библиотека нефтяника / Буровое оборудование 2 / Глава 1

1

БУРОВЫЕ ДОЛОТА ДЛЯ НЕФТЕГАЗОДОБЫВАЮЩЕЙ И ГОРНОДОБЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

1.1. БУРОВЫЕ ШАРОШЕЧНЫЕ ДОЛОТА

Основной объем бурения скважин различного назначения в нефтегазодобывающей, горнодобывающей и строительной промышленности России (нефтяных, газовых, газоконденсатных, геологоразведочных, водяных, взрывных и др.) осуществляется шарошечными долотами различных типов.

В настоящем разделе представлены краткое описание и основные технические характеристики шарошечных долот трех видов: трехшарошеч- ные – с указанием в начале шифра долота соответствующей римской цифры – III, двухшарошечные – II и одношарошечные – I, выпускаемых заводами ОАО «Волгабурмаш», ОАО «Уралбурмаш», ОАО «Сарапульский машзавод», ОАО НПО «Буровая техника»1, а также шарошечные долота других конструкций.

1.1.1. ТРЕХШАРОШЕЧНЫЕ ДОЛОТА

На рис. 1.1 приведена схема классификации шарошечных долот. Типам и области применения шарошечных долот соответствуют ис-

полнения шарошек, приведенные в табл. 1.1. Области рационального применения каждого из указанных в табл. 1.1 типов шарошечных долот для бурения глубоких скважин приведены в табл. 1.2.

Вооружение шарошек долот типов М, МС, С и Т (рис. 1.2), предназна- ченных для разрушения неабразивных и малоабразивных пород, выполнено в виде фрезерованных зубьев призматической формы, имеющих различные параметры по углу заострения, высоте над корпусом шарошки и величине притупления, наплавленных зерновым твердым сплавом разной толщины (рис. 1.3). Наплавочный материал на основе окатанных спеченных, спеченных дробленых и литых дробленых карбидов вольфрама различной грануляции наносится на все поверхности зуба (боковые, торцевые и притупления), что обусловливает более высокую износостойкость воору-

1 Быв. ВНИИБТ.

3

Рис. 1.1. Схема классификации шарошечных долот

4

Ò à á ë è ö à 1.2

Области рационального применения разных типов шарошечных долот для глубокого бурения

ÌГлины серые и темно-серые, плотные, тонкослоистые, слоистые и неслоистые, оскольчатые, известковистые и неизвестковистые, часто песчанистые и слюдистые, иногда с пиритом и конкрециями сидеритов, с пачками и прослоями песков, алевролитов и песчаников тонкозернистых, плотных и рыхлых, полимиктовых, глинистых, слюдистых, прослоями доломитизированных мергелей, известняков, иногда слюдистых аргиллитов, местами известковистых и доломитов. Глины с прослоями мелко- и тонкозернистого песка, вулканического пепла, ракушечные известняки, песчаники.

ÑПереслаивание, флишевое чередование глин, песчаников, песков, алевролитов, реже – аргиллитов, отдельных горизонтов конгломератов и прослоев мергелей. Глины темно-серые до черных и светло-зеленые, обычно плотные, тонкослоистые, иногда грубослоистые и комковатые, фукоидные, опоковидные, аргиллитоподобные, песчанистые, алевритистые, известковистые и неизвестковистые, слюдистые, иногда загипсованные, битуминозные, с гнездами пирита. Песчаники различной плотности, иногда рыхлые, от мелкозернистых до грубозернистых, кварцево-глауконитовые, кварцевые, полимиктовые, часто известковистые и глинистые, иногда с гнездами пирита и битума. Алевролиты плотные и рыхлые, слюдистые, известковистые. Пески слабоуплотненные, мелкозернистые, алевритистые. Аргиллиты слоистые, сланцеватые, известковистые и неизвестковистые. Мергели песчанистые, местами глинистые. Конгломераты разногалечные, местами крупновалунные. Известняки и доломиты пелитоморфные, мелкокристаллические, стилолитизированные, местами брекчиевидные, трещиноватые, кавернозные, глинистые, иногда слабодоломитизированные, с прослоями глин и аргиллитов, ракушечные известняки, мел писчий, рыхлый.

Каменная соль крупнокристаллическая с прослоями глин, ангидритов, доломитов, известняков.

5

ÒИзвестняки и доломиты. Известняки органогенно-обломочные, обломочные, мелко-тонкозернистые, пелитоморфные, местами перекристаллизованные, массивные, трещиноватые, мелкокавернозные, часто доломитизированные, в различной степени окремнелые, изредка пиритизированные, с прослоями глин и включениями ангидритов и гипсов. Доломиты мелко- и тонкозернистые и пелитоморфные, плотные и неравномернопористые, иногда массивные, прослоями мелкокавернозные, трещиноватые, изредка глинистые, ангидритизированные, загипсованные, с включениями ангидрита и кремния.

