1.2 Тау жыныстарын бұзушы аспаптар

Мұнай және газ ұңғыларын бұрғылау кезінде тау жыныстарын бұзушы аспаптардың келесі түрлері қолданылады (қашау):

• түбі тұтас ұңғыларды бұрғылауға арналған бұрғылау қашауы;

• сақиналы түпті ұңғыны бұрғылауға арналған бұрғы ұштары;

• ұғңы оқпанын кеңейткіштер: калибраторлар, тұрақтандырғыштар, ұңғы қабырғасын түзулеуге арналған центраторлар және бұрғылау тізбегін орталықтандырушы.

Бұрғылау қашауы – тау жыныстарының жарылуын және ұңғыманың түбі мен қабырғаларын бұрғылау кезінде құрауды қамтамасыз ететін құрал.

Ұңғы түбінде тау жыныстарын бұзу сипаттамаларына байланысты бұрғы ұштары мен қашаулары: шарошкалы, қалақшалы, алмазды бұрғылау қашаулары және ИСМ қашаулары болып бөлінеді.

Ең кең таралғаны – үш шарошкалы қашаулар.

Шарошкалы қашаулар

Қашау шарошкалары үш түрге топталады:

• фрезерлі тісті (М, МС, С, СТ, ТК түріндегі қашаулар үшін);

• салынбалы қатты балқымалы тістер (МЗ, СЗ, ТЗ, К, ОК түріндегі қашаулар үшін);

• салынбалы және фрезерлі тісті МСЗ түріндегі қашуға арналған.

Жуу арналарының орналасу және тағайындалуына байланысты қашаулардың келесі түрлері жасалынады:

• орталықтан жуу – Ц;

• бүйірден (гидромониторлы) – Г;

• орталықтан үрлеуші – П (продувной);

• бүйірден үрлеуші – ПГ.

Қашаулардың конструкциялық ерекшеліктері тербеліс мойынтіректерінде–В, ал екі және одан көп сырғанау мойынтіректерінде – А, бір сырғанау мойынтрегінде (қалғаны тербелу) – Н түріндегі тіректер жасалынады. Егер шарошка тіректері саңылаусыздандырушы қосымша сақиналармен бекітілсе және майлауға арналған резервуары болса онда У әрпі қойылады.

Үш шарошкалы қашау

МЕСТ 20692-75 бойынша бұрғы қашауларының диаметрлері 46мм –ден 508мм-ге дейін 39 түрі шығарылады. Ең көп қолданылатыны 190,5мм және 214 (215,9) диаметрлі қашаулар, сондай-ақ 295,3 мм және 393,7 мм.

Қашау бір-бірімен штифттер мен пісіру арқылы жалғанған үш қалақшадан тұрады. Ниппельді байланысатын головкасы бар.

Қашаудың әрбір секциясы мойынтіректік тіреу арқылы конустәріздес шарошка орнатылған қисық цапфасы бар қалақшадан тұрады.

1 – секцияларды қосатын штифттерге арналған бітеу тесіктер;

2 – цапфа осі;

3,5,6,7 – цапфадағы жүру жолдарның бурттары;

4 – дөңгелектелген ойық;

Әдетте бұрыш ауданның 1/3, яғни 120˚ құрайды.

Штифтті қуыстың 1 тік координатасы А цапфа осінің 2 Б аралықта орналасқан цапфаның шарикті жүру жолдарымен қиылысу нүктесінен бастап өлшенеді.

3-шарошкалы қашаудың секциясы

Бұрғылау кезінде қашау диаметрлері тағайындалуына, конструкциясына және түріне қарамастан бұрғылау тізбегінің диаметрімен сәкес болуы керек.

Бұрғылау қашауларының параметрлері шартты белгілермен көрсетіледі.

