Назначение и классификация породоразрушающего инструмента.

Крепостью горных пород принято характеризовать её сопротивляемость разрушению.

Крепость горной породы есть комплексная характеристика породы, определяемая целым рядом её физико-механических свойств, оказывающих влияние на процесс её разрушения при бурении. Крепость горной породы есть величина, не зависящая от способа бурения.

Буримость породы – это величина проходки за единицу времени чистого бурения. Буримость пород устанавливается опытным путём. Так как при различных способах бурения механизм процесса разрушения горных пород различен, то и буримость одной и той же породы при различных способах будет различной. Буримость горной породы характеризуется следующими показателями: механической скоростью бурения, величиной проходки до допустимого износа породоразрушающего инструмента, затратой времени на проходку 1 м. скважины. Эти величины зависят не только от свойств породы, но и от вида и конструкции породоразрушающего инструмента и режима бурения. По мере совершенствования породоразрушающих инструментов и технологических параметров режимов бурения буримость пород повышается. Горные породы по буримости при вращательном механическом бурении разделены на двенадцать категорий. Критерием отнесения породы к той или иной категории буримости является углубление скважины за 1 час чистого бурения при определённых условиях (тип и диаметр бурового долота, глубина скважины и т.д.).

На выбор типа и модели долота существенное влияние оказывают параметры режима бурения: нагрузка на долото, число оборотов долота, количество и качество промывочной жидкости, подачи инструмента на забой. Если есть возможность увеличить осевую нагрузку на долото и скорость вращения, эффективное разрушение может быть достигнуто при применении долот с большим шагом зубьев. Если подача промывочной жидкости ограничена, рекомендуется применять долота с самоочищающимися шарошками с большой высотой зубьев. Если возможно работать с большим перепадом давления на долоте и высокими скоростями истечения жидкости из промывочных насадок, то следует применять гидромониторные долота, а также сменные насадки. Эффект гидромониторности у них наступает при скорости истечения струи через насадки 80 м/с. и более, зависит от приближения насадки к забою и от диаметра насадки.

Долото шарошечное представляет собой породоразрушающий инструмент (диаметром от 64 до 295,3 мм (2 1/2" - 11 5/8") предназначенный для горнорудных буровзрывных работ, бурения на нефть и газ, геологоразведки, строительства и бурения на воду. В зависимости от назначения, отличается типом вооружения и количеством шарошек, имеют различные типы опор: качения, скольжения, или комбинированные.

Виды долот:

I - одношарошечные долота

II - двухшарошечные долота

III - трехшарошечные долота

Диаметр долота, мм

Тип долота

Тип промывки/продувки

Ц - центральная промывка

Г - боковая (гидромониторная) промывка

П - продувка воздухом

Тип опорного подшипника

А - два и более подшипников скольжения

В - на подшипниках с телами качения

Н - один подшипник скольжения (остальные подшипники качения)

У - с герметизированными маслонаполненными опорами

В строении нефтяных и газовых месторождений принимают участие только осадочные горные породы. Основными физико-механическими свойствами горных пород, влияющими на процесс бурения, являются: упругие и пластические свойства, твердость и абразивность. Основной метод разрушения шарошечными долотами горных пород (бурения) - это воздействие на породу путём вдавливания вооружения, при котором происходит деформация или разрушение горных пород. При бурении нефтяных и газовых скважин основным инструментом, при помощи которого происходит разрушение горной породы на забое и образуется собственно скважина, является долото.

По характеру разрушения породы все буровые долота классифицируются следующим образом:

1. Долота режуще-скалывающего действия, разрушающие породу лопастями, наклоненными в сторону вращения долота. Предназначены они для разбуривания мягких пород.

2. Долота дробяще-скалываюшего действия, разрушающие породу зубьями или штырями, расположенными на шарошках, которые вращаются вокруг своей оси и вокруг оси долота.

При вращении долота наряду с дробящим действием зубья (штыри) шарошек, проскальзывая по забою скважины, скалывают (срезают) породу, за счет чего повышается эффективность разрушения пород. Следует отметить, что выпускаются буровые долота и бурильные головки только дробящего действия. При работе этими долотами породы разрушаются в результате динамического воздействия (ударов) зубьев шарошек по забою скважины. Перечисленные долота и бурильные головки предназначены для разбуривания неабразивных и абразивных средней твердости, твердых, крепких и очень крепких пород

3. Долота для сплошного бурения и бурильные головки для колонкового бурения предназначены для углубления скважины. Выпускаются они различных типов, что позволяет подбирать нужное долото. Долота для специальных целей предназначены для работы в пробуренной скважине и в обсадной колонне.

Долота независимо от их назначения, конструкции и типа нормализованы по диаметрам. По конструкции промывочных устройств и способу использования гидравлической мощности струи промывочной жидкости долота делятся на струйные (гидромониторные) и проточные (обычные). В гидромониторных долотах струя промывочной жидкости достигает поверхности забоя, что дает возможность использовать гидромониторный эффект для очистки поверхности забоя и частичного разрушения породы. В проточных (обычных) долотах промывочная жидкость, протекая через промывочные отверстия, омывает шарошки (лопасти) и только частично достигает поверхности забоя (рис 2.8).

а б

Рисунок 2.14 Промывка забоя скважины

а)обычных шарошечных долот, б)гидромониторных шарошечных долот

Бурильная колонна.

Бурильная колонна является частью бурильного инструмента и предназначена для:

1. Соединения долота с буровым оборудованием, расположенным на поверхности.

2. Подачи на забой промывочной жидкости или продувочных агентов.

3. Передачи вращения долоту при роторном бурении.

4. Создания осевой нагрузки на долото.

5. Направления ствола скважины.

6. Спуска и подъёма долота.

7. Ликвидации осложнений и аварий в скважине.

8. Испытания пластов на приток.

9. Установки цементных мостов и пр.

10. Технологией бурения скважин к бурильной колонне предъявляется ряд требований, основными из которых являются:

11. Надёжность и герметичность всех соединений, прочность и износостойкость.

12. Лёгкость и в то же время возможность создания больших осевых нагрузок на долото.

13. Создание наименьших гидравлических сопротивлений при циркуляции промывочной жидкости.

14. Возможность осуществления быстрого спуска и подъёма инструмента из скважины и проводки её в заданном направлении.

15. Взаимозаменяемость элементов бурильной колонны и возможность проведения ловильных работ в скважине.

Бурильные трубы – изготавливаются бесшовными из высококачественных углеродистых и легированных сталей. Различают четыре типа соединений бурильных труб:

1. С высаженными внутрь концами ТБВ; высаженными внутрь концами и коническими стабилизирующими поясками ТБВК.

2. С высаженными наружу концами ТБН.

3. Гладкие бурильные трубы типа ТБПН равнопроходного сечения с приваренными встык соединительными элементами (замковой муфтой на одном конце и замковым ниппелем на другом).

4. Бурильные трубы типа ТБПВ равнопроходного сечения с приваренными встык по утолщённой части соединительными элементами.

В последние годы в глубоком бурении применяются трубы и соединительные элементы со стабилизирующими, блокирующими поясками и трубы из лёгких алюминиевых сплавов Д16Т и др. В бурении нефтяных и газовых скважин применяются трубы исключительно с правой нарезкой, а с левой нарезкой применяют только для ловильных работ.

В процессе спуска и подъёма бурильной колонны нецелесообразно свинчивать и развинчивать все трубы имеющиеся в колонне. СПО гораздо быстрее осуществляется при отвинчивании или навинчивании сразу нескольких труб. Комплект таких труб, называемый свечёй, может иметь разную длину, зависящую от высоты применяемой вышки.

Стальные бурильные трубы выпускают с наружным диаметром – 60,3; 73; 89; 101,6; 114,3; 127; 139,7; 168,3 мм, и толщиной стенки 7 – 11 мм.

Замки для бурильных труб – состоят из замкового ниппеля и замковой муфты. На одном конце замковых деталей имеется мелкая (трубная) резьба для соединения с бурильной трубой, на которые в горячем состоянии навинчены бурильные замки, а на другом конце – крупная резьба для соединения замковых деталей между собой. Большая конусность и крупный шаг замковой резьбы позволяют быстро развинчивать и свинчивать замки при спусках и подъёмах бурильного инструмента и обеспечивают возможность многократного свинчивания и развинчивания. Замки изготавливаются из сталей с высокой ударной вязкостью. Поверхности замков придаётся высокая твёрдость, её армируют твёрдым сплавом, в результате повышается прочность и износостойкость замков.

Для соединения бурильных труб применяются три типа замков.

