящее время применяют одношарошечные долота.

Трехшарошечные долота. Современные конструкции трехшарошечных долот, изготовляемых сваркой трех кованых секций , на цапфах которых вращаются ша­рошки  на подшипниках . Шарошки имеют породоразрушающие элементы , конструкция которых определяется механиче­скими и абразивными свойствами пород. Подшипники шарошек у ряда моделей долот смазываются промывочной жидкостью, проникающей к телам качения и трения по зазору между основанием шарошки и упорной поверхностью в цапфе. В последние годы большое применение на­ходят долота с герметизированной опорой, у которых специальная смазка поступает к телам качения и трения из эла­стичного баллона  по имеющемуся в лапе и цапфе каналу. Про­никновению промывочной жидкости в полость такой опоры пре­пятствует жесткая уплотнительная манжета .Шарошечные долота по принципу разрушения породы относят к долотам дробяще-скалывающего действия.

Форма и расположение породоразрушающих элементов на шарошках. В зависимости от пород, для бурения которых пред­назначается долото, шарошки имеют различные породоразрушающие элементы — зубцы, изготовляемые либо вместе с телом шарошки фрезерованием или накаткой, либо отдельно из специ­альных твердых сплавов. Последние имеют клиновидную или сферическую контактную поверхность и запрессовываются в гнезда, высверленные в теле шарошки. Шарошки с фрезеро­ванными или накатанными зубцами используют в долотах, пред­назначенных для разрушения неабразивных пород. Шарошки с зубцами из твердых сплавов предназначены для разбуривания абразивных пород, а также пород с очень высокой твердостью. На всех шарошках породоразрушающие элементы располагают, как правило, концентрическими венцами.

Нагрузка, воспринимаемая опорой, определяется силами ре­акции забоя и стенки скважины. Поэтому в опоре предусматри­ваются подшипники, способные воспринять как радиальную, так и осевую составляющие действующей нагрузки. В качестве ра­диальных используются роликовые и шариковые подшипники и подшипники скольжения; в качестве радиально-упорных — шари­ковые подшипники, а в качестве упорных — подшипники сколь­жения. Каждый из указанных типов подшипников имеет преиму­щества и недостатки. Шариковые подшипники легче разместить в ограниченных раз­мерах шарошки, они слабо реагируют на возможные перекосы осей шарошек и цапф и поэтому, как правило, не приводят к за­клиниванию шарошек на цапфах. Однако вследствие проскальзы­вания шариков по боковым дорожкам шариковые подшипники значительно нагреваются и требуют интенсивного охлаждения циркулирующей жидкостью. Роликовые подшипники могут воспринимать большую, чем ша­риковые подшипники нагрузку, но труднее вписываются в огра­ниченные размеры шарошек. Они весьма чувствительны к пере­косам осей шарошек и цапф и при износе роликов нередко при­водят к заклиниванию шарошек на цапфах.

Подшипники скольжения способны принимать наибольшие на­грузки. Однако эффективны они только при невысоких частотах вращения долота, когда трущиеся поверхности шарошек и цапф и соседних роликовых и шариковых подшипников сильно не на­греваются.

Шарошечные долота изготавливают в безкорпусном и корпусном исполнении, до 269,9 мм – безкорпусные. Состоит: лапа: цапфа и лапа, на лапу – шарошка, цапфа – опора, на которую собирается шарошка. Ø: 138,7; 158,7; 161,0; 190,5; 200,0; 215,9; 222,3; 245,3; 250,8; 269,9; 295,3; 311,1; 349,2; 393,7; 444,5.

Типы долот: М; МЗ; МС; МСЗ; С; СЗ; СТ; Т; ТК; ТЗ; ТКЗ; К; ОК.

Вооружение: шарошечные долота по вооружению подразделяются на фрезированные зубья и твердосплавные зубки. Долота для разбуривания абразивных (З), К и ОК пород оснащаются твердосплавными зубками. Фрезированный зуб отличается углом при вершине, высотой зуба, шагом зуба. От мягких к крепким породам угол увеличивается, высота зуба уменьшается, шаг увеличивается. Смещение оси шарошек относительно оси долота позволяет одновременно с вращением шарошки проскальзывать зубьям долота по забою: для К и ОК: смещение – min; для мягких – max (до 10 мм).

