3.2. Долота pdc
В настоящее время всё большее распространение получают долота PDC (Polycrystalline Diamond Compact). В отечественной литературе они называются долотами с алмазно-твердосплавными пластинами (АТП). Породоразрушающими элементами долот являются твердосплавные резцы, на рабочей поверхности которых нанесен алмазный слой. Разрушение породы таким резцом происходит не за счет дробления, как у шарошечных долот, а резанием. При этом затраты энергии на разрушение меньше. В процессе бурения твердосплавная подкладка изнашивается быстрее алмазного слоя, то есть происходит самозатачивание резца. Такие долота выпускаются трёх разновидностей:
со стальным корпусом;
c матричным корпусом, изготавливаемым методом порошковой металлургии;
эксцентричные, обеспечивающие бурение скважины с одновременным расширением (рис. 3.1.)
3.2.1. Изготовление резцов
Сами резцы изготавливают по следующей технологии. Алмазный порошок засыпается в форму из тугоплавкого металла, на порошок помещается твердосплавная подкладка, форма герметизируется и помещается в нагревательную печь. Заготовка нагревается до 1400о при давлении 80000 атм. При этом происходит перекристаллизация алмазов, а кобальт из твердого сплава диффундирует в алмазный порошок, обеспечивая соединение алмазов в единое целое, и алмазного слоя с подкладкой. После прессования резец доводится до необходимых размеров. Наличие кобальта понижает термостойкость резца, так как коэффициент объемного расширения кобальта выше, чем у алмазов, и при температуре 700о С алмазный слой начинает разрушаться. Дополнительная химическая обработка резцов повышает их термостойкость до 1150о С (резцы TSP). Толщина алмазного слоя колеблется в пределах от 0,6 до 4 мм. Для более прочного соединения твердый сплав – алмазный слой торец подкладки делается ячеистым, или с концентрическими кольцевыми проточками. Размеры резцов колеблются в широких пределах, а их форма может быть различна, что обеспечивает рациональную их работу в конкретных условиях (твердость и абразивность пород).
3.2.2. Геометрия долот pds
Существенное влияние на область применения долот оказывает профиль торца долота. Для профиля выделяются следующие элементы (рис. 3.2.): конус 1, нос 2, плечо или наружный конус 3, калибрующая поверхность 4, радиус носа R, расстояние от оси долота до носа L. По углу открытия 5 долота различаются с глубоким (~ 90о) и мелким (~ 150о) конусом. В первом случае обеспечивается высокая стабильность долота, на поверхности конуса можно установить большое количество резцов, но ухудшается возможность очистки забоя от шлама и управление искривлением ствола. Долота с мелким конусом лишены этих недостатков, но вероятно появление вибрации инструмента (снижение стабильности) в процессе бурения.
Рис.3.2.
Профиль торца долота PDC
При бурении мягких абразивных пород нос долота должен иметь малый радиус и близко расположен к оси. В крепких породах более эффективен больший радиус носа.
Посадка самого резца в корпусе долота также оказывает существенное влияние на эффективность разрушения породы. Обратный угол резания резца α (рис. 3.3.) принимается в пределах от 5 до 10о в долотах для очень мягких пород, 15о – мягкие породы, 20о – универсален, эффективен в абразивных породах, 30о – крепкие породы.
Рис. 3.3. Обратный
угол резания резца
Таблица 3.5. Технические характеристики долот PDS типа У СП ЗАО «Удмуртские долота»
Показатель |
У123 ST-45 |
У215,9 ST-67 |
Номинальный диаметр долота, мм |
123 |
215,9 |
Высота, мм |
190 |
290 |
Число лопастей |
6 |
6 |
Тип присоединительной резьбы |
З-76 |
З-117 |
Диаметр вставного резца, мм |
13 |
19 |
Число резцов |
24 |
35 |
Число промывочных отверстий |
3 |
4/2* |
Рекомендуемые параметры режима бурения |
||
Расход бурового раствора, л/с |
8-10 |
25-40 |
Нагрузка на долото, тс |
1-8 |
6-25 |
Частота вращения долота, об/мин |
60-180 |
60-220 |
Перепад давления в насадках, МПа |
8-12 |
10-15 |
* В долоте установлены 4 сменные и 2 запрессованные гидромониторные насадки |
||
Таблица 3.6. Технические характеристика бицентричных долот СП ЗАО «Удмуртские долота»
Показатель |
У120,6x142,8SR-544 |
E215,9x240SR-544 |
Номинальный диаметр/расширителя, мм |
95x142,8 |
155/240 |
Высота, мм |
355 |
395 |
Число лопастей (пилот/расширитель) |
3/4 |
6/10 |
Тип присоединительной резьбы |
З-76 |
З-117 |
Диаметр вставного резца, мм |
13 |
13 |
Продолжение табл. 3.6.
