Расчет конструкции скважины

курсовая работа

1.5 Породоразрушающий инструмент

Классификация породоразрушающего инструмента

Долото буровое, основной элемент бурового инструмента для механического разрушения горной породы на забое скважины в процессе её проходки. Буровое долото закрепляют в конце бурильной колонны, которая передаёт ему осевое и окружное усилие, создаваемое буровой установкой (в случае ударного бурения буровое долото подвешивается на канате и наносит удары по забою скважины за счёт энергии свободного падения).

Рис.1.5.1. Шарошечные долота.

Шарошечными долотами осуществляется свыше 90% объёма бурения на нефть и газ. Впервые долота с коническими шарошками было изобретено в США (1909). Шарошечное долото (или колонковая бурильная головка) состоит из одной, двух, трёх и более конических, сферических или цилиндрических шарошек, смонтированных на подшипниках качения или скольжения или же их комбинации на цапфах секций долот (рис.1.5.1). На наружной поверхности шарошки имеют породоразрушающие элементы - фрезерованные зубья или запрессованные (запаянные) твёрдосплавные зубки или комбинации зубьев и зубков. Для повышения износостойкости фрезерованные зубья армируются твёрдым сплавом. Геометрическая форма и параметры породоразрушающих элементов (высота и длина зубьев, угол заострения и притупления их вершин, частота расположения зубьев на каждом венце шарошек) для различных долот различны и зависят от физических свойств горных пород. Зубья на конусах шарошек, как правило, имеют клиновидную форму; твёрдосплавные зубки - клиновидную или полусферическую рабочие поверхности.

В зависимости от конструкции опор долота могут применяться для различных частот вращения. Долота с герметизированными опорами (рис.1.5.3) используются при частотах вращения 80-300 об/мин. Для высокооборотного бурения разработаны трехшарошечные долота с открытыми опорами (рис.1.5.2), позволяющие использовать их при частотах 300 - 600 об/мин.

Рис. 1.5.2. Трехшарошечное долото с открытой опорой шарошки

Рис.1.5.3. Трехшарошечное долото с герметизированной опорой.

Импрегнированные долота.

Нередко бурение твердых и абразивных песчаников с помощью долот с резцами из поликристаллического алмаза или трехшарошечных долот бывает нерентабельным. Импрегнированные долота (рис.1.5.4) напротив идеально подходят для бурения абразивных пород благодаря самозатачивающимся резцам. В импрегнированных долотах используются острые мелкозернистые алмазы, импрегнированные непосредственно в прочную матрицу из карбида вольфрама.

Состав матрицы подбирается в зависимости от породы с таким расчетом, чтобы износ матрицы происходил немного быстрее, чем износ алмазов. В результате на поверхности постоянно обнажаются новые, острые алмазы с оптимальной скоростью, обеспечивающей максимальные скорости проходки и срок службы долота.

Рис.1.5.4. Импрегнированные долота.

Поликристаллические долота (PDC).

Механическая скорость бурения является основной проблемой при глубоком бурении. Низкая механическая скорость бурения прежде всего является результатом большого предела прочности на сжатие сильно перегруженных пород встречающихся на больших глубинах. Первоначально трёхшарошечные долота с твёрдосплавными вставками использовались для бурения твёрдых пород на малых глубинах, а также применялись для бурения глубоких скважин. Однако на больших глубинах становиться тяжелее распознать поломку долота, такая ситуация может возникнуть при больших частотах вращения, когда имеется большая нагрузка на долото на большой глубине. Это может привести к наиболее частым поломкам, потерям шарошек, частым спускоподъемным операциям, увеличению стоимости и низким механическим скоростям.

Рис.1.5.5. Поликристаллические долота

Рис. 1.5.6. Схема поликристаллического долота

Стационарные режущие элементы с поликристаллическими режущими алмазными вставками (PDC) (рис.1.5.5) стали решением проблем присущих подвижным частям шарошечных долот. Режущая поверхность PDC содержит синтетические поликристаллические алмазы, присоединённые к вольфрамокарбидному штырю или лопасти (рис.1.5.6). Впервые этот тип был разработан в 1970 г. и ныне является рекордным при бурении скважины глубиной 22000 футов.

Режущие элементы PDC обычно бурят в несколько раз быстрее, чем шарошечные,особенно в мягких породах и срок службы режущих элементов PDC резко возрос за последние 20 лет. Эти долота также очень хороши для горизонтального бурения и тоннельных операций.

Так, долото 215,9FD266SM-A154 в условиях ООО «СГК-Бурение» на Восточно-Сургутском месторождении в интервале 1226-3604м обеспечило значительное увеличение механической скорости бурения - с 50-55 м/час до 80-90 при проходке 5500м. Долота 311,1 FD366SMA-A47M-01, изготовленные по заказу ОАО «Сургутнефтегаз» при отработке на месторождениях Федоровское, Конитлоровское, Родниковское, Яунлорское, Восточно-Сургутское обеспечили при средней проходке 6200м среднюю механическую скорость бурения 46 м/час, а максимальная скорость достигала 54,3 м/час.

Но PDC имеют свою собственную совокупность проблем при бурении твёрдых пород. Например “завихрение долота”, проблема, которая возникает, когда центр вращения долота PDC смещается от своего геометрического центра, при этом получается нецилиндрическое отверстие. Это может быть результатом неуравновешенного состояния вызванного нарушением нормальной работы сил трения между породой и долотом, это является аналогом несбалансированного обода колеса вызванного вибрациями, которые продолжаются при больших скоростях автомобиля. Несмотря на то, что режущие элементы PDC хороши при бурении пород, они также восприимчивы к поломкам от ударов об острые элементы в твёрдых породах, что в результате ведет к понижению жизненного цикла долота и низким механическим скоростям проходки. Долота PDC - наиболее эффективное снижение стоимости бурения в мягких и средних породах.

Делись добром ;)