Мысалға Ш-469,9, СЗ-ГНУ қашауы – саңылаусыздандырушы тығыздағыш сақиналы бір сырғанау мойынтректі, бүйірден жуатын, орташа қаттылықтағы тау жыныстарын бұрғылауға арналған, димметрі 469,9 үш шарошкалы екенін білдіреді. Сол сияқты АҚШ лицензиясы бойынша шығарылған Ш-469,9 СЗ-ГНУ-Р16 қашауы - Р-импортты лицензия, 16- жинау нөмірін білдіреді.

Қашаулар тұтас және пісірілген корпуспен жасалынады. Тұтас корпусты қашаулар құйылады және оларға қалақшалар пісіріледі. Корпуста жуу сұйығы берілетін арнайы тесіктер болады. Корпусты конструкциялар 394мм-ден жоғары қашауларда қолданылады.

Пісірілген корпусты қашаулар секциялы болып жасалынады. Секциялы қашаулар алдын ала жиналған секциялардан пісіріледі, олардың саны шарошка санына тең болады. Шарошканың айналу өсі мен қашау өсі арасындағы бұрыш 52...57⁰. Ереже бойынша, жоспарда шарошка осі қашау осінен айналу бағыты бойынша ығыстырылып жасалынады.

Шарошка түпте айналып жатып алдымен 1-тіске, сонаң соң 2-тіске тіреледі. Шарошка 1-тіске тірелгенде статикалық күш әсер етеді және ұңғы түбі соңы тістен қажалады. Келесі моментке айналып, шарошка бұрылғанда тістің түпке соқтығысуы болады және корпус төмендейді, сонан соң шарошка g/2 бұрышқа бұрылғанда қайтадан төмендейді. Көтерілу биіктігі тістер саны мен тау жыныстарының механикалық қасиеттеріне тәуелді болады. шарошканы айналдырғанда тістердің түпке статикалық және динамикалық әсер етуі болады. Бірақ шарошка тек өз өсінен айналып қана қоймай, сонымен бірге қашауға салыстырмалы түрде қиын қозғалыстар жасайды. Бұл қозғалыстарды сұлбада қарстырайық. Шарошканың қашауға осіне қатысты айналу жылдамдығының векторы v_Д, айналу жылдамдығының өз осіне қатысты векторы v_шо. Бұл векторларды қоссақ, шарошканың қозғалысының абсолютті жылдамдығының векторын аламыз v_ша. Егер шарошка осінің S ара қашықтыққа ығысуы болмағанда, онда түпте жатқан барлық нүктелерді қозғалмайтын деп қарастыруға болатын еді. Бірақ құрастырушы ав орналасқан нүктелер қозғалста болады және олардың жылдамдығы а¹в¹. Бұл аудандардың түп ауданына қатынасы сырғанау коэффициенті деп аталады. Сырғанау коэффициенті бұрғылау процесіне және қашаудың абразивті тұрақтылғына үлкен әсерін тигізеді. Тістерді ао сызығы бойынша орналастырғанда, тістердің желінуі артқы бетінде болады, ал ов сызығы бойынша – алдынан болады.

Сондықтан қашауларда қалақшаларды жууға арналған қуыстар жасай бастады. Бұл жағдайда жуу сұйықтығының ағыны шарошкалардың арасымен өтіп, түптің шламнан тазару дәрежесі айтарлықтай жоғарылайды. Бұдан басқа, ағынның жылдамдығын арттыру үшін, жуу қуыстары сопломен жабдықталады, олар шығар жерінде кеңейеді. Гидромониторлы соплолар деп аталады. Бұндай жуу түрі гидромониторлы деп аталады. Тағы да қашаулардың қуыстарының бір бөлігі түпке, ал қалғандары құбыраралық кеңістіктен ұңғыма сағасына қарай бағытталатын түрлері бар. мұндай жуу түрі эжекторлы деп аталады.

Шарошка корпусын құрамында никель, хром, марганец және вольфрам бар болаттан, яғни өте үлкен жүктемені көтеретін берік (12ХН2; 12ХН3; 18ХН2В; 20ХНМА) болаттардан жасайды.

