Файл: Бурение нефтяных и газовых скважин учебное пособие.pdf

32 метра скважин, что приводит к необходимости расширения и про- работки скважины перед спуском очередного долота. Кроме того, при бурении необходимо прикладывать к долотам большой кру- тящий момент. Режущие элементы долот находятся в постоянном контакте с породой и поэтому более интенсивно изнашиваются по сравнению с шарошечными долотами.
Фрезерные долота характеризуются более простой конструк- цией, чем лопастные. Эти долота могут быть использованы не только для бурения скважины в присутствии металлических и твердосплавных обломков, но и для разбуривания оставшихся на забое шарошек и других металлических предметов, бетонных и иных пробок. Эта функция фрезерных долот привела к выделению и совершенствованию отдельной их разновидности – фрезеров.
Основная особенность алмазных долот – наличие в них ал- мазных режущих элементов, т. е. алмазов (природных или синте- тических) той или иной величины (крупности). В буровых долотах обычно используют наименее ценную разновидность природного алмаза, именуемой карбонадо (абразивные технические алмазы), или черным алмазом, которые характеризуются меньшей твердо- стью, но значительно большей вязкостью, что в условиях бурения чрезвычайно важно. Алмазные долота, разрушающие породы мик- рорезанием, применяют на больших глубинах (2500–3000 м). Раз- буривают этими долотами породы мало- и среднеабразивные, средней твердости и твердые (известняки, аргиллиты, плотные глины, глинистые песчаники, мергели, доломиты, ангидриты, сланцы и т. п.), в которых проходка на шарошечное долото состав- ляет 5–15 м.
Долота ИСМ отличаются от фрезерных, лопастных и алмаз- ных главным образом тем, что их породоразрушающие (рабочие) элементы оснащены сверхтвердым материалом славутич. Рабочие элементы (вставки из славутича) крепят к стальному корпусу до- лота своей посадочной (цилиндрической) частью (хвостовиком) методом пайки. Форму рабочей поверхности вставок, славутича, его содержание (объем в кубических сантиметрах) в инструменте и число вставок выбирают в зависимости от типа долота, т. е. в соответствии с физико-механическими свойствами пород.
Долота ИСМ по сравнению с фрезерными и лопастными об- ладают более высокой износостойкостью, а по сравнению с доло- тами, оснащенными природными алмазами, – меньшей стоимо-
Copyright ООО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

33 стью, лучшей проходимостью по стволу скважины и защитой их породоразрушающих элементов, поэтому они реже выходят из строя при недостаточно тщательной подготовке ствола и забоя пе- ред их спуском в скважину.
Долота ИСМ выпускают трех разновидностей: режущего дей- ствия (режущие), торцовые (зарезные) и истирающие.
К долотам специального назначения относятся пикообразные и эксцентричные.
Пикообразные долота используют при разбуривании цемент- ных пробок в обсадных колоннах и в открытом стволе, при прора- ботке ствола, не закрепленного обсадной колонной, а также при производстве некоторых работ по ликвидации аварий. Пикообраз- ные долота всегда двухлопастные. У долот этого типа калибрую- щую часть не армируют твердым сплавом, чтобы не повредить обсадные трубы.
Эксцентричные долота применяют (в настоящее время очень редко) при забуривании нового ствола, для образования интервалов ствола, диаметр которых должен быть больше диаметра остального ствола, и для забивания в стенки скважины металлических предметов, находящихся на забое. Эксцентричные долота изготовляют по типу пикообразного и двухлопастного долот.
Код записи состояния и износа шарошечных долот,
принятый в России
1. Износ вооружения (хотя бы одного венца).
Износ вооружения (индекс В) – обозначается цифрами 0, 1, 2,
3, 4 после индекса В. При этом для фрезерованных зубьев этот процент означает среднюю степень износа по высоте, а для твер- досплавных зубков – долю выпавших зубков от общего их количе- ства на всех шарошках долота.
В0 – отсутствие износа.
В1 – уменьшение высоты зубьев на 1/4.
В2 – уменьшение высоты зубьев на 1/2.
В3 – уменьшение высоты зубьев на 3/4 (предельное состояние).
В4 – уменьшение высоты зубьев на 4/4 (полный износ – отказ).
При наличии скола фрезерованных зубьев или твердосплав- ных зубков к характеристике износа вооружения добавляется ин- декс С. Общее количество (в процентах) сколотых фрезерованных зубьев или твердосплавных зубков записывается в скобках после индекса С.

