МиНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ государственное БЮДЖЕТНОЕ образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«тюменский государственный нефтегазовый университет»

Нефтегазовый колледж имени Ю.Г.Эрвье

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по дисциплине «БУРЕНИЕ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН»

для студентов среднего профессионального образования

специальности

131003 Бурение нефтяных и газовых скважин,

130109 Геология и разведка нефтяных и газовых месторождений

131018 Разработка нефтяных и газовых месторождений

Для учащихся начального профессионального образования

131003.03 Бурильщик эксплуатационных и разведочных скважин

Часть 2 - Породоразрушающий инструмент

Тюмень

Тюм ГНГУ

НГК им. Ю.Г. Эрвье

2012

Составитель: А.В. Кед – преподаватель специальных дисциплин.

Рецензент: д-р техн. наук, М.В. Двойников

Содержание

Введение………………………………………………………………....4

Назначение и классификация породоразрушающего инструмента….4

Лабораторная работа № 1 Изучение конструкций шарошечных

долот…...………………………………………………………………....6

Лабораторная работа № 2 Изучение и кодирование износа отрабо-

танных долот……………………………………………………………15

Лабораторная работа № 3 Изучение конструкций двух- трехлопаст-

ных, пикообразных, лопастных истирающе-режущих, ступенчатых

долот…………………………………………………………………….21

Введение

Методические указания предназначены для студентов среднего профессионального образования специальностей 131003 Бурение нефтяных и газовых скважин, 130109 Геология и разведка нефтяных и газовых месторождений,131018 Разработка нефтяных и газовых месторождений, для учащихся начального профессионального образования 131003.03 Бурильщик эксплуатационных и разведочных скважин

Методические указания могут быть использованы при выполнении учебно-исследовательских работ студентами и учащимися других специальностей.

Целью ознакомления студентами конструкций шарошечных, двух- трехлопастных, пикообразных, лопастных истирающе-режущих, ступенчатых долот, а также изучение и кодирование отработанных долот.

Методические указания будут полезны при изучении курсов по технологии бурения нефтяных и газовых скважин. заканчивания скважин, технологии эксплуатационного и разведочного бурения.

Назначение и классификация породоразрушающего

инструмента

При бурении нефтяных и газовых скважин применяется в основном механический способ разрушения горных пород. При этом энергия от привода бурового станка к разрушаемой породе передается породоразрушающим инструментом. Энергия может передаваться непрерывно частью или всей рабочей поверхностью породоразрущающего инструмента всему забою или дискретно, лишь на часть поверхности забоя скважины.

Таким образом, породоразрушающий инструмент предназначен для концентрированной передачи энергии горной породе с целью ее разрушения.

Породоразрушающим инструментом называется инструмент, применяемый непосредственно для бурения путем разрушения горных пород.

Первые породоразрущающие инструменты режуще-скалывающего действия изготовлены с началом бурения скважин. Так как первые скважины бурились ударным способом, породоразрушающие инструменты были похожи на инструмент, предназначенный для обработки (долбления) древесины (долото). В последующем, главным образом с развитием вращательного бурения, долота непрерывно улучшались. Совершенствование породоразрушающих инструментов продолжается и в настоящее время.

Рисунок 1 – Классификация породоразрушающего инструмента

Лабораторная работа № 1

Тема: Изучение конструкций шарошечных долот.

Цель работы: Изучение конструкции шарошечных долот и заводского шифра долот по ГОСТу 20692-2003 “Шарошечные долота”.

Шарошечные буровые долота предназначены для бурения скважин и представляют собой буровой инструмент, породоразрушающими органами которого являются шарошки, перекатывающиеся по забою.

Шарошечные долота наиболее распространенный вид породоразрушающего инструмента. Они выпускаются в наибольшем ассортименте по числу типов, серий, модификаций и моделей.

В России и СНГ основными производителями долот являются: ОАО “Волгабурмаш”, ОАО “Уралбурмаш”, ОАО “ДДЗ” (Дрогобычский долотный завод, Украина).

По конструкции корпуса трехшарошечные долота подразделяются на секционные и корпусные. Секционные долота сваривают из отдельных секций (лап), на которых расположены шарошки, и последующей обработкой получают долото. На рисунке 2 представлена компоновка узлов и деталей секционного трехшарошечного долота.