Тістері және гидромониторлы сұғындырмалары вольфрам карбиді мен титан негізіндегі материалдардан жасалынады.

Қалақшалы қашаулар

Қалақшалы қашаулар екі қалақшалы-2Қ, үш қалақшалы-3 және 6Қ болып шығарылады. Жұмыс істеу принципі қажап-кесуші болғандықтан оларды 3ИР және 6ИР маркирлейді. Олар үлкен маментті қажет ететіндіктен жұмсақ тау жыныстарын бұрғылауда қолданылады. 3Қ 118-445мм диаметрлермен шығарылады және олар әдетте роторлы бұрғылауда қолданылады.үлкен диаметрі қашаулар сатылы етіп жасалынады және шегендеу тізбегіндегі цемен тығындарын бұрғылау мен ұңғыны калибрлеуде қолданылады.қашаудың бұл түрі гидромониторлы жуғышымен жасалынады.

Алмаз қашаулар

Алмаз қашаулар қалақшалыға ұқсас, корпустан және отырғызылған алмаз ұштардан тұрады. Қашаудың ортадан ауытқымауы үшін алмаз қашаудың матрицаларын иілген шоқылы етіп жасайды. Матрицаны ұнтақ прессті материалдардан жасайды, оларға техникалық алмаз түйіршіктерін орнатады.

Ереже бойынша қашаудың ортаңғы бөлігінде бір немесе бірнеше жуу тесіктері болады, ал ұшының денесінің жуу арналары секторларға бөлінген.

Алмаз қашаулардың жұмысы өте тез айналу жылдамдығы кезінде тиімді (минутына 2-3 мың айналым қалыпты). Сонымен бірге өте жылдам айналу кезінде түйіршіктердің қозғалысы түпке қатысты қашаудың жақсылап салқындатуын талап етеді. Ең тиімді 300 сағаттан аса уақытта тереңдігі 3500-4500м-ге өтімділігі 500м-ге жететін, А.Д. ерекше берік абразивті тау жыныстарын бұрғылауда қолданылады.

Қашау жылдамдығы қашау шектік мәнге дейін тозып, ары қарай бұрғылауға жарамсыз болып қалғанға дейінгі уақыт аралығымен анықталады. Қашау жылдамдығына бұрғыланушы тау жыныстарының қасиеттері мен бұрғылау процессінің (жуу сұйығының) техникалық параметрлері әсер етеді.

Бұрғылау қашаулары БҚ-ның басқа механизмдерімен салыстырғанда өте қолайсыз шарттарда жұмыс істейді. Оларға абразивті тозу, соққылы, статикалық жүктемелер, коррозия және т.б. әсер етеді. Сондықтан қашау жылдамдығы БҚ-ның өнімділігін анықтаушы маңызды факторлардың бірі болып табылады.

Қашау өтімділігі оның түсірілу сәтінен бастап тозуының салдарынан көтерілуіне дейінгі бұрғыланған ұңғы метрімен өлшенеді.

Бұрғылау өнімділігіне механикалық жылдамдық үлкен әсерін тигізеді.

Бұрғылаудың механикалық жылдамдығы

V= ,

мұндағы: h- қашау өтімділігі, м;

t- қашаудың жұмыс істеу уақытының ұзақтылығы, сағ.

Бұрғылаудың механикалық жылдамдығы мен қашау өтімділігін арттыру, бұрғылаудың кезекті жылдамдығын сипаттаушы ұңғының тереңдеу қарқынын арттырумен сәйкестеледі,

,

мұндағы t_спо – көтеріп-түсіру операциясының уақыты.

Яғни бұрғылаудың механикалық жылдамдығы жер үстіндегі барлық механизмдердің жұмысына әсер етеді: бұрғылау сораптарына, тәл жүйесіне, ұршыққа, роторға және т.б.