Переслаивание глин и глинистых сланцев песчанистых, слюдистых, алевролитов кварцевых, глинистых, углистых, песчаников мелко- и крупнозернистых, иногда пористых, кварцевых, полимиктовых, слюдистых, углистых, встречаются конгломераты и гравелиты.

жения и долота в целом и, как следствие, увеличение показателей его работы. Высота зубьев или твердосплавных зубков и их шаг по венцам максимальны в долотах, предназначенных для бурения в мягких породах, и минимальны в долотах для бурения очень крепких пород.

6

Рис. 1.2. Вооружение шарошек долот типов М, МС, С и Т

У долот большого диаметра зубья могут выполняться как фрезерованными, так и литыми, составляющими единое целое с корпусом шарошки. Долота с фрезерованным вооружением для бурения мягких пород (типа М) спроектированы с максимальным смещением осей шарошек относительно оси долота и максимальным углом наклона осей шарошек к оси долота (57°) с целью усиления ударно-сдвигающего воздействия зубьев на породу.

Долота с фрезерованным вооружением для бурения пород средней твердости (типа С) спроектированы со средним смещением осей шарошек и соответствующим углом наклона осей шарошек к оси долота (54°) с целью получения как скалывающего воздействия, так и достаточно высокого ударно-сдвигающего воздействия зубьев на породу.

Долота с фрезерованным вооружением для бурения твердых пород (типа Т) спроектированы без смещения осей шарошек с целью получения чисто ударного воздействия зуба на породу, что обеспечивает минимальный износ, характерный для «чистого» качения по забою. При конструировании шарошек используется принцип разношагового расположения зубьев на их венцах, обусловливающий снижение рейкообразования на забое скважины.

Обратные конуса шарошек с фрезерованными зубьями также наплавляются зерновым твердым сплавом, а по заказу потребителей они армируются вставными твердосплавными зубками с целью повышения износо-

7

Рис. 1.3. Фрезерованные зубья шарошек, наплавленные зерновым твердым сплавом:

1 – наплавка зубьев основных конусов; 2 – наплавка зубьев на калибрующих конусах

стойкости долота по диаметру. Армирование спинок лап фрезерованных долот осуществляется наплавкой козырька и набегающего ребра зерновым твердым сплавом, запрессовкой твердосплавных зубков или комбинированно наплавкой и запрессовкой одновременно, что обеспечивает полное перекрытие спинки по высоте. Указанные конструктивные решения существенно повышают стойкость долота как от износа по диаметру, так и его работы в целом (рис. 1.4).

Для уменьшения абразивного износа корпуса шарошки по венцам и межвенцовым канавкам увеличивается глубина цементированного слоя.

Вооружение шарошек долот типов МЗ, МСЗ, СЗ, ТКЗ, ТЗ, К и ОК (рис. 1.5), предназначенных для разрушения абразивных пород, выполнено в виде вставных твердосплавных зубков с различным диаметром, формой породоразрушающей поверхности и величиной вылета над корпусом шарошки. В качестве мате-

риала для изготовления зубков применяются твердые сплавы с высокими прочностными и противоизносными свойствами.

Долота со штыревым твердосплавным вооружением изготавливаются с широким диапазоном форм зубков (клиновидных, сферических, или биконических, сфероконических выпукло-вогнутых (ковшеобразных) и др.), что обеспечивает возможность обоснованного выбора долот применительно к конкретным геолого-техническим условиям бурения (рис. 1.6).

По расположению и конструкции промывочных или продувочных каналов долота изготавливают (с указанием в шифре долота соответствующих букв):

ñцентральной промывкой (Ц), применяется в основном в долотах малого диаметра и с центральной продувкой (П) – через центральное отверстие в корпусе;

ñбоковой гидромониторной промывкой (Г), с боковой продувкой (ПГ) – через боковые отверстия, минуя шарошки, непосредственно на поверхность забоя; на выходе промывочных отверстий устанавливаются сменные насадки-сопла: твердосплавные – для долот серий АУ, НУ и удлиненные из высокостойкого чугуна (рис. 1.7) – для серий ВУ, Н и В; диаметры внутренних отверстий в насадках – от 6,4 до 22,2 мм;

ñкомбинированной – центральной и боковой промывкой (ЦГ);

ñасимметричной промывкой – с двумя боковыми и одной центральной насадками, с образованием на одной из лап значительно увеличенного пространства для восходящего потока бурового раствора.

