Породоразрушающий инструмент

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА НЕФТЕГАЗОВОГО  ДЕЛА

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Отчет по лабораторной работе:

«Породоразрушающий  инструмент»

 

 

 

 

 

Выполнил студент гр. НБс-10:

Костылев А. М.

                                                                                                                                                

 Проверил Доцент:

Заливин В.Г.

 

 

 

 

 

Иркутск

2012 г.

                           ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

 

Разрушение горных пород  на забое скважины осуществляется породоразрушающими инструментами, к которым предъявляются следующие основные требования:

• высокая разрушающая способность;
• высокая износостойкость;
• низкая энергоемкость разрушения горных пород.

 
        Работа породоразрушающих инструментов на забое обеспечивается его функциональными системами:

 

•  вооружением в виде резцов или инденторов;
• системой очистки (промывки) забоя и вооружения;
• корпусом и присоединительной резьбой;
• в случае шарошечных инструментов опорами шарошек и системой смазки их подшипников;

 

 

                                           КЛАССИФИКАЦИЯ БУРОВЫХ ДОЛОТ

 

По принципу разрушения породы ПРИ подразделяется на 3 группы:

 

• ПРИ режуще-скалывающего действия – применяется для разбуривания вязких, пластичных и малоабразивных пород небольшой твердости;
• ПРИ дробяще-скалывающего действия – применяется для разбуривания неабразивных и абразивных пород средней твердости, твердых, крепких и очень крепких;
• ПРИ истирающе-режущего действия – применяется для бурения в породах средней твердости, а также при чередовании высокопластичных маловязких пород с породами средней твердости и даже твердыми.

 

 

По назначению ПРИ подразделяется:

• Для бурения сплошным забоем (без отбора керна) – буровые долота;
• Для бурения по кольцевому забою (с отбором керна) – бурголовки;
• Для специальных работ в пробуренной скважине (выравнивание и расширение ствола) и в обсадной колонне (разбуривание цементного камня и т.д.)

 

По конструктивному исполнению ПРИ делится на три группы:

• Лопастной (Рис 1)
• Шарошечный (Рис 2)
• Секторный (Рис 3)

 

 По материалу породоразрушающих элементов ПРИ делится на четыре группы:

• Со стальным вооружением;
• С твердосплавным вооружением;
• С алмазным вооружением;
• С алмазно-твердосплавным вооружением.

 

Рис.1.Лопастные долота: а-3ДРШ-165М, б –3ДР-132М

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Рис. 2.Шарошечные долота     Рис.3. Секторное долот

 

                                   ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО

 

По конструкции шарошечные долота делятся на:

По количеству шарошек:

• одношарошечные,
• двухшарошечные,
• трехшарошечные

 

             По расположению и конструкции промывочных или продувочных отверстий:

Ц - долото с центральной промывкой.

Г - долото с гидромониторной промывкой.

П - долото с центральной продувкой.

ПГ - долото с боковой продувкой.

     По конструкции опор шарошек:

В - на подшипниках качения.

                    Н -на одном подшипнике скольжения (остальные подшипники качения )

У - герметизация опоры с маслонаполнением

А - на двух или более подшипниках скольжения.       

     По скорости вращения:

          А - для низкооборотного бурения ( до 150 об/мин),

Н - для среднеоборотного бурения ( от 150 до 400 об/мин ),

В - для высокооборотного бурения ( более 400 об/мин).

Основной объем бурения  в РОССИИ производится шарошечными  долотами. В соответствии с ГОСТ 20692-75 шарошечные долота изготавливаются следующих типов (.табл. 1.)

 

 

Таблица №1

ТИП	Геологические условия проходки	Исполнение шарошки
М	Бурение мягких пород	С фрезерованными зубьями*
МЗ	Бурение мягких абразивных пород	Со вставными твердосплавными зубками**
МС	Бурение мягких пород с пропластками пород средней твердости	С фрезерованными зубьями
МСЗ	Бурение мягких абразивных пород с пропластками пород средней твердости	С фрезерованными зубьями и твердосплавными  зубками
С	Бурение пород средней твердости	С фрезерованными зубьями
СЗ	Бурение абразивных пород средней  твердости	Со вставными твердосплавными зубками
СТ	Бурение пород средней твердости  с пропластками твердых пород	С фрезерованными зубьями
Т	Бурение твердых пород	С фрезерованными зубьями
ТК	Бурение твердых пород с пропластками крепких	С фрезерованными зубьями и твердосплавными  зубками
ТКЗ	Бурение твердых абразивных пород  с пропластками крепких	Со вставными твердосплавными зубками
К	Бурение крепких пород	Со вставными твердосплавными зубками
ОК	Бурение очень крепких пород	Со вставными твердосплавными зубками

 

 

Пример маркировки:

III 215.9 МЗГВ - долото трехшарошечное, диаметром 215.9 мм, для бурения мягких абразивных пород, с боковой промывкой, для высокооборотного бурения

III 295.3 МСГАУ -  долото трехшарошечное, диаметром 295.3 мм, для бурения мягких пород с прослойками средних, с боковой промывкой, для низкооборотного бурения ( А - все подшипники скольжения), с герметизированными маслонаполненными опорами.

К 139.7/52 ТКЗ - долото для отбора керна диаметром 139.7 мм, диаметр выносимого керна 52 мм, для бурения твердых абразивных пород с пропластками крепких.

В обозначении бурильных  головок перед диаметром:

К - для керноприемных устройств без съемного  керноприемника, тип резьбы - муфта

КС - для керноприемных устройств со съемным керноприемником, тип резьбы – ниппель.

 

При центральной промывке забоя лучше очищаются от шлама  центр забоя и вершины шарошек, шлам беспрепятственно выносится в наддолотную зону. Однако при высокой скорости углубки забоя трудно подвести к долоту необходимую гидравлическую мощность, требуемую для качественной очистки забоя (перепад давления на долотах с центральной промывкой не превышает 0,5-1,5 МПа). Боковая гидромониторная промывка обеспечивает лучшую очистку наиболее зашламованной периферийной части забоя, позволяет подвести к долоту большую гидравлическую мощность (перепад давления на долотах с гидромониторной промывкой достигает 5-15 МПа). Однако мощные струи бурового раствора, выходящие из гидромониторных насадок экранируют транспортирование шлама через проемы между секциями долота, поэтому часть шлама циркулирует некоторое время в зоне действия шарошек и переизмельчается, а часть – транспортируется в зазорах между стенкой скважины и спинками лап. Поэтому зачастую переходят на ассиметричную систему промывки, заглушая одну или две гидромониторные насадки для повышения пропускной способности основных транспортных каналов долота.

Беговые дорожки цапфы  и шарошки и тела качения без  сепараторов составляют опору шарошки. Помимо подшипников качения опора может включать подшипники скольжения (антифрикционные втулки) и торцевую пяту (антифрикционный диск). Полость опоры заполняется консистентной смазкой.

Опоры шарошек – наиболее ответственные узлы шарошечного  долота, стойкость которых чаще всего  определяет долговечность долота в  целом. Опоры воспринимают радиальные и осевые нагрузки (по отношению  к цапфе).

Опоры шарошек в зависимости от типоразмера долот конструируются из различных сочетаний шариковых  и роликовых подшипников качения  и подшипников скольжения.

 

Рис.4. Схема долота с герметизированной маслонаполненной опорой.

 

Шариковые подшипники легче  разместить в ограниченных размерах шарошки, они слабо реагируют на возможные перекосы осей шарошек и цапф. Однако из-за проскальзывания шариков по боковым дорожкам эти подшипники быстро нагреваются и требуют интенсивного охлаждения.

Роликовые подшипники могут  воспринимать большую, чем шариковые подшипники нагрузку, но труднее вписываются в ограниченные размеры шарошек. Они весьма чувствительны к перекосам осей шарошек и цапф и при износе роликов нередко шарошки заклиниваются на цапфах.

Подшипники скольжения способны воспринимать наибольшие нагрузки. Однако эффективны они только при невысоких частотах вращения долота, когда трущиеся поверхности шарошек и цапф и соседних подшипников качения сильно не нагреваются.

В каждой системе опор обязательно  имеется один шариковый подшипник, называемый замковым радиально-упорным подшипником двухстороннего действия. Он удерживает шарошку на цапфе и воспринимает усилия, направленные вдоль и перпендикулярно к оси цапфы. Устанавливается этот подшипник в последнюю очередь, через цилиндрический канал в цапфе, затем в этот канал вставляется стержень (палец) и его наружная часть приваривается к телу цапфы.

Подшипники шарошек в  процессе бурения смазываются и  охлаждаются буровым раствором, проникающим к ним по зазору между  основанием шарошки и упорной поверхностью в цапфе. Поэтому в буровой раствор добавляются специальные реагенты, улучшающие его смазочные свойства.

При бурении с продувкой  скважины воздухом условия работы опор шарошек значительно ухудшаются вследствие недостаточного теплоотвода от трущихся деталей подшипников. Поэтому в долотах, предназначенных для бурения с продувкой воздухом, часть воздуха по специальным каналам в лапах и цапфах направляется непосредственно в опоры шарошек.

В последние годы все большее  применение находят долота с герметизированной маслонаполненной опорой (рис. 4.), у которых специальная смазка поступает к подшипникам из эластичного баллона по имеющемуся в лапе и цапфе каналу. Проникновению бурового раствора в полость такой опоры и утечке смазки препятствует жесткая уплотнительная манжета. Долговечность таких долот при ограниченной частоте оборотов на порядок и более превосходит долговечность долот с открытой опорой.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 5. Типы вооружения долот.

 

 

                             ТРЕХШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО

 

При бурении скважин наибольшее распространение получили шарошечные долота. Ими ежегодно выполняется более 90 % объема проходки в нашей стране и за рубежом. По принципу действия это дробяще-скалывающие долота.

Наиболее распространен  трехшарошечный вариант долота. Конструкция такого долота наилучшим образом вписывается в цилиндрическую форму скважины тремя коническими шарошками, при этом обеспечивается оптимальное центрирование и устойчивость работы долота.