Рисунок 2 – Компоновка узлов и деталей секционного трехшарошечного

6

долота

Секционные долота выпускаются всех серий и типов диаметром до 393,7 мм. Секционное трехшарошечное долото состоит из трех одинаковых по размеру шарошек и трех идентичных лап. Шарошки оснащены вооружением, представленными венцами основного, периферийного и обратного конусов шарошки. На цапфах лап расположены подшипники различной конфигурации, образующие опору долота. Шарошки удерживаются от осевого перемещения с помощью замкового шарикового подшипника, собираемого через отверстия в цапфах. Отверстия в цапфах закрываются специальным пальцем, который заваривается на спинке лапы.

Промывочные каналы могут иметь различную форму, расположение или количество в зависимости от назначения, типа и размера долота. Наибольшее распространение получили два типа промывочных каналов: одно отверстие расположенное в центре долота (центральная схема промывки) и боковые каналы в каждой лапе долота (гидромониторная схема промывки). Схемы промывки долот представлены на рисунке 3.

а б в

а – центральная насадка;

б – боковая с тремя удлиненными насадками;

в – боковая с тремя стандартными насадками

Рисунок 3 – Схемы промывки забоя скважины

Для повышения эффективности разрушения мягких пород в корпус долота встраиваются профилированные насадки при движении через которые поток промывочной жидкости приобретает скорость до 60-120 м/с. Сменные насадки изготавливают из металлокерамических сплавов. Наибольшее распространение получили насадки с каналом, имеющим форму очертания сжатой струи (с целью повышения коэффициента расхода). Повышение эффективности гидромониторного эффекта достигается за счет уменьшения расстояния от насадки до забоя до 20 мм. Благоприятным также является расположение оси насадки под углом 8⁰ в сторону, противоположную вращению долота. Характеристики стандартных и удлиненных насадок приведены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1 - Характеристика стандартных насадок

Насадка

Диаметр долота, мм

Диаметры выходного отверстия, мм

5,6

6,4

7,1

7,9

8,7

9,5

10,3

11,1

11,9

12,7

14,3

15,9

17,5

19,1

20,6

22,2

R3510

120,6-124,6

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

R3401

139,7-152,4

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

R1804

155,6-171,4

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

R0030

190,5-244,5

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

R0101

250,8-444,5

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Таблица 2 –Характеристика удлиненных насадок

Тип долота	Насадка, обозначение	Диаметр долота, мм	Диаметры выходного отверстия, мм
			15,0	18,0	20,0
Долото с фрезерованным вооружением	НУГ-15/47 НУГ-18/47 НУГ-20/47	190,5-215,9	+	+	+
Долото с твердосплавным вооружением	НУГ-5/52,5 НУГ-8/52,5 НУГ-0/52,5	215,9	+	+	+

Рассматриваемое долото имеет гидромониторную промывку (рисунок 3), поэтому в каждой лапе долота выполнены гнезда под насадку. Насадка уплотняется резиновым кольцом и крепится с помощью стопорного гвоздя.

Для подвода смазочного вещества к элементам опоры шарошки в процессе бурения в лапе предусмотрен узел смазочного резервуара. Смазочное вещество находится в стакане и под действием диафрагмы, которая деформируется при перепаде давления, подается к опоре долота. Система смазки представлена на рисунке 4.

Рабочая поверхность шарошек снабжена зубчатыми венцами, которые выполняются как одно целое с телом шарошки или шарошка армируется породоразрушающими элементами из твердого сплава. Вооружение буровых долот представлены на рисунке 5.

Рисунок 4 - Система смазки

Рисунок 5 – Вооружение буровых долот

Для эффективно разрушения горных пород необходимы соответствующие удельные нагрузки и внедрение зубка в породу, то есть улучшение разрушающей способности вооружения зависит от формы рабочей части зубка [2]. Форма таких зубков показана на рисунке 6.

а б

в г

д е

ж з и

а – зубок типа М; б – зубок типа М2; в – зубок типа Г-25; г – зубок типа Г-54; д - зубок типа С; е – зубок типа Т; ж – зубок типа Г-26; з – зубок типа К; и – зубок типа СТ

Рисунок 6 – Твердосплавные зубки

Выбор типа и вида вооружения для оснащения вооружения шарошек долота в основном определяется свойствами разбуриваемых пород.

Шарошки современных долот выполняются многоконусными. Один из конусов обычно несет вооружение, калибрующее стенки скважины, и называется обратным.

Краткая характеристика вооружения всех типов долот и описание разбуриваемых ими пород приведено в таблице 3.

Таблица 3 – Характеристика вооружения шарошечных долот

Тип долота	Разбуриваемые породы	Характеристика вооружения
М	Мягкие	Фрезерованные стальные зубья
МЗ	Мягкие абразивные	Твердосплавные зубки клиновидной формы
МС	Мягкие с пропластками пород средней твердости	Фрезерованные стальные зубья
МСЗ	Мягкие абразивные с пропластками пород средней твердости	Комбинированное стальное и твердосплавное вооружение клиновидной формы
С	Средней твердости	Фрезерованные стальные зубья
СЗ	Абразивные средней твердости	Твердосплавные зубки клиновидной формы
СТ	Средние с пропластками твердых пород	Фрезерованные стальные зубья
Т	Твердые	Фрезерованные стальные зубья
ТЗ	Твердые абразивные	Твердосплавные зубки клиновидной формы
ТК	Твердые с пропластками крепких пород	Фрезерованные стальные клиновидные и твердосплавные сферической формы
ТКЗ	Твердые абразивные с пропластками крепких пород	Твердосплавные зубки клиновидной и сферической формы
К	Крепкие	Твердосплавные зубки сферической формы
ОК	Очень крепкие	Твердосплавные зубки сферической формы

Параметры элементов вооружения изменяются в зависимости от типа и размеров долот.

Полнота поражения забоя по радиусу скважины характеризуется коэффициентом перекрытия, под которым понимается отношение суммы длин зубьев, одновременно контактирующих с забоем, к радиусу долота.

В зависимости от типа долота коэффициент перекрытия изменяется в пределах от 0,7 до 1,3.

Контактная площадь зубьев долота определяется как сумма площадей контакта зубьев всех шарошек, одновременно находящихся во взаимодействии с горной породой. При вращении долота и шарошек контактная площадь меняется, поэтому обычно определяется среднее значение этой величины.

После сборки лап и шарошек в секции их сваривают вместе в монолитную конструкцию, а затем нарезают резьбу для присоединения к бурильной колонне.

Фиксирование сопряженных граней и секций перед сваркой производится с помощью установочных штифтов, под которые в каждой лапе высверливаются глухие отверстия.

Внедрен ГОСТ 20692-2003 “Долота шарошечные”, которым предусмотрен выпуск долот 42 типоразмеров от 76,0 мм до 508,0 мм.

Шифр долота включает сведения о виде долота по числу шарошек, его диаметре, типе долота, характеризующем его вооружение, расположение промывочных и продувочных каналов, отличие конструкции опоры (рисунок 7).

Рисунок 7 – Долото серии ГВ

Следует изготовлять:

одношарошечные – I,

двухшарошечные – II,

трехшарошечные – III.

Диаметр долота в миллиметрах, часто встречаются в практике буровых работ следующие диаметры долот: 190,5; 215,9; 244,5; 269,9; 295,3; 349,2; 393,7; 445; 490 [3].

В шифре долота заложено обозначение породы, для которой данное долото предназначено. Породы по твердости условно делятся на следующие категории: мягкие (М), средние (С), твердые (Т), крепкие (К), и очень крепкие (ОК).

По виду вооружения разработаны следующие типы долот: для бурения мягких пород (М), для мягких абразивных пород (МЗ), для мягких с пропластками средней твердости пород (МС), для мягких абразивных с пропластками средней твердости пород (МСЗ), для средней твердости пород (С), для средней твердости с пропластками твердых пород (СТ), для средней твердости абразивных пород (СЗ), для твердых пород (Т), для твердых абразивных пород (ТЗ), для твердых с пропластками крепких пород (ТК), для твердых абразивных с пропластками крепких пород (ТКЗ), для крепких пород (К), для очень крепких пород (ОК).

Наличие в обозначение типа долота буквы З указывает на то, что шарошки оснащены твердосплавными зубьями. Буква З отсутствует, если шарошки имеют фрезерованные или литые зубья, армированные твердым сплавом.

Расположение промывочных или продувочных каналов:

Ц – долото с центральной промывкой,

Г – с гидромониторной боковой промывкой,

П – с центральной продувкой,

ПГ – с боковой продувкой.

Имеются также уточняющие сведения о конструкции опоры. Так, например: В – долото предназначено для высокочастотного вращения, имеет только подшипники качения, Н – долото предназначено для низкочастотного вращения, при этом опора шарошки на одном подшипнике скольжения в сочетании с подшипниками качения, А – в опоре два и более подшипников скольжения, У – опоры, выполненные с герметизацией подшипников уплотнительными кольцами и имеющие резервуары для смазки.

Пример условного обозначения трехшарошечного долота диаметром 215,5 мм для бурения абразивных пород средней твердости (СЗ), с боковой гидромониторной промывкой (Г), на двух и более радиальных подшипниках скольжения с одним или более упорным подшипником скольжения и герметизацией опоры (АУ):

Долото шарошечное III 215,9 СЗ-ГАУ ГОСТ 20692-2003.

Лабораторная работа № 2

Тема: Изучение и кодирование износа отработанных долот.

Цель работы: Изучение износа и кодирование шарошечных долот.

Для этого необходимо провести замеры износа вооружения и опоры отработанного долота, сделать запись износа долота с помощью кода. Изучить рекомендации по использованию информации о характере и уровнях износа долот с целью выбора рационального типа долота. Выполнить анализ износа отработанного долота, позволяющий выявить особенности износа долот в каждом интервале бурения и провести подбор типа долота для бурения в соответствии с разбуриваемыми породами на основе выявленных особенностей износа долот в различных геолого–технических условиях.

Износ шарошечных долот методика ВНИИБТ (РД 39-2-51-78)

Кодирование износа шарошечного долота. Описание износа дается по следующим элементам:

1 – вооружение, 2 – опора, 3 – аварийный износ долота, 4 – повреждения гидромониторных узлов и системы герметизации, 5 – уменьшение диаметра долот.

1 Износ вооружения определяется величиной сработки зубьев (штырей) по высоте (хотя бы на одном венце): ВО – износа нет, В1 – уменьшение износа зубьев на 1/4, В2 - уменьшение износа зубьев на 1/2, В3 - уменьшение износа зубьев на 3/4 (предельное состояние), В4 - уменьшение износа зубьев на 4/4 (полный износ хотя бы одного венца).

При наличии скола зубьев, скола и выпадении твердосплавных зубков добавляется индекс “C”. Общее количество (в %) разрушенных зубьев, сколотых и выпавших штырей записывается в скобках, например, В2С (20). Закругление калибрующих кромок зубьев периферийных венцов требует добавки индекса “P”, например, В2С (20) Р.

При зацеплении зубьев периферийных венцов добавляется индекс “Ц”, например, В2С (20) РЦ.

2 Износ опоры (хотя бы одной шарошки) оценивается по величине люфта шарошек: ПО – отсутствие износа, П1 – износ небольшой “качка” торца шарошки относительно оси невелика (например, для долот диаметром 190,5 мм и 215,9 мм – до 2 мм, диаметром 244,5 мм и 295,3 мм – до 3 мм). Тела качения не обнажены, козырьки лап не изношены. П2 – уровень износа средний, “качка” торца шарошки большая (для долот диаметром 190,5 мм и 215,9 мм – до 4 мм, диаметром 244,5 мм и 295,3 мм – до 5 мм). Тела качения не обнажены, козырьки лап не изношены. П3 – уровень износа большой, “качка” торца шарошки значительная (для долот диаметром 190,5 мм и 215,9 мм больше 5 мм, диаметром 244,5 мм и 295,3 мм – больше 6 мм). Имеется опасность выпадения тел качения “заедание” шарошки при вращении рукой, козырьки лап разрушены. П4 – разрушение опор. Разрушение и поворот роликов, разрушение шариков, лап и тыльной части шарошек с выпадением тел качения, наличие трещин и лысок на шарошках.

При заклинивании шарошек к обозначению износа добавляется индекс “К”. Количество заклиненных шарошек указываются в скобках, например, ПЗК(2).

3 Аварийный износ долота:

А_в – поломка и оставление в скважине вершины шарошки,

А_ш - поломка и оставление в скважине шарошки,

А_с - поломка и оставление в скважине на забое цапфы лапы с шарошкой.

Количество оставленных на забое лап, шарошек и их вершин, обозначенных условными номерами шарошек, указывается в скобках римскими цифрами, например, А_в(I). Это означает, что оставлена вершина первой шарошки.

4 При повреждении гидромониторного узла (размыв гнезда, выпадение насадок) к характеристике состояния добавляется индекс “Г”. Число поврежденных узлов указывается в скобках, например, Г(3).

При повреждении системы герметизации маслонаполненной опоры (выход из строя уплотнения или его износ и разрушение) к характеристике износа долот добавляется индекс “У”. Число поврежденных узлов указывается в скобках, например, У(2).

5 Уменьшения диаметра долота обозначается индексом “Д” и выражается в мм. Цифра показывает величину сработки долота по диаметру в мм, например, Д4.

Примеры применения кода для оценки износа долот

Вооружение сработано на 10 %, опоры имеют средний износ, “заклинены” 2 шарошки, диаметр долота сохранился – В1П2К(2)Д.

Вооружение изношено на 3/4 (по высоте), 50 зубьев имеют сколы, калибрующие кромки зубьев периферийных венцов закруглены, опоры имеют большой износ, “качка” торца шарошки 10 мм, диаметр долота уменьшился на 7 мм. – ВЗС(50) РПЗД 7.

Вооружение “сработано” полностью, опора вышла из строя, часть тел качения выпала, на шарошках возникли трещины, первая шарошка оставлена на забое – В4П4А_ш(I).

В скважине оставлены все шарошки – А_ш(I, II, III).

Расшифровать код износа долот	Найти ошибку в коде износа
В1ПЗД4	ВОП4Аш(3)
В2С(20)П1К(2)ДО	ВЗК(1)П4Аш(3)ДЗ
В4П4Аш(1)Д7	ВОП2Д4
В2С(15)ЦПЗДЗ	ВОС(50)П3ДО
В3С(40)РП2Д5	В4С(20)УПОД6
В4С(60)ПЗК(1)Ав(1)Д6
В2С(5)ПЗДЗ
В1С(5)П0Д0
В1П1К(2) Д3
В1П1Д1
В3С(30)ПЗК(3)Д6

Задание

Порядок выполнения работы

Долото установить на торец резьбы. Замерить высоту зубьев долота. Установить количество (в %) сколотых зубьев или твердосплавных зубков. Выяснить, не имеют ли зубья периферийных венцов закругления, не цепляются ли зубья одних шарошек за другие при повороте от руки.

Определить “качку” торца шарошки относительно оси цапфы. Изучить состояние подшипников опор. Описать имеющиеся поломки и “оставление” на забое вершин шарошек, шарошек и лап с шарошкой. Замерить диаметр долота.

Рекомендации по использованию информации о характере и уровнях износа для выбора типа долот. Если долота с фрезерованными зубьями шарошек вышли из строя из-за износа опор шарошек (П3 или П4), а износ фрезерованных зубьев (включая и на периферийных венцах) относительно не велик (В1 или В2) и долото при этом не “потеряло” диаметр, то применение штыревых долот в этих условиях нецелесообразно.

Если при небольшом (В1 или В2) износе фрезерованных зубьев. Опоры шарошек остаются работоспособными (П1 или П2), но вершины зубьев периферийных венцов имеют значительное “скругление” со стороны стенки скважины, изношены тыльные поверхности шарошек, козырьки и спинки лап и долото “потеряло” диаметр свыше 5 мм, следует провести опытную обработку либо штыревых долот, (например, типа ТК), либо долот с фрезерованными зубьями на всех венцах шарошек, но с запрессованными в тыльные конуса шарошек, но с запрессованными в тыльные конуса шарошек и спинки лап твердосплавными зубками.

Усталостный износ фрезерованных зубьев свидетельствует о целесообразности применения в этих условиях долот, предназначенных для бурения твердых породах.

Деформация (изгиб) и поломки лап и цапф свидетельствует о том, что в этих условиях величина осевой нагрузки на долото превышала допустимую.

Обработка результатов

На основе анализа данных об износе долота и рекомендаций по использованию информации о характере и уровнях износа породоразрушающего инструмента делается вывод о выборе рационального типа долот в данном интервале.

Лабораторная работа № 3

Тема: Изучение конструкций двух- трехлопастных, пикообразных, лопастных истирающе-режущих, ступенчатых долот.

Цель работы: Изучение конструкций лопастных двух- трехлопастных, пикообразных, лопастных истирающе-режущих, ступенчатых долот.

Первым долотом для бурения на нефть и газ следует считать лопастное долото. Долото типа РХ (рыбий хвост) является прототипом современного двухлопастного долота. Оно состоит из пулевидного корпуса и двух лопастей рисунок 9.

Известно две модификации долота РХ по конструкции промывочных отверстий:

- долото с верхней промывкой;

- долото с нижней промывкой.

Лопастные долота предназначены для бурения мягких, а также мягких пород с пропластками малообразивных пород средней твердости в верхней части разреза.

Рисунок 9 – Долото типа РХ с верхней промывкой

Принцип работы лопастных долот заключается в том, что под действием нагрузки лопасти внедряются в породу. По мере поворота лопастей порода режется, скалывается и затем вытесняется в приствольную зону скважины.

Лопастные долота производят на забой режущее и скоблящее действие без качения, ударов и вибрации. Лопастное долото внедряется в породу за один оборот бурильной колонны на большую глубину и имеет большой контакт с породой без доступа охлаждающе-очищающего агента. При этом поверхности и элементы, входящие в контакт с породой, сильно разогреваются вследствие трения. Общий вид двухлопастного долота представлен на рисунке 10.

Рисунок 10 – Общий вид двухлопастного долота

Конструкция трехлопастного долота представлена на рисунке 11.

1 – корпус; 2 – лопасти; 3 – сопло; 4 – уплотнительное кольцо; 5 – шайба; 6 – винт; 7 – стопорная шайба; 8 – твердосплавные штыри; 9 – пазы, в которых крепятся режущие элементы; 10 – присоединительная резьба (ниппель)

Рисунок 11 – Трехлопастное долото

Трехлопастные долота выполняются в двух модификациях, различающихся по конструкции промывочного узла:

- с тремя обычными, расположенными под углом 120⁰ друг к другу, промывочными каналами;

- стремя каналами, оснащенными струйными соплами.

Сопло изготавливается из керамики. Его наружная поверхность выполняется цилиндрическое, а внутренняя – цилиндроконической.

При установке сопла его торец должен находиться заподлицо с дном центрального канала корпуса долота. А радиальный зазор между соплом и гнездом под него должен быть не более 0,2 мм. Радиальный зазор между соплом и гнездом герметизируется уплотнительным и кольцами из маслонефтестойкой резины. Натяг уплотнительного кольца по наружному диаметру сопла должен составлять 0,8 мм. Качество уплотнения должно обеспечивать герметичность при перепаде давления до 12,5 МПа. Промывочные узлы позволяют создавать скорость струи промывочной жидкости до 125 м/с.

Сопло в гнезде удерживается байонетной шайбой, которая в свою очередь, закрепляется стопорной шайбой при помощи винта.

Корпус трехлопастного долота выполняется штамповкой из стали марки 40 и подвергается термообработке. Лопасти изготавливаются таким же образом, из той же стали. В лезвиях лопастей имеются пазы, в которых крепятся основные режущие элементы: твердосплавные пластины (долото типа М) или дробленные осколки (долото типа МС).

Боковые калибрующие поверхности ребер лопастей армируются вставными твердосплавными штырями и релитом между ними. Трехлопастные долота изготавливаются только с ниппельной резьбовой головкой.