34
При закруглении зубьев периферийных венцов к характери- стике состояния вооружения шарошек добавляется индекс Р.
При зацеплении зубьев шарошек к характеристике состояния вооружения шарошек добавляется индекс Ц. Например:
В2С(15)РЦ.
2. Износ опоры (хотя бы одной шарошки).
Обозначается индексом П и цифрами 0, 1, 2, 3, 4 после него, характеризующими соответственно: отсутствие износа, неболь- шой, средний, большой (предельный) уровни износа и «отказ»
(разрушение) опоры.
П0 – отсутствие износа.
П1 – уровень износа небольшой: «качка» торца шарошки от- носительно оси цапфы невелика (например, для долот диаметром
139,7...215,9 мм – до 2 мм; диаметром 244,5...295,3 мм – до 3 мм).
Тела качения не обнажены, козырьки лап не изношены.
П2 – уровень износа средний: «качка» торца шарошки боль- шая (например, для долот диаметром 139,7...215,9 мм – до 4 мм, диаметром 244,5...295,3 мм – до 5 мм). Тела качения не обнажены, козырьки лап не изношены.
П3 – уровень износа большой (предельное состояние): «кач- ка» торца шарошки значительная (например, для долот диаметром
139,7...215,9 мм – более 5 мм, диаметром 244,5...295,3мм – более
6 мм), значительный износ или разрушение части тел качения; имеется опасность их выпадения; «заедание» шарошки при враще- нии от руки, козырьки лап изношены, нарушена герметизация опор в долотах серий ГНУ и ГАУ.
П4 – «отказ» (разрушение) опор: разрушение и поворот роли- ков; износ и разрушение шариков, козырьков лап и калибрующей части шарошек с выпадением тел качения; наличие трещин и «лы- сок» на шарошках, заклинивание шарошек;
При заклинивании шарошек к характеристике износа опор до- бавляется индекс К, количество заклиненных шарошек указывает- ся в скобках. Например: П2К(1).
3. Если повреждается узел герметизации маслонаполненной опоры (выход из строя уплотнения или его износ и разрушение) к характеристике состояния опор добавляется индекс У, количество поврежденных узлов указывается в скобках. Например: У(2).
Copyright ООО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

35 4. При повреждении гидромониторного узла (размыв гнезда, выпадение насадок) добавляется индекс Г, количество поврежден- ных узлов указывается в скобках. Например: Г(3).
5. Аварийный износ.
Аварийным износом считается поломка и оставление на забое части долота. Обозначается индексом А.
А
В
– поломка и «оставление» вершин шарошек на забое;
А
Ш
– поломка и «оставление» шарошек на забое;
А
С
– поломка и «оставление» секций на забое;
А
Ц
– поломка и «оставление» цапфы с шарошкой на забое.
Количество «оставленных» в скважине лап, шарошек и их вершин указывается римскими цифрами в скобках, например:
А
В
(I), А
Ш
(II), А
Ц
(III).
6. Износ по диаметру.
Уменьшение диаметра долота обозначается индексом Д и вы- ражается в миллиметрах, например: Д6.
Аппаратура и материалы
1. Натурные образцы шарошечных, лопастных, фрезерных до- лот и шарошечных бурильных головок.
2. Чертежи конструкции долот и его основных элементов.
Указания по технике безопасности
1. Лабораторная работа выполняется только после инструкта- жа по технике безопасности с обязательной росписью студентов в журнале по технике безопасности.
2. Допуск к натурным образцам долот студентов, выполняю- щих лабораторную работу, осуществляется только в присутствии преподавателя.
Методика и порядок выполнения работы
Студенту необходимо ознакомиться с теоретическим обосно- ванием работы для изучения различных типов долот, их назначе- ния, конструкции и области применения.
На примере натурных образцов рассмотреть места располо- жения основных узлов и деталей долота.
Затем на примере натурных образцов шарошечных долот сде- лать эскиз долота с описанием его основных элементов и узлов и кодировку его износа.
Copyright ООО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