8

Рис. 1.4. Долото трехшарошечное:

à – с фрезерованным вооружением с наплавкой козырька и набегающего ребра зерновым твердым сплавом; á – с фрезерованным вооружением с наплавкой козырька и набегающего ребра зерновым твердым сплавом и запрессовкой твердосплавных зубков; в – со штыревым вооружением с наплавкой козырька зерновым твердым сплавом и запрессовкой твердосплавных зубков

Опоры шарошек изготавливают с различной комбинацией подшипников качения и скольжения, определяющей серию долота. При изготовлении опор только на подшипниках качения в шифр долота вводится буква В. При изготовлении опор с одним радиальным и одним (или двумя) упорным подшипниками скольжения (при остальных подшипниках качения) в шифр

9

Рис. 1.5. Вооружение шарошек долот типов МЗ, МСЗ, СЗ, ТКЗ, ТЗ, К и ОК

долота вводится буква Н. При изготовлении такого долота с системой маслонаполнения и торцевым резиновым кольцом с тарельчатым поджимающим металлическим каркасом или эластичным радиальным кольцом в шифр долота вводятся буквы НУ.

При изготовлении опор на двух или более радиальных подшипниках скольжения с одним (или двумя) упорными подшипниками скольжения, шариковым (замковым) подшипником, с герметизацией маслонаполненной опоры радиальным резиновым уплотнительным кольцом в шифр долота вводятся буквы АУ.

Буквой R и цифрами за ней обозначается номер заводской модели долота.

С учетом принятых изложенных условных обозначений, к примеру, шифры трехшарошечных долот производства ОАО «Волгабурмаш» расшифровываются следующим образом.

Долото III215,9М-ПГВ-1:

III – трехшарошечное долото; 215,9 – диаметр долота, мм;

10

Рис. 1.6. Зубки различных форм долот со штыревым твердосплавным вооружением

Рис. 1.7. Удлиненная сменная насадка:

1 – обводной шплинт; 2 – удлиненная насадка; 3 – уплотнительное кольцо

М – для мягких малоабразивных пород, вооружение в виде фрезерованных зубьев, наплавленных твердым сплавом;

П – продувка забоя и опор воздухом; Г – боковая продувка;

В – в опоре только подшипники качения; 1 – номер заводской модели.

Долото III215,9ОК-ПВ-R177:

III – трехшарошечное долото; 215,9 – диаметр долота, мм;

ОК – для очень крепких абразивных пород, вооружение в виде вставных твердосплавных зубков;

П – продувка забоя и опор воздухом; В – в опоре только подшипники качения; R 177 – номер заводской модели.

Наиболее высокопроизводительные долота, выпускаемые различными долотостроительными фирмами, выполняются на уровне мировых стандартов.

Стратегия российских производителей долот – добиваться выпуска долот с высокими эксплуатационными характеристиками при стабильном качестве и надежности, соответствующих международному стандарту IADC.

Ниже приведены цифровые обозначения кода IADC.

Первая цифра – тип долота (фрезерованное или твердосплавное вооружение и порода).

1 – 2 – 3 – долота с фрезерованным вооружением (от самых мягких до самых твердых).

11

4 – 5 – 6 – 7 – 8 – долота с твердосплавным вооружением (от самых мягких до самых твердых пород).

Вторая цифра – подкатегория породы (от самых мягких до самых твердых пород).

Третья цифра – характеристика долота.

1.Стандартная опора качения.

2.Опора качения с воздушным охлаждением.

3.Опора качения с защищенной калибрующей поверхностью.

4.Герметизированная опора качения.

5.Герметизированная опора качения с защищенной калибрующей поверхностью.

6.Герметизированная опора скольжения.

7.Герметизированная опора скольжения с защищенной калибрующей поверхностью.

8.Для направленного бурения.

9.Специальные.

Примеры:

Долота с фрезерованным вооружением 1 –1 – 2, где первая цифра (1) – очень мягкая порода; вторая цифра (1) – под-

категория самой мягкой породы; третья цифра (2) – продувка опор и забоя воздухом.

Долота с твердосплавным вооружением 4 – 1 – 5, где первая цифра (4) – очень мягкая порода; вторая цифра (1) – под-

категория самой мягкой породы; третья цифра (5) – герметизированная опора качения и калибрующие зубки.

Данные соответствия долот с фрезерованным и штыревым вооружением ОАО «Волгабурмаш» и фирм США – Хьюз, Рид, Секьюрити и Смит – по коду IADC приведены в табл. 1.3.

12