Техника разведки лабораторный практикум

2. Произвести расчет показателей основных механических свойств испытанной горной породы (см. п. 1.3). Результаты расчетов свести в табл. 1.3.

Таблица 1 . 1

Результаты расчетов

3.На основании диаграммы деформации и результатов ее обработки сделать выводы, определить класс породы по твердости и пластичности.

4.Составить отчет по работе.

11

Лабораторная работа № 2 ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИЙ ШАРОШЕЧНЫХ ДОЛОТ

Цель работы: изучение классификации, назначения, конструкции и маркировки шарошечных буровых долот.

2.1. Классификация шарошечных долот

Буровые шарошечные долота по характеру (принципу) разрушения породы классифицируются следующим образом:

– дробящего действия, разрушающие по роду зубьями или штырями, расположенными на шарошках. При вращении долота зубья (штыри) шарошек внедряются в породу и разрушают ее путем дробления. Предназначены они для твердых, крепких

иочень крепких пород;

–дробяще-скалывающего действия, разрушающие породу зубьями или штырями, расположенными на шарошках. При вращении долота наряду с дробящим действием зубья (штыри) шарошек, проскальзывая по забою скважины, скалывают (срезают) породу, за счет чего повышается эффективность разрушения пород. Перечисленные долота предназначены для разбуривания мягких пород, пород средней твердости и твердых.

По материалу породоразрушающих элементов шарошечные долота делятся на две группы:

–со стальным вооружением;

–с твердосплавным вооружением;

По конструкции промывочных устройств и способу использования гидравлической мощности долотаделятсяна3 вида:

–долота с центральной промывкой (проточные);

–долота с боковой помывкой (гидромониторные);

–долота с комбинированной промывкой.

12

Впроточных (с центральной промывкой) долотах промывочная жидкость, протекая через промывочные отверстия, омывает шарошки (лопасти) и только частично достигает поверхности забоя.

Вгидромониторных долотах струя промывочной жидкости достигает поверхности забоя, что дает возможность использовать гидромониторный эффект для очистки поверхности забоя и частичного разрушения породы.

Конструкция трехшарошечного долота приведена на рис. 2.2.

При изготовлении долота три лапы сваривают между собой. Затем на верхнем конце конструкции нарезается замковая присоединительная резьба. Каждая лапа в нижней части завершается цапфой, на которой проточены беговые дорожки под шарики и ролики. На цапфе через систему подшипников устанавливается шарошка. Тело шарошки оснащено фрезерованными стальными или твердосплавными зубьями, размещенными по венцам. На торце со стороны присоединительной резьбы выбиваются шифр долота, его порядковый номер, год изготовления.

На рис. 2.1. приведена классификация шарошечных долот.

Рис. 2.1. Классификация шарошечных долот

13

По числу шарошек долота изготовляются трех видов: одношарошечные – I, двухшарошечные – II, трехшарошечные – III. Трехшарошечные долота получили наибольшее распространение.

Рис. 2.2. Конструкция и общий вид трехшарошечного гидромониторного долота

По расположению и конструкции промывочных каналов долота изготовливаются:

–с центральной промывкой – Ц;

–с боковой гидромониторной промывкой (гидромониторные) – Г;

–с комбинированной промывкой (центральная и боковая) –

ЦГ;

–с центральной продувкой – П;

–с боковой продувкой – ПГ.

На лапах долота с боковой гидромониторной системой промывки выполнены специальные гнезда для установки гидромониторных насадок (рис. 2.2, сечение А-А).

По материалу вооружения шарошечные долота делятся на два класса:

1-й класс – долота с фрезерованным стальным вооружением для бурения малоабразивных пород (М, МС, С, СТ, Т, ТК);

14

2-й класс – долота со вставным твердосплавным вооружением длябурения абразивных пород(МЗ, МСЗ, СЗ, ТЗ, ТКЗ, К, ОК).

Опоры шарошек изготовляются:

–на подшипниках качения – В (для высокооборотного бурения – более 400 об/мин);

–на одном подшипнике скольжения (остальные – подшипники качения) – Н(для низкооборотногобурения– 100–400 об/мин);

–на одном подшипнике скольжения с герметизацией уплотнительными кольцами и резервуарами для смазки– НУ;

–на двух подшипниках скольжения и более с герметизацией – АУ (для бурения на пониженных частотах вращения – не более 100–150 об/мин).

Пример условного обозначения шарошечного долота:

В маркировке трехшарошечных долот и долот с центральной промывкой цифра III и буква «Ц» могут не указываться. Кроме трехшарошечных в практике бурения применяют двухшарошечные и одношарошечные долота.

2.2.Порядок выполнения работы

1.Изучить предложенный методический материал по конструкциям и типам вооружения буровых долот.

2.Классифицировать выданное для лабораторной работы долото по конструкции, назначению и характеру разрушения породы.

3.Классифицировать заданное долотопо способу промывки.

4.Записать и расшифровать маркировку заданного долота.

5.Составить отчет по работе.

15

Лабораторная работа № 3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ

РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ШАРОШЕЧНЫХ ДОЛОТ

Цели работы: изучение конструктивных особенностей рабочей поверхности шарошечных долот и определение ее основных характеристических параметров – коэффициента перекрытия и площади опорной поверхности.