36
Примеры применения кода для оценки износа долот.
Вооружение «сработано» на 10 %, опоры имеют средний из- нос, «заклинены» две шарошки, диаметр долота сохранился –
В1П2К(2)Д0.
Вооружение изношено на 3/4, 50 % зубьев имеют сколы, ка- либрующие кромки зубьев периферийных венцов закруглены, опоры имеют большой износ, «качка» торца шарошки 10 мм, диа- метр долота уменьшился на 7 мм – В3С(50)РП3Д7.
Вооружение «сработано» полностью, опора разрушена, часть тел качения выпала, первая шарошка «оставлена» на забое –
В4П4А
Ш
(I).
В скважине оставлены все шарошки – А
Ш
(3).
Примеры записи износа долот с помощью кода в буровом журнале и суточном рапорте:
III269,9С–ГНУ № 8639 – В2С(30)РП3Д6Г(2)У(3);
III190,5С–ГВ № 1642 – В1П1К(1)А
В
(I)Д0;
III215,9МЗ–ГАУ № 256 – В2С(10)П1Д0;
III215,9ТЗ–ГАУ № 134 – В2П3Д0.
Содержание отчета и его форма
В отчете должны быть приведены:
– номер лабораторной работы, ее тема и цель работы;
– краткая теория по теме работы;
– аппаратура и материалы;
– методика и порядок выполнения работы;
– сделать вывод о дальнейшей пригодности долота к работе.
Вопросы по лабораторной работе
1. Классификация породоразрушающего инструмента.
2. Назначение, конструкция и область применения шарошеч- ных, лопастных, фрезерных долот.
3. Код записи состояния и износа шарошечных долот.
Copyright ООО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

37
Лабораторная работа 5
ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ ТИПОВ
ШАРОШЕЧНЫХ ДОЛОТ
Цель: научиться правильно, производить выбор рациональ- ных типов шарошечных долот
Знания и умения: выбирать рациональные типы шарошеч- ных долот
Формируемые компетенции:
ПК-2 – выбирать технические средства для решения общепро- фессиональных задач и осуществлять контроль за их применением.
Актуальность темы: выбор рациональных типов шарошеч- ных долот производят для характерных пачек пород, выделенных в исследуемом геологическом разрезе
Теоретическая часть
Для каждой характерной пачки вычисляются средневзвешен- ные (по мощности) категории твердости и абразивности по фор- муле (14)
1 1
i
i
i
i
i
m
Т
T
m



;
1 1
,
i
i
i
i
i
m
A
A
m



(14) где
,
T A

средневзвешенные для данной характерной пачки пород величины категорий соответственно твердости и абразивности;
,
T A

соответственно категории твердости и абразивности i-й разности пород; m
i
– мощность i-й разности пород в характерной пачке, м;
1
i
i
m


мощность рассматриваемой характерной пачки пород, м.
В справочной литературе приведены данные по твердости и пределу текучести горных пород в МПа [2].
Для перехода к категориям твердости, предложены формулы [3]
Т = 0,164 Р
ш
0,479
;Т = 0,305 Р
о
0,426
, (15) где Т – твердость горной породы в категориях;
Р
ш
, Р
о
– твердость и предел текучести горной породы соответ- ственно, МПа.
Copyright ООО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

38
Категорию абразивности горной породы, при известной кате- гории твердости, следует определять по «Обобщенной классифи- кационной шкале абразивности горных пород» из [2], которая приведена в таблице 4.
Таблица 4
Классификационная таблица соответствия абразивных свойств горных пород их геолого-петрографическим характеристикам
Порода
Содержание
кварца или
халцедона, %
Категория
твердости
Абразивность
по обобщенной
шкале ВНИИБТ
(категория)
Песчаник
кварцевый мономинеральный
(крупно-, средне-, мелко-, тонкозернистый) и аналогич- ный алевролит;
95 4–10 9–11 окварцованный сливной
85–95 7–10 10-11 частично окварцованный с протяженными контактами срастания кварцевых зерен
85–95 5–7 9-10 с точечными контактами срастания кварцевых зерен
85-95 4
6 кварцевый с известковистым цементом (25–40%)
60-75 5-7 7-8 кварцевый и известковисто- глинистым цементом
60-75 4-5 7 кварцевый с глинистым цементом
60-75 3-5 6-7 кварцевый с сульфатным цементом
60–75 6 полевошпатово-кварцевый и аркозовый крупнозернистый
-
-
10 полевошпатово-кварцевый и аркозовый
-
-
9 средне и мелкозернистый тонкозернистый и аналогич- ный алевролит
-
-
8 с цементом 15-20%
-
-
- с цементом 20-50%
25 4-6 7-8 полимиктовый
10-15 4-6 7
5-10
-
6-7
Copyright ООО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

39
Глина
мономинеральная
-
1-3
- алевритистая
10-20 2-3 4-5 песчанистая
10-30 2-4 5 кремнистая
-
5 6
Аргиллит
слабоалевристый
5-10 4-5
- алевристый и песчанистый
15-20 4–5 6
Аспидный сланец
2-5
–
4
Углистый сланец
2-5 2-3 4
Мергель
глинистый
-
-
2 карбонатный (50-75%)
-
4-5 2 алевритовый
-
-
4 песчанистый
-
-
5
Известняк
без примеси твердых абразивных минералов
1 5-6 2-3 глинистый
3 4-6 4 песчанистый (5%)
5 5-6 5 песчанистый (10%)
10 5-6 6 песчанистый (до 20-30%)
20-30 4-6 8-9 алевритовый
15-20 5-6 5 кремнистый (5%)
5 5-6 5 кремнистый (10%)
10 6-7 6 кремнистый (15%)
15 6-7 7 кремнистый (20-30%)
20-30 8
8
Доломит
без примеси твердых абразивных минералов
2-3 7-8 3-4 песчанистый
-
7-8 6-7
Кремень
75-95 11 11
Опока и трепел
-
1-2 6
Ангидрит без примеси
твердых абразивных
минералов
-
4-5 1
Гипс
без примесей
-
2-3 1 опесчаненный
10-15 2-3 4 глинистый
1 2-3 1
Copyright ООО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

40
Вычисленные величины средневзвешенных категорий твердо- сти и абразивности для рассматриваемой пачки горных пород наносятся на поле «Классификационной таблицы парных соответ- ствий категорий твердости и абразивности пород типам шарошеч- ных долот» (КТС) [1], которая приведена на рисунке 9.
Рисунок 9. Классификационная таблица парных соответствий
категорий твердости и абразивности пород типам шарошечных долот
Если нанесенные точки с координатами (
,
T A
) занимают промежуточное положение по отношению к двум или нескольким табличным точкам, соответствующим определенным типам долот, то выбор долота (или конкурирующих вариантов) наиболее отве- чающего характеристике рассматриваемой пачки пород, произво- дится из условия минимальности расстояния нанесенной расчет- ной точки до табличных.
Copyright ООО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

41
Если нанесенная точка оказывается на равном расстоянии от двух или более табличных точек, то конкурирующими вариантами являются типы долот, соответствующие табличным точкам.
Область рационального применения каждого из тринадцати типов долот, выпуск которых предусмотрен ГОСТ20692-75 «До- лота шарошечные. Типы и основные размеры», приведена также в таблице 7 [2].
Таблица 7
Область рационального применения долот
Тип доло- та
Смещение осей цапф в направлении вращения долота
(мм) при диаметре долота, мм
Область рационального применения
139,7
-
161,0 165,1
-
190,5 215,9
–
244,5 269,9
- и более
Класс горных пород, категории твердости (Т), абразивности (А)
Литолого-петрографическое описание класса горных пород
1 2
3 4
5 6
7
М
4-5 7
8 10
Мягкие
Т
=2,4;
А
=3,9
Глины плотные известковистые и неиз- вестковистые, часто песчанистые и слюдистые с прослоями песков, алевро- литов и песчаников, рыхлых мергелей, известняков, иногда аргиллитов.
МЗ
4-5 7
8 10
Мягкие абра- зивные
Т
=3,2;
А
=4,9 1. Чередование аргиллитов известкови- стых,местами окремнелых, алевролитов, иногда окварцованных, песчаников, глинистых сланцев
2. Переслаивание глин, алевролитов и песчаников с прослоями мергелей и мергелистых известняков.
3. Чередование глин, песков, песчаников с известковисто-глинистым цементом.
4. Известняки с прослоями разнозерни- стых песчаников, глин и алевролитов.
МС
4 5
5-6 7
Мягкие с про- пластками средней твердо- сти
Т
=3,0;
А
=4,0
Глины, аргиллиты с прослоями песчани- ков, конгломератов, сцементированных известково-глинистым материалом, алевролитов глинистых и известняков.
МСЗ
4 5
5-6 7
Мягкие абра- зивные с про- пластками средней твердо- сти
Т
=4,5;
А
=3,2 1. Чередование аргиллитов известкови- стых и неизвестковистых с алевролита- ми, песчаниками, встречаются кремни карбонатизированные.
2. Переслаивание песчаников, алевроли- тов и аргиллитов, местами переходящих в мергель с включениями пирита.
3. Известняки, иногда с включением кремня, с прослоями доломитов, мерге- лей, ангидритов, аргиллитов, реже пес- чаников.
Copyright ООО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»