Трехлопастное долото с обычной промывкой обозначается, например, 3Л-215,9 МС, где 3 – количество лопастей, Л - лопастное долото, 215,9 - номинальный диаметр в мм, МС – тип долота; со струйной – 3ЛГ-244,5 М, где Г - означает гидромониторную промывку.

Основные технические параметры трехлопастных долот представлены в таблице 9.

Таблица 9 – Основные технические параметры трехлопастных до-

лот со струйной промывкой

Номинальный калибрующий диаметр, мм	190,5-250,8	269,9	295,3-349,2	374,6-444,5
Высота долота, мм	320	356	420	440
Высота калибрующего ребра, мм	130	130	130	130
Толщина лопасти, мм	30	30	35	40
Наружный диаметр упорного торца, мм	135,5	141,3	186,9	215,1
Диаметр промывочного отверстия сопла, мм	8-15	12-16	14-16	15-18
Масса, кг	25-33	35	61-63	87-90
Доступная осевая нагрузка, кН	120-160	170	220-250	310-370
Допустимый крутящий момент, Н∙м	1300-4000	4600	6500-8700	11600-157000

Пикообразные долота

Пикообразные долота были первым породоразрушающим инструментом, применявшимся при вращательном бурении. В настоящее время пикообразные долота потеряли свое значение как породоразрушающий инструмент для нефтяных и газовых скважин, но применяются как вспомогательный инструмент для расширения ствола скважины и разбуривания цементных пробок, металлических деталей низа обсадных колон, а также для проработки забоя перед проведением ловильных работ по удалению мелких предметов из скважины. За исключением профиля рабочей поверхности пикообразные долота конструктивно не отличаются от лопастных. Выпускаются они диаметром от 98,4 до 444,5 мм. В разведочном бурении при проходке мягких вязких пластичных пород нашли широкое применение плоские пикообразные пикобуры ПКО эллиптические рисунок 12 а и перовые пикобуры рисунок 12 б.

а б

а – плоские пикобуры эллиптические; б – перовые пикобуры

Рисунок 12 - Пикобуры

При разведке угольных месторождений эффективно применяются пикобуры Воронова и Новикова. Первый из них представляет крестовидную конструкцию из трубчатого корпуса с четырьмя заостренными пиками. Пикобур Новикова состоит из трубчатого корпуса с приваренными к нему девятью трапецеидальными ребрами из стали марки Ст. 5, армированными ВК-8. Ребра размещены на корпусе в три яруса по три в каждом ряду [4].

Как вспомогательный технологический инструмент при проходке нефтяных и газовых скважин применяются два типа цельноштампованных пикобуров: ПЦ и ПР.

Пикобур типа ПР (рисунок 13) отличается от пикобура ПЦ тем, что боковые кромки лопасти усилены вооружением из твердосплавных пластин и цилиндрических твердосплавных зубков. Состоит из полого округлого корпуса, с ниппельной резьбовой головкой, лопасти из стали марки 40 с термообработкой. Рабочая грань лопасти, армированная твердосплавными пластинками, заострена под углом 90⁰ в виде пики. Набегающие грани изготовлены с заострением с обратным углом, на этих гранях сделаны пазы для твердосплавных пластин, закрепляемых чугунным припоем. Промежутки поверхности между пластинами, а также между твердосплавными штырями на калибрующей грани наплавляются релитом.

1 – корпус; 2 – лопасти; 3 – рабочая грань лопасти; 4 – цилиндрические твердосплавные зубки; 5 – резьбовая головка (ниппель); 6 – промывочный канал; 7 – внутренняя полость

Рисунок 13 – Пикобур типа ПР

Корпус пикобура снабжен двумя боковыми промывочными каналами, направляющими струю бурового раствора на периферию забоя.

Пикобур ПР предназначен для расширения и проработки ствола скважины.

Пикобур ПР служит для разбуривания цементных мостов и стаканов с обратным клапаном ЦКОД. Пикобур ПЦ (рисунок 14) отличается от описанного пикобура ПР только тем, что не имеет армирования боковых гранях лопасти. Это делается для предотвращения повреждений обсадных колонн.

Рисунок 14 – Пикобур типа ПЦ

При разбуривании цементных мостов, цементных стаканов и технологической оснастки внутри обсадной колонны пикобуры ПЦ нередко заменяются на твердосплавные долота типа ДТ, изготовленные в НПП “Буринтех”, или на долота СП “Удол” серии РС, рисунок 15.

Рисунок 15 – Твердосплавное долото типа ДТ

Лопастные долота истирающе-режущие с твердосплавным вооружением (ДИР)

Предназначены для бурения перемежающих по твердости мягких с пропластками средней твердости абразивных МСЗ и средней твердости малообразивных С породах.

Долота типа ДИР для МСЗ пород выпускаются трехлопастными рисунок 16, для пород С шестилопастными.

Рисунок 16 – Долото типа ДИР8

Устройство трехлопастного долота (рисунок 17) включает полый корпус, лопасти, твердосплавные штыри и канал для промывки.

1 – корпус; 2 – лопасти; 3, 4 – твердосплавные штыри;

5 – канал для промывки

Рисунок 17 – Конструкция трехлопастного долота типа ДИР

В отличие от 2Л, 3Л и 3ЛГ долота ДИР не имеют изгиба и отличаются большей толщиной лопастей. Все три лопасти на рабочей кромке имеют каждая свой профиль. Одна из лопастей, условно назовем ее первой, перекрывает весь радиус долота, а вторая и третья имеют расчлененную форму, то ест разные длины гребней и впадин. Все лопасти в нижней части по периферии скошены под углом 45⁰.

Рабочие кромки лопастей армированы штырями ВК-88 с большим вылетом над торцом лопасти. Этим обеспечивается прерывистость (гребенчатость) режущей кромки. Калибрующие грани лопастей армированы также, как и у долот типа 2Л и 3Л.

Промежутки поверхности между штырями рабочей и боковой кромками лопастей наплавлены релитом. Передняя поверхности лопастей также армированы релитом типа ТЗ.

Ступенчатые лопастные долота

Первая модификация ступенчатого долота появилась в начале 60-х годов прошлого века. Это было двухлопастное двухступенчатое долото режуще-скалывающего действия с гидромониторной промывкой, устройство которого приведено на рисунке 18.

Долото состоит из корпуса с муфтой присоединительной резьбой. К корпусу под углом 180⁰ относительно друг друга вертикально приварены две кованные лопасти, а в промежутках выполнены боковые отверстия с

Рисунок 18 – Ступенчатое лопастное долото

размещенными в них минералокерамическими гидромониторными насадками.

Кроме двухлопастных применяются также трехлопастные лопастные долота. По числу ступеней (ярусов) различают двух- трех- и четырехступенчатое долота. По схеме армирования долота подразделяются на истирающе-режущие и режуще-скалывающее.

Рабочие и калибрующие поверхности лопастей истирающе-режущих долот армируются зубками из твердого сплава ВК-8В с наплавкой на рабочие поверхности дополнительно зернистого твердого сплава типа ТЗ.

Применяются для бурения скважин роторным способом и с гидравлическими забойными двигателями в перемежающихся по твердости и абразивности средней твердости и пластичных породах, а также в валунно-галечных отложениях.

Режуще-скалывающие ступенчатые долота армированы прямоугольными твердосплавными пластинами, причем размещение их на передней грани лопасти такое, что режущая кромка приобретает гребенчатую форму. Это предотвращает резкое увеличение опорной поверхности долота при его износе. Долота применяются при проходке перемежающихся мягких и средней твердости пород.

При изготовлении ступенчатых долот применяются штампованные заготовки корпуса и лопастей серийных долот 2Л, 3Л, 3ЛГ.

Методические указания по дисциплине «БУРЕНИЕ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН» для студентов среднего профессионального образования специальности131003 Бурение нефтяных и газовых скважин, 130109 Геология и разведка нефтяных и газовых месторождений 131018 Разработка нефтяных и газовых месторождений для учащихся начального профессионального образования 131003.03 Бурильщик эксплуатационных и разведочных скважин часть 2 - Породоразрушающий инструмент - Тюмень ТюмГНГУ, НГК им. Ю.Г. Эрвье-2012.- 27 с.

Составитель: А.В. Кед – преподаватель специальных дисциплин.

5