Глава 3 породоразрушающий инструмент
3.1. Назначение и классификация породоразрушающего инструмента
В строении нефтяных и газовых месторождений принимают участие только осадочные горные породы. Основными физико-механическими свойствами горных пород, влияющими на процесс бурения, являются: упругие и пластические свойства, твердость, абразивность и сплошность.
Основной вид деформации, под действием которой породы в процессе бурения разрушаются, — вдавливание. При бурении нефтяных и газовых скважин основным инструментом, при помощи которого происходит разрушение горной породы на забое и образуется собственно скважина, является долото.
По характеру разрушения породы все буровые долота классифицируются следующим образом.
1. Долота режуще-скалывающего действия, разрушающие породу лопастями, наклоненными в сторону вращения долота. Предназначены они для разбуривания мягких пород.
2. Долота дробяще-скалывающего действия, разрушающие породу зубьями или штырями, расположенными на шарошках, которые вращаются вокруг своей оси и вокруг оси долота*. При вращении долота наряду с дробящим действием зубья (штыри) шарошек, проскальзывая по забою скважины, скалывают (срезают) породу, за счет чего повышается эффективность разрушения пород. Следует отметить, что выпускаются буровые долота и бурильные головки только дробящего действия. При работе этими долотами породы разрушаются в результате динамического воздействия (ударов) зубьев шарошек по забою скважины. Перечисленные долота и бурильные головки предназначены для разбуривания неабразивных и абразивных средней твердости, твердых, крепких и очень крепких пород.
Долото с коническими шарошками, внутри которых помещаются их оси, было изобретено Горвардом Юзом в 1909 г. В результате длительного совершенствования режущей части, подшипников, проходных отверстий для бурового раствора и других элементов создано современное долото дробяще-скалывающего действия.
3. Долота истирающе-режущего действия, разрушающие породу алмазными зернами или твердосплавными штырями, располагающиеся в торцовой части долота или в кромках лопастей долота. Долота с алмазными зернами и твердосплавными штырями в торцевой части применяются для бурения неабразивных пород средней твердости и твердых; долота лопастные армированные алмазными зернами или твердосплавными штырями — для разбуривания перемежающихся по твердости абразивных и неабразивных пород.
По назначению все буровые долота классифицируются по трем классам:
долота для сплошного бурения, разрушающие породу в одной плоскости или ступенчато;
бурильные головки для колонкового бурения, разрушающие породу по периферии забоя;
долота для специальных целей (зарезные, расширители, фрезеры и др.).
Долота для сплошного бурения и бурильные головки для колонкового бурения предназначены для углубления скважины. Выпускаются они различных типов, что позволяет подбирать нужное долото. Долота для специальных целей предназначены для работы в пробуренной скважине и в обсадной колонне. Долота независимо от их назначения, конструкции и типа нормализованы по диаметрам (табл. 3.1).
По конструкции промывочных устройств и способу использования гидравлической мощности струи промывочной жидкости долота делятся на струйные (гидромониторные) и проточные (обычные). В гидромониторных долотах струя промывочной жидкости достигает поверхности забоя, что дает возможность использовать гидромониторный эффект для очистки поверхности забоя и частичного разрушения породы. В проточных (обычных) долотах промывочная жидкость, протекая через промывочные отверстия, омывает шарошки (лопасти) и только частично достигает поверхности забоя (рис. 3.1).
Таблица 3.1
Нормальный ряд долот по диаметрам по ГОСТ 20692 — 75 (изменение № 2, введено с 01.01.82)
Номинальный диаметр долота |
Предельное отклонение диаметра, мм |
Высота долота*, м |
46,0 |
+ 0,6 |
100 |
59,0 |
+ 0,6 |
120 |
76,0 |
+ 0,6 |
140 |
93,0 |
+ 0,6 |
160 |
97,0 |
+ 0,6 |
165 |
98,4 |
+ 0,6 |
170 |
112,0 |
+ 0,6 |
180 |
118,0 |
+ 0,6 |
190 |
120,6 |
+ 0,6 |
200 |
132,0 |
+ 0,6 |
210 |
139,7 |
+ 0,6 |
230 |
* Для трехшарошечных долот. Высоты одно- и двухшарошечных долот могут "Ь1ть увеличены до 20 % от высоты трехшарошечных долот.
Окончание табл. 3.1
Номинальный диаметр долота |
Предельное отклонение диаметра, мм |
Высота долота, м |
146,0 |
+ 0,8 |
240 |
151,0 |
+ 0,8 |
250 |
161,0 |
+ 0,8 |
310 |
165,1 |
+ 0,8 |
310 |
171,4 |
+ 0,8 |
320 |
187,3 |
+ 0,8 |
320 |
190,5 |
+ 0,8 |
335 ] |
200,0 |
+ 0,8 |
340 |
212,7 |
+ 0,8 |
340 1 |
215,9 |
+ 0,8 |
350 |
222,3 |
+ 0,8 |
360 | |
242,9 |
+ 0,8 |
390 ! |
244,5 |
+ 0,8 |
390 1 |
250,8 |
+ 0,8 |
400 ; |
269,9 |
+ 0,8 |
410 |
295,3 |
+ 0,8 |
420 |
304,8 |
+ 0,8 |
420 |
311,1 |
+ 0,8 |
420 |
320,0 |
+ 0,8 |
440 |
349,2 |
+ 0,8 |
475 |
374,6 |
+ 0,8 |
515 |
393,7 |
+ 1,6 |
530 |
444,5 |
+ 1,6 |
600 |
490,0 |
+ 2,4 |
630 |
508,0 |
+ 2,4 |
650 |
|
Рис. 3.1. Промывка забоя скважины: а — у обычных шарошечных долот; б— гидромониторных шарошечных долот |