Для труб с высаженными внутрь концами применяются замки с широким проходным сечением – ЗШ и с нормальным проходным сечением – ЗН. Диаметр проходного отверстия в ниппелях замков ЗН на 20 – 70% меньше, чем в трубах, что увеличивает гидравлические сопротивления, создаваемые ими при прокачивании промывочной жидкости, по сравнению с замками ЗШ. В связи с этим замки ЗН применяются сравнительно редко.

Для соединения бурильных труб с высаженными наружу концами применяются замки с увеличенным проходным сечением – ЗУ, создающие наименьшие гидравлические сопротивления.

На каждой трубе на расстоянии 0,4 – 0,8 м. от её конца выбито клеймо, указывающее следующие данные: группу прочности стали, порядковый номер трубы, номер плавки, месяц и год выпуска, наружный диаметр трубы в мм., толщину стенки, товарный знак завода изготовителя, клеймо ОТК.

Бурильные трубы ЛБТ (АБТ) – изготавливаются из алюминиевых сплавов (алюминий с легирующими присадками меди, марганца, магния и др.), несмотря на несколько большую толщину по сравнению со стальными трубами, имеют в 1,5 – 2,5 раза меньший вес в воздухе. Это отношение становится ещё большим в жидкости и, особенно в утяжелённых растворах. Поэтому предельная глубина спуска ЛБТ в 2 – 2,5 раза превышает предельные глубины спуска стальных труб. ЛБТ соединяется между собой с помощью стальных бурильных замков типа ЗЛ. Выпускаются ЛБТ длиной 9 – 12 м, диаметром 73, 90, 103, 114, 129, 147, 170 мм, с толщиной стенки 9 – 13 мм.

Утяжелённые бурильные трубы (УБТ) – используют для создания нагрузки на долото и обеспечивают жёсткость нижней части бурильной колонны. Устанавливают УБТ над долотом (забойным двигателем). На практике 85% веса УБТ в буровом растворе используется для создания нагрузки на долото, а остальная часть бурильной колонны находится в растянутом состоянии. Этим может быть предупреждено усталостное разрушение бурильных труб. Основной объём поставляемых отечественной промышленностью УБТ составляют горячекатаные трубы без дополнительной механической и термической обработки поверхности. Гладкие по всей длине с проточкой в верхней части.

Конструкция сбалансированных утяжелённых бурильных труб (УБТС), получаемых путём сверления внутреннего канала и механической обработки наружной поверхности с последующей термической обработкой, позволяет ликвидировать отрицательное влияние неуравновешенных масс при вращении колонны. На концах горячекатаных и сбалансированных УБТ нарезается замковая резьба.

Конструктивные особенности и технология изготовления УБТС обеспечили их меньшую кривизну, разностенность и овальность, что улучшило эксплуатационные качества.

Весьма важно, что техническими условиями предусматривается выпуск УБТС одиннадцати диаметров (от 89 до 299 мм.).

Одной из перспективных конструкций УБТ являются трубы с квадратным сечением по периметру, позволяющие иметь небольшой зазор между бурильной колонной (в нижней её части) и стенками скважины (по граням квадрата), но достаточное затрубное сечение для циркуляции промывочной жидкости.

Отбраковка бурильных труб – производится по ряду признаков:

Ø Трубы не прошли ультразвуковую дефектоскопию трубных резьб и сварных швов.

Ø При опрессовке бурильных труб свечами имеются потёки и подпотевания в резьбовых соединениях и по телу труб.

Ø Сработаны замковые соединения и наружная поверхность замков и УБТ выше установленных норм.

Ø Смятия бурильных труб в месте посадки на клиновой захват на 3 мм. и более.

Ø При наружном осмотре выявлены вмятины, промытости резьбы и тела трубы.

Ø Уменьшение толщины стенки трубы за счёт истирания на 1 мм. в любом сечении.

Смена положения рабочих соединений бурильных труб производится ежемесячно при нормальной работе буровой.

Смена положений рабочих соединений УБТ производится через 100 часов механического бурения при бурении до глубины 3000 метров и через 50 часов – при глубине свыше 3000 метров.

Все резьбовые соединения УБТ при каждом спуске докрепляются машинными ключами.

Завоз бурильных труб, УБТ и переводников на буровые производится только после проверки их слесарем-контролёром на трубной базе или законченной бурением скважины.

Смазка замковых резьб бурильных труб и УБТ, осуществляется смазкой Р-113, а при отсутствии её графитной.