3.1. Общие сведения

Коэффициент перекрытия (ηz) практически определяется отношением суммы длин зубьев (по одному из каждого венца на всех шарошках долота) к радиусу долота:

где D – диаметр долота.

Коэффициент перекрытия характеризует степень перекрытия забоя зубчатыми венцами: чем он больше, тем меньше просветы (гребешки) между кольцевыми дорожками, по которым перекрываются отдельные венцы разных шарошек, тем большее число венцов (или их частей) перекрывается по одним и тем же кольцевым дорожкам.

Площадью опорной поверхности долота Foп называется площадь, по которой зубья долота соприкасаются с поверхностью забоя (опираются на него в первоначальном контакте с ним). При определении Foп предполагается, что забой имеет форму, образуемую долотом при установившемся режиме его работы и определяемую формой пространства, которое описывается шарошками долота при его вращении. При определении Foп предполагается также, что в каждый момент времени в контакте с забоем находится по одному зубу от каждого венца всех

16

шарошек долота. Приближенное значение Foп определяется из выражения

Aш к

Foп = вz ∑∑Ai ,

где вz – ширина притупления у вершины зуба (тупизна зубьев долота);

Ai – длина зубьев;

Aш – число шарошек;

к– число зубчатых венцов на рассматриваемой шарошке. Площадь опорной поверхности долота можно рассматри-

вать как площадь первоначального контакта долота с породой, через которую передается давление на забой. При этом, если контактное давление меньше критического напряжения горной породы при данном виде взаимодействия, возможно лишь дискретное разрушение породы без постоянного погружения зубьев долота в породу. Наоборот, если контактное давление превышает критическое напряжение горной породы при данном виде воздействия, происходит погружение зубьев долота в породу. Это погружение ограничивается – величиной, при достижении которой происходит уравнивание действующего давления (уменьшающегося с ростом площади, через которую передается давление на породу при погружении зубьев) и критического напряжения породы.

3.2.Порядок выполнения работы

1.Установить долото рабочей поверхностью на подставку и выписать с торца ниппеля или его основания (или торца замковой муфты) заводскую маркировку долота. Расшифровать все знаки маркировки.

2.Замерить линейкой или штангенциркулем длину зубьев на венцах всех шарошек долота. На первом венце первой шарошки обычно располагаются зубья разной длины. Поэтому

17

следует замерить длины всех зубьев этого венца и принять их среднеарифметическое значение. Для остальных венцов принимать среднеарифметическое из пяти значений замеренных длин разных зубьев каждого венца. Результаты замеров свести в табл. 3.1.

Таблица 3 . 1

Значение длин зубьев liср

3. Замерить штангенциркулем ширину площадки притупления у вершины зубьев (тупизну) для пяти зубьев каждого венца всех шарошек долота, и среднеарифметические значения внести в табл. 3.2.

Таблица 3 . 2

Значения ширины притупления зубьев вzср

2

Периферийный

вzcp =

4.Составить отчет по лабораторной работе, расшифровав маркировку долота, заполнив все указанные таблицы и произве-

дя расчеты характеристических параметров долота η z , Foп.

18

Лабораторная работа № 4 ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ СНАРЯДОВ

ДЛЯ ОТБОРА КЕРНА

Цель работы: изучение конструкции и маркировки керноотборных снарядов и бурильных головок.

4.1. Общие сведения

При проведении геолого-разведочных работ по керновому материалу определяют литологический состав пород, уточняют границы стратиграфических горизонтов, изучают физикомеханические и коллекторские свойства горных пород. Эти данные необходимы для правильного выбора породоразрушающих инструментов, режимов бурения, способов предупреждения осложнений, порядка вскрытия и заканчивания скважин. Исследования кернового материала необходимы также для расчета запасов пластовых флюидов, составления схем разработок месторождений, выбора способов воздействия на пласты.

Всоответствии с классификацией ВНИИБТ все горные породы по трудности отбора керна делятся на 4 группы:

I – монолитные и слаботрещиноватые, практически не разрушаемые вибрацией керного инструмента и промывочной жидкостью;

II – сильнотрещиноватые и перемежающиеся по твердости; III – легкоразрушающиеся под действием промывочной

жидкости;

IV – сыпучие и плавуны.

Всоответствии с горно-геологическими условиями должны выбираться породоразрушающие инструменты, керноотборные снаряды и режимы бурения.

Современные керноотборные снаряды должны отвечать следующим требованиям:

19

1.Образование керна должно происходить без уменьшения его прочности;

2.Керн должен быть защищен от потока промывочной жидкости;

3.Должно быть предусмотрено исключение вращения керноприемника;

4.Должны быть исключены продольные и поперечные деформации и вибрации;

5.Должна быть обеспечена сохранность керна при транспортировке на поверхность;

6.Должна обеспечиваться естественная насыщенность керна пластовыми флюидами.

Бурение скважин на нефть и газ с отбором керна ведется роторным способом и с использованием гидравлических забойных двигателей (ГЗД).

Рис. 4.1. Классификация керноотборных снарядов

Дополнительный керновый материал может быть получен из стенок скважин с применением сверлящих и стреляющих керноотборников (грунтоносов).

20