Показатель |
У120,6x142,8SR-544 |
E215,9x240SR-544 |
Число резцов (пилот/расширитель) |
14/13 |
37/37 |
Число промывочных отверстий (пилот/расширитель) |
2 (пост)/2 (пост) |
4 (смен)/4 (пост) |
Рекомендуемые параметры режима бурения |
||
Расход бурового раствора, л/с |
12-18 |
25-40 |
Нагрузка на долото, тс |
1-8 |
1-16 |
Частота вращения долота, об/мин |
60-140 |
60-180 |
Перепад давления в насадках, МПа |
8-12 |
8-15 |
Таблица 3.7. Технические характеристики долот PDC, выпускаемые ООО НПО «Буринтех»
Типоразмер |
Наружный диаметр, мм |
Присоединительная резьба |
Масса, кг |
|
по ГОСТ 28487-90 |
API 7 |
|
||
БИТ-190,5 М5 |
190,5 |
3-117 |
41/2Reg |
43 |
БИТ-214,3 М4 |
214,3 |
3-117 |
41/2 Reg |
38 |
БИТ-214,3 М5 |
214,3 |
3-117 |
41/2Reg |
36 |
БИТ-215,9 М4 |
215,9 |
3-117 |
41/2 Reg |
38 |
БИТ-215,9 М5 |
215,9 |
3-117 |
41/2Reg |
36 |
БИТ-215,9 М516 |
215,9 |
3-117 |
41/2Reg |
44 |
БИТ-243 М4 |
243 |
3-117 |
41/2Reg |
46 |
БИТ-243 М5 |
243 |
3-117 |
41/2Reg |
42 |
БИТ 269,9 М4 |
269,9 |
3-152 |
65/8Reg |
66 |
БИТ-295,3 М4 |
295,3 |
3-152 |
65/8Reg |
80 |
БИТ2-295,3 М4 |
295,3 |
3-152 |
65/8Reg |
80 |
БИТ2-190,5 МС |
190,5 |
3-117 |
41/2Reg |
43 |
БИТ-214,3 МС |
214,3 |
3-117 |
41/2Reg |
39 |
БИТ2-214,3 МС |
214,3 |
3-117 |
41/2Reg |
34 |
БИТ2-214,3 МС69 |
214,3 |
3-117 |
41/2Reg |
37 |
БИТ2-214,3 МСУ |
214,3 |
3-117 |
41/2Reg |
41 |
БИТ2-215,9 МС |
215,9 |
3-117 |
41/2Reg |
34 |
БИТ2-220,7 МС |
220,7 |
3-117 |
41/2Reg |
36 |
БИТ2-269,9 МС |
269,9 |
3-152 |
65/8Reg |
69 |
БИТ2-295,3 МС |
295,3 |
3-152 |
65/8Reg |
84 |
БИТ2 14,3 С2 |
214,3 |
3-117 |
41/2Reg |
42 |
БИТ-214,3 С2 |
214,3 |
3-117 |
41/2Reg |
50 |
БИТ-215,9 С9 |
215,9 |
3-117 |
41/2Reg |
48 |
БИТ-295,3 С9 |
295,9 |
3-152 |
65/8Reg |
80 |
Таблица 3.8. Бицентричные долота ООО НПО «Буринтех»
Типоразмер
|
Проходной диаметр, мм
|
Диаметр расширения, мм
|
Максимальный диаметр наддолотного инструмента, мм
|
Присоединительная резьба
|
Macca, кг
|
|
|
|
|||||
ГОСТ 28487-90 |
API 7 |
|||||
БИТ4-85/92 МС |
85 |
92 |
76 |
3-66 |
23/8Reg |
2 |
БИТ4-114/132 МС |
114 |
132 |
95 |
3-76 |
27/8Reg |
12 |
БИТ4-120,6/1 32 МС |
120,6 |
132 |
106 |
3-76 |
27/8Reg |
14 |
БИТ4-120,6/138 МС |
120,6 |
138 |
106 |
3-76 |
27/8Reg |
15 |
БИТ4-120,6/142 МС |
120,6 |
142 |
95 |
3-76 |
27/8Reg |
15 |
БИТ4-138,1/160 МС |
138,1 |
160 |
108 |
3-88 |
31/2Reg |
18 |
БИТ4-139,7/160 МС |
139,7 |
160 |
108 |
3-88 |
31/2Reg |
18 |
БИТ4-152,4/175 МС |
152,4 |
175 |
127 |
3-117 |
41/2Reg |
22 |
Таблица 3.9. Рекомендуемые области применения породоразрушающего инструмента ООО НПП «Буринтех»
Горные породы |
Твердость горной породы |
Категория твердости |
Тип породоразрушающего инструмента |
||||
М4 |
М5 |
МС |
С, С2, С9, С92 |
C12, С99 |
|||
Глины, пески, несцементированные песчаники, глинистые алевролиты |
М |
I - III |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
||||||
Аргиллиты, алевролиты, песчаники, рыхлые известняки, каменная соль |
МС |
III - IV |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|||||||
Аргиллиты слоистые, алевролиты, известняки, мергели, доломиты, песчаники |
С |
IV |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|||||||
|
|||||||
Известняки, доломиты, мергели, алевролиты, песчаники |
СТ |
V |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|||||||
Известняки, доломиты, мергели, песчаники |
Т |
VI |
|
|
|
|
|
|
|||||||
Таблица 3.10. Технические характеристика долот PDC ОАО «Волгабурмаш»
Тип долота |
Число лопастей |
Кол-во насадок |
Диаметр зубков, мм |
200,0 FD-366М-А07 (S333) |
6 |
6 |
13 |
214,3 FD-377М-А05 (S333) |
7 |
7 |
13 |
215,9 FD-377М-А03 (S333) |
7 |
7 |
13 |
214,0 D-363М-А11 (S233) |
6 |
3 |
9 – 13 |
142,9 D-363М-А09 (S133) |
6 |
3 |
9 – 13 |
120,6х142,9-ВD355М-А04(S233) |
5 |
5 |
13 |
120,6х142,9-ВD364М-А14(S333) |
6 |
4 |
9 |
Условное обозначение долот PDC, выпускаемых ОАО «Волгабурмаш», приведено в приложении 3, а в приложении 4 дана кодировка лопастных долот по системе IADC.