Алмазные долота

Алмазные долота предназначены для разрушения ре­занием (микрорезанием) и истиранием неабразивных пород сред­ней твердости и твердых. Учитывая высокую стоимость алмазных долот, целесообразно их применять на больших глубинах (более 3000м), так как они обеспечивают значительную проходку на долото, что сокращает затрату времени на спуско-подъемные работы.

Алмазонесущую головку изготовляют методом прессования и спекания смеси специально подобранных порошкообразных твер­дых сплавов. Перед прессованием в пресс-форме по заданной схеме размещают кристаллики природных и синтетических алма­зов. После прессования и спекания алмазики оказываются на­дежно закрепленными в наружном слое порошкообразного твер­дого сплава алмазонесущей головки.

Применяя для изготовления матрицы различные материалы, добиваются необходимой степени обнажения алмазов во время работы долота. При сильном обнажении алмазы растрескиваются и ломаются, а при незначительном обнажении не будет необходи­мого внедрения алмазов в породу, поэтому бурение становится неэффективным. При бурении твердых пород износ матрицы ин­тенсивнее, поэтому матрица должна быть более износостойкой, что предотвратит излишнее обнажение алмазов. В породах сред­ней твердости материал матрицы изнашивается меньше и по­этому она должна быть менее износостойкой.

Регулируя степень обнажения алмазов, обеспечивают также сохранение во время работы долота на забое определенного

Лопастные долота

При бурении нефтяных и газовых скважин применяют лопаст­ные долота двух разновидностей: разрушающие горную породу по принципам резания и истирания. К первой разновидности от­носятся трехлопастные долота ЗЛ, а ко второй — трехлопастные ЗИР, шестилопастные 6ИР и шестилопастные долота ИСМ.

Долота ЗЛ состоят из корпуса, верхняя часть ко­торого имеет ниппель с замковой резьбой для присоединения к бурильной колонне, и трех приваренных к корпусу долота ло­пастей, расположенных по отношению друг к другу под углом 120°. Для направления промывочной жидкости к забою долото снабжено промывочными отверстиями, расположенными между лопастями.

Лопасти выполнены заостренными и слегка наклонными к оси долота в направлении его вращения. В этой связи по принципу разрушения породы долота ЗЛ относят к долотам режуще-ска­лывающего действия, так как под влиянием нагрузки лопасти врезаются в породу, а под влиянием вращающего момента ска­лывают ее.

Долота ЗЛ предназначены для бурения в неабразивных мяг­ких пластичных породах (тип М) и для бурения в неабразивных мягких породах с пропластками неабразивных пород средней твердости (тип МС).

Для увеличения износостойкости долот их лопасти укрепляют (армируют) твердыми сплавами . У долот типа М в прорезан­ные по определенной схеме пазы на лопастях наплавляют зернистый твердый сплав и лопасть покрывают чугуном, а у долот типа МС в пазы укладывают и припаивают твердосплавные пла­стинки и покрывают лопасти зернистым твердым сплавом. У до­лот обоих типов наиболее сильно укрепляют режущие кромки лопастей и их боковые поверхности, так как они, находясь во время бурения в постоянном контакте с породой, выполняют наибольший объем работы и быстрее изнашиваются.

Долота ЗЛ выпускают с промывочными отверстиями, кромки которых укреплены зернистым твердым сплавом, и с промывоч­ными отверстиями с установленными в них минералокерамиче-скими сменными соплами. Для уменьшения гидрав­лических сопротивлений кромки отверстий в сопле на входе сглажены, а само сечение плавно сужено к выходу.

Предпочтение следует отдавать долотам со сменными соп­лами, так как такие долота позволяют осуществлять промывку скважины со скоростью движения струй жидкости из сопел 100—120 м/с. Долота со сменными соплами называют гидро­мониторными.

Отраслевым стандартом предусматривается изготовление до­лот ЗЛ диаметром от 120,6 до 489,9 мм.

Долота ЗЛ при бурении в неабразивных пластичных породах позволяют получить проходку на долото до нескольких сот мет­ров. Однако в случае перемежаемости пород по твердости не исключено во время бурения значительное уменьшение диаметра долот ЗЛ, что вынуждает прорабатывать и расширять ствол скважины перед спуском нового долота.

Отраслевым стандартом предусмотрено изготовление долот ЗИР диаметром от 190,5 до 269,9 мм.

Долота 6ИР имеют три основные лопасти, предназначенные для разрушения породы забоя, и три дополнительные укорочен­ные лопасти, калибрующие стенку скважины. Основные лопасти притуплены и сходятся на оси долота. Дополнительные лопасти также притуплены и расположены между основными лопастями. Для увеличения износостойкости лопасти укреплены твердыми сплавами примерно по такой же схеме, как и у долот ЗИР. Раз­рушают долота породу по принципу резания (микрорезания) д истирания. Эти долота предназначены для бурения в породах средней твердости, т. е. относятся к типу С.

Отраслевым стандартом предусмотрено изготовление долот 6ИР без сопел и с соплами диаметром от 139,7 до 269,9 мм.

Долота ИСМ в лопастном исполнении выпускают нескольких видов. Выполняются они либо цель­ноковаными с последующим фрезерованием лопастей, либо с при­варенными к корпусу долота лопастями. По конструкции долото ИСМ отличается от долота 6ИР формой рабочей части основных трех лопастей и расположением трех дополнительных укорочен­ных лопастей. Основные лопасти сходятся на оси долота, а до­полнительные расположены асимметрично относительно основных. Все шесть лопастей расположены перпендикулярно к плос­кости забоя, и поэтому порода разрушается резанием (микроре­занием) и ее истиранием.

Долота спец.назначения.

К ним относятся пикообразные ПР, для проработки (расширения ствола) скважины. Пикообразные ПЦ, для разбуривания цементного камня и металлических деталей в обсадной колонне после ее цементирования. Эти долота имеют лопасть под углом 90⁰, по форме напоминающий пику. Прорабатывать скважину целесообразно с установкой на расстоянии 6м от долота расширителя – калибратора.

17 Расширители.

Назначение нераздвижных расширителей - увеличить диаметр скважины путем обуривания ранее пробуренной долотом меньшего диаметра пилот-ствола, который играет роль направляющего и центрирующего элемента. Если расширение скважины осуществляется после бурения пилот-ствола, то расширитель бурит по кольцевому забою подобно бурильной головке при отборе керна. Расширение может осуществляться одновременно с бурением пилот-ствола. В этом случае долото меньшего диаметра на корпусе расширителя и сам расширитель образуют единый породоразрушающий инструмент. Основным недостатком последнего является невозможность контролировать перераспределение нагрузки на долото между пилот-долотом и расширителем. Преимуществом - совмещение операций бурения пилот-ствола и его расширения до нужного диаметра. Привлекателен этот вариант тогда, когда нет качественного шарошечного долота нужного конечного диаметра, чтобы бурить скважину необходимым диаметром сразу, без последующего расширения.

 По характеру воздействия на породу расширители делятся на лопастные и шарошечные. Конструктивных вариантов исполнения тех и других очень много. Шарошечные расширители с цилиндрическими или коническими шарошками изготавливаются, как правило, в заводских условиях.

 Лопастные расширители армируются либо наплавкой на рабочие лопасти зернистого твердого сплава, либо твердосплавными вставками или пластинами. Широко распространена ступенчатая форма лопастей. Считается, что при этом облегчается разрушение ступенек по сравнению с плоской формой забоя. В таком утверждении есть справедливость: ступеньки, разгруженные от горного давления со стороны пилот-ствола дейтвительно бурятся быстрее. Шарошечные расширители бывают с несъемными и съемными шарошками. Применение последних существенно уменьшает эксплуатационные расходы в расчете на метр проходки.

Назначение раздвижных расширителей - локальное увеличение диаметра ранее пробуренного ствола скважины на некотором участке, например, для обеспечения проходимости обсадной колонны увеличенного диаметра или для установки расширяющихся потайных колонн с целью изоляции зон поглощения. В транспортном положении диаметр такого расширителя меньше диаметра скважины. После спуска на заданную глубину под действием перепада давления в процессе промывки лопасти начинают раздвигаться, начинают разрушать стенки скважины и через некоторое время расширяют ее до конечного диаметра. Дальнейшее расширение ствола на заданном интервале ничем не отличается от расширения неразвижными расширителями.