Файл: Цель работы изучение всех типов породоразрушающего инструмента, керноприемных и бурильных головок, а также инструмента специального назначения Дидактический материал.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.12.2023
Просмотров: 45
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Л
ЮРГПУ
(НПИ)
Каф.НТиТ
абораторная работа № 1 изучение Породоразрушающего инструмента
для бурения нефтяных и газовых скважин
Цель работы: изучение всех типов породоразрушающего инструмента, керноприемных и бурильных головок, а также инструмента специального назначения
Дидактический материал: плакаты, раздаточный материал.
Порядок работы
(помощь – пояснения к работе, специальная литература, консультация преподавателя)
1. Ознакомиться с основными типами породоразрушающего инструмента для бурения нефтяных и газовых скважин, а также инструмента специального назначения.
2. Изучить устройство, принцип действия и технические характеристики одного из типов породоразрушающего инструмента в соответствии с индивидуальным заданием.
Основные теоретические положения
ШАРОШЕЧНЫЕ ДОЛОТА
В Российской Федерации для бурения нефтяных скважин выпускаются одно-, двух- и трехшарошечные долота.
Одношарошечные долота. Эти долота разработаны в СевКавНИПИ. Все они относятся к одному классу (с твердосплавным вооружением) и одному типу СЗ (по прежнему обозначению С1) – для средних, преимущественно карбонатных, хрупких пород, таких как доломиты, конгломераты, известняки и др.
По своим конструктивным особенностям они разделяются на модификации (рис. 1.1, а-г). Одношарошечное долото состоит из корпуса с присоединительной головкой, лапы и сферической шарошки. Промывочное устройство в виде сквозного периферического отверстия просверливается в лапе недалеко от основания цапфы, направляющего струю раствора по касательной к поверхности шарошки.
К
орпус выполнен с утолщенной консольной лапой, изготовляемой с цапфой, ось которой наклонена под углом 30° к оси долота. Опора включает два шарикоподшипника, один из которых выполняется замковым, и два подшипника скольжения. В новом долоте основные нагрузки несут шарико-подшипники.
Рис. 1.1. Модификация отечественных одношарошечных долот:
а – основная (серийная); б – с кольцевыми расточками на шарошке; в – с нижней промывкой; г –с коническими зубками; 1 – корпус долота; 2 – шарошка
Двухшарошечные долота. Эти долота разрабатывает СКВ «Геотехники» вместе с Верхнесергинским долотным заводом. Их применяют главным образом при бурении геологоразведочных скважин.
Современные модели двухшарошечных долот можно распределить на два класса, четыре типа и несколько модификаций, отличающихся одна от другой по схеме и конструкции промывочного узла либо опоры шарошек.
Долота первого класса изготовляют двух типов – М и С.
Двухшарошечные долота типа М предназначены для бурения скважин сплошным забоем и в слабых, наиболее мягких и вязких несцементированных породах, таких как суглинки, слабые глины и мергели. Эти долота изготовляют трех типоразмеров: В112МГ, В132МГ и В151МГ.
Долото В112МГ выполняется двухсекционным. Секции сопрягаются плоскостями на фиксирующих штифтах и свариваются сварным швом. Угол наклона цапф к оси долота 57°30'. Опора каждой шарошки выполнена по схеме СШР, т.е. «подшипник скольжения - шарикоподшипник (замковый) - роликовый подшипник». Шарошки – самоочищающиеся со смещением их осей относительно осей долота на 3 мм.
Фрезерованные зубья шарошек – крупные, заостренные, защищенные твердосплавной наплавкой. Такое вооружение обеспечивает наиболее высокую эффективность в очень мягких и вязких породах. Промывка – б
оковая. Промывочные каналы иногда оснащают металлокерамическими соплами, направляющими струи жидкости в зазоры между шарошками.Долото В132МГ состоит из двух сварных секций. Оси цапф и шарошек наклонены под углом 57°30' к оси долота. Опора шарошки выполнена по схеме ШШР. Один из шариковых подшипников (большой) – замковый. Шарошки – самоочищающиеся, оснащены крупными фрезерованными зубьями. Рабочие поверхности зубьев армированы зернистой твердосплавной наплавкой (релит ТЗ), а угол заострения зубьев изменяется в диапазоне 48°36'-51°50'. Промывочное устройство – боковое, со струйными соплами.
Примерно такой же конструкцией характеризуется долото В151МГ, но у него смещение осей шарошек относительно оси долота составляет 5 мм, а заострение зубьев – 45-49°.
Рис. 1.2. Двухшарошечные долота:
а – В112МГ; 6 – 2В93С; 1 – секция герметизированной опоры долота; 2, 6 –боковые и центральное промывочные отверстия; 3, 4, 5 – подшипники шариковый, роликовый и скольжения соответственно
К типу С относятся долота 2В93С и 2В112СМ, предназначенные для бурения скважин в средних породах, таких как известняки, аргиллиты, алевролиты, уплотненные глины, мергели. Долото 2В93С (рис.1. 2, б) состоит из двух сварных секций, плоскость прилегания которых расположена симметрично относительно шарошек. Оси цапф шарошек наклонены под утлом 47°30' к оси долота. Шарошки – самоочищающиеся. Опора шарошки состоит из двух подшипников скольжения и одного шарикового (замкового) подшипника. Вооружение шарошек представлено выфрезерованными стальными зубьями, армированными релитом. Высота и шаг зубьев – средние, несколько меньше, чем у долот типа М. Промывка забоя – центральная, через одно отверстие круглого сечения.
Д
олото 2В112С по опоре шарошки аналогично долоту В112МГ, а по вооружению и промывочному устройству – долоту 2В93С. Однако у долота 2В112С угол наклона цапф к оси долота составляет 50°.Двухшарошечные долота второго класса, т.е. со вставным твердосплавным (штыревым) вооружением, выпускают типа К. Они предназначены для бурения скважин в крепких и абразивных породах. Долота указанного типа выпускают диаметрами 59, 76, 93 и 112 мм под шифрами 2Ш59К, В76К, 4В93К и Ш112К соответственно. Долота В76К, 4В93К и Ш112К отличаются от долота 2Ш59К в основном размерами своих элементов.
Трехшарошечные долота. Современные отечественные долота указанной разновидности можно разделить на шесть серий: 1АН (рис. 1.3, а); 2АН или ГНУ (рис. 1.3, б); 1АВ (рис. 1.3, в); опытную 2АВ; ЗАН (ГАУ); долота в конструктивном и качественном отношении, соответствующие отраслевой нормали ОН-26-02-128-69 и отличающиеся от остальных целыми (без десятых долей миллиметра) числовыми значениями номинального диаметра в их шифре, например, В97С, В118Т, Д394МГ и др.
Рис. 1.З. Трехшарошечные долота
а – долото серии 1АН; 6 – долото серии 2АН или ГНУ; в – 1АВ
Долота каждой из перечисленных серий могут быть любого класса (т.е. со стальным фрезерованным, штыревым или комбинированным вооружением шарошек), любого типа и любой модификации. Различия проявляются в технологии их изготовления, а также в конструкции опоры и их элементов и частично в размерах долот.
Долота серии 1АН предназначаются преимущественно для низкооборотного (на что указывает литера Н в обозначении серии) способа бурения. Их применяют при роторном бурении с винтовым или другим забойным двигателем, вращающим долото с относительно невысокой частотой вращения (до 350 об/мин). Долота данной серии характеризуются п
овышенной точностью изготовления (литера А в обозначении серии), удлиненной присоединительной резьбой, а также открытой, не защищенной от шлама не герметизированной опорой, выполненной по схеме РШС (точнее, большой роликоподшипник–замковый шарикоподшипник–узел скольжения, состоящий из радиального и торцового фрикционных подшипников, как показано на рис. 1.3, а). Первые долота серии 1АН были разработаны во ВНИИБТ.Долота серии 2АН предназначены для низкооборотного (40- 250 об/мин) способа бурения. Их опора, как и у долот серии 1АН, выполнена по схеме РШС. Отличие заключается в том, что эта опора изготовлена герметизированной и включает устройства для принудительной подачи смазки к трущимся элементам в процессе бурения. С этой целью в спинке лапы каждой секции долота высверливают карман 1 (см. рис. 1.3, б) служащий резервуаром-лубрикатором и перекрываемой крышкой 2 после заполнения его смазкой и установки в него эластичного компенсатора 3. Под давлением бурового раствора, проникающего в компенсатор через боковое отверстие в крышке 2, смазка проталкивается к смазочному каналу 4 к подшипникам 6-8. Утечке смазки из полости шарошки препятствует сальниковое уплотнение 5, которое перекрывает зазор между шарошкой и цапфой.
Главная особенность этих долот заключается в том, что их изготовляют с опорой, состоящей только из подшипников качения. Опора может быть выполнена по схеме ШШШ (см. рис. 1.3, в), по схеме РШР и ШШР (в основном в долотах диаметром до 190 мм); опора негерметизированная.
Отечественной промышленностью выпускаются трехшарошечные долота трех классов, 13 типов, нескольких десятков модификаций, 26 размеров, более 150 (включая опытные долота) моделей. Наименьшее число типов, модификаций и моделей приходится на малые (диаметром 76-151 мм) и большие (диаметром 346-490 мм, особенно 445 и 490 мм) размеры.
В наиболее широком ассортименте (по числу серий, классов, типов, модификаций и моделей) изготовляют долота диаметром 190 (190,5) мм и особенно 214 (215,9) мм. Это объясняется наибольшим объемом проходки для указанных диаметров ствола скважины и многообразием свойств пород, встречающихся при бурении таких стволов.
Сопла выполняют двух модификаций: НД (рис. 1.4, а) или НКВ (рис. 1.4, б). Сопло НД выполняется укороченным с относительно крутым сужением внутреннего радиального профиля проходного канала, характеризующимся радиусом кривизны R. Значения этого и других параметров, обозначенных на рис. 9.4, а буквами, зависят от номера (размера) сопла (табл. 9.1).
Рис. 1.4. Сопла («насадки») для шарошечных долот марок НД (а) и НКВ (6)
Таблица 1.1
Переменные параметры, мм, сопла НКВ
| Параметры на рис. 1.4, а | Номер сопла | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |
| d1 | 16 | 15 | 14 | 13 | 12 | 11 | 10 | 9 |
| R1 | 52,50 | 45,58 | 40,30 | 36,28 | 30,12 | 30,59 | 28,53 | 26,99 |
| h1 | 15,31 | 15,71 | 16,01 | 16,28 | 16,38 | 16,51 | 16,72 | 16,78 |
Большинство долот с опорой качения в настоящее время выпускается в соответствии с ГОСТ 20692-75 серии 1АВ (см. рис. 1.3, в).
В этом случае они обозначаются литерой В, стоящей в конце шифра, например, долота III 215,9 КПВ.
К первому классу относятся пять типов со стальным выфрезерованным вооружением: М, МС, С, СТ и Т. Наименование типа совпадает с первой буквой в шифре после цифрового обозначения диаметра, характеризующей основное свойство пород.
Долота типа М предназначены для бурения скважин в мягких и вязких породах, характеризуемых низким сопротивлением сжатию и раздавливанию (пески, рыхлые глины, суглинки, супеси, мерзлые глинистые грунты, лед и т.п.).
Долота типа МС используют для бурения скважины в средне-мягких неплотных породах, занимающих по своим механическим свойствам промежуточное положение между мягкими и средними породами, или для бурения скважин в мягких породах, чередующихся пропластками средних пород (не очень плотные глины, мел, каменные соли, гипс, слабые известняки и др.).
Д
олота типа С предназначены для разбуривания пород средней крепости (аргиллиты, плотные глины, алевролиты, слабые мергели и др.).Долота типа СТ применяют для бурения в породах, занимающих по свойствам промежуточное положение между средними и твердыми, а также для разбуривания средних пород, перемежающихся твердыми пропластками (плотные мергели, неплотные алевролиты с глинистым поровым цементом, песчаники, пористые, органогенные известняки, различные ангидриты, вязкие сланцы и др.).
Долота типа Т предназначены для бурения скважин в твердых, плотных и трещиноватых породах (плотные алевролиты, глинистые сланцы, доломиты, конгломераты твердых и иных формаций, различные песчаники и др.).
Ко второму классу относятся долота шести типов со вставным твердосплавным или штыревым вооружением: МЗ, СЗ, ТЗ, ТКЗ, К и ОК.
Литера З в обозначении типов МЗ, СЗ, ТЗ, ТКЗ, а также МСЗ следующего класса указывает на то, что вооружение шарошек долот данных типов представлено твердосплавными зубьями с заостренной клиновидной головкой.
Долота типа МЗ спроектированы для бурения скважин в мягких абразивных породах (рыхлые и слабые песчаники, песчанистые глины), а также в различных по составу неплотных формациях, перемежающихся прослойками слабосцементированных песчаников и алевролитов.
Долота типа СЗ предназначены для бурения средних абразивных пород (песчаники средней плотности, плотные песчанистые породы, алевролиты абразивные и др.). Однако эти долота можно применять и при разбуривании обычных мягких, среднемягких, средних и перемежающихся пород.
Долота типа ТЗ предназначены для бурения среднетвердых и твердых абразивных пород (плотные песчаники, песчанистые доломиты, слабокварцованные известняки и алевролиты и др.). Эти долота можно применять и при разбуривании средних пород, перемежающихся более твердыми.
Долота типа ТКЗ спроектированы для бурения твердокрепких абразивных пород (плотные песчаники, доломиты, слабокварцованные известняки и доломиты, кремнистые сланцы и др.). Их можно применять и для разбуривания твердых пород, перемежающихся прослойками крепких.
Долота типа К предназначены для бурения скважин в крепких абразивных породах (граниты, диабазы, окварцованные доломиты, порфириты, пириты, очень крепкие песчаники и др.).
Д
олота типа ОК внешне мало отличаются от долот типа К. Они предназначены для бурения скважин в очень крепких и очень абразивных породах (кварциты, сливной кварц, джеспилиты, такониты, кремень, крепкие порфириты и др.). Эти долота применяют главным образом в горнорудной промышленности. Они оснащены самым мощным твердосплавным вооружением, оказывающим дробяще-скалывающее воздействие на породы забоя.Долота типа МСЗ разработаны для бурения мягкосредних абразивных пород (слабосцементированные песчаники, песчанистые мергели, полуабразивные песчано-глинистые моренные отложения, нетвердые карбонатные породы, перемежающиеся с прослойками песчаников и алевролитов и т.п.). Эти долота могут разбуривать также неабразивные мягкие, средние и среднемягкие формации (супеси, суглинки, мел, глины, аргиллиты, известняки и др.).
Долота типа ТК предназначены для бурения твердокрепких пород (конгломераты, очень плотные глины, твердые известняки, доломиты, глинистые сланцы и т.п.). Этими долотами также можно разбуривать средние, твердые и трещиноватые породы.
Наиболее распространенные шарошечные долота указаны в таблице 1.2.
Л
ОПАСТНЫЕ ДОЛОТАВ отличие от шарошечных лопастные долота просты и по конструкции, и по технологии изготовления.
Лопастные долота обеспечивают высокую механическую скорость в рыхлых, мягких и несцементированных породах. В таких породах проходки этими долотами за рейс достигают нескольких сот метров, а в некоторых случаях даже 1500-2000 м, но при этом в связи с неизбежной для таких больших интервалов глубин перемежаемостью пород (в том числе твердых и абразивных) часто наблюдается значительное уменьшение диаметра скважин, что приводит к необходимости расширения и проработки скважины перед спуском очередного долота. Кроме того, при бурении необходимо прикладывать к долотам большой крутящий момент. Режущие элементы долот находятся в постоянном контакте с породой и поэтому более интенсивно изнашиваются по сравнению с шарошечными долотами.
Бурение лопастным долотом нередко сопряжено с опасностью значительного искривления ствола скважины, особенно если оно производится без применения центраторов, стабилизаторов и калибраторов. Это объясняется малой площадью контакта долота с забоем по сравнению с общей площадью поперечного сечения скважины, необходимостью передачи через него значительной осевой нагрузки, высокого крутящего момента, большой энергии, а также особенностями конструкции лопастного устройства.
Одна из наиболее простых конструкций лопастного долота показана на рис. 9.5. В состав лопастного долота входят корпус 1 и лопасти 2. В верхней части корпуса нарезается присоединительная резьба 3 (в данном случае внутренняя муфтовая), а в нижней – просверливаются основные промывочные отверстия 4 без сопел для подачи бурового раствора на забой.
Боковые калибрующие и другие рабочие поверхности лопастей обычно покрывают релитом 5 и чугуном 6.
Рис. 1.5. Двухлопастное долото Рис. 1.6. Трехлопастное долото типа МС: а, 6 –долото; в –сопло
Более сложная конструкция лопастного долота показана на рис. 1.6,
а, б. В состав этого долота, кроме корпуса 1 и лопастей 2 входят сопло 7, уплотнительные кольца 3 для герметизации промывочного узла и зазора между соплом 7 и гнездом в корпусе долота, байонетная шайба 5 для удержания сопла, болт 8 со стопорной шайбой 9 для крепления байонетной шайбы, запрессованные почти вровень с поверхностью лопасти твердосплавные вставки (штыри) 4 и пластины 10.
Присоединительная резьба 6 на верхней части корпуса 1 выполняется наружной, ниппельной на такой же конической присоединительной головке, как и у шарошечных долот.
Конструкции отечественных лопастных долот. Эти долота выпускаются следующих пяти разновидностей: 2Л – двухлопастные (рис. 1.5), ЗЛ – трехлопастные (рис. 1.6, а, б), ЗИР – трехлопастные истирающе-режущие (рис. 1.7), 6ИР – шестилопастные истирающе-режущие (рис. 1.7), П – пикообразные однолопастные (рис. 1.8).
Рис. 1.7. Долото ЗИР: Рис. 1.8. Долото 6ИР
1 – корпус; 2 – лопасти; 3 –твердосплавные штыри;
4 – сопло; 5, 8 –байонетная и стопорная шайбы; 6 –
уплотнительное кольцо; 7 – болт.
Лопастные долота делятся на типы в соответствии с их назначением.
Л
опастные долота первых четырех указанных разновидностей принято относить к одному из четырех типов: М, МС, МСЗ или С. При этом долота разновидностей 2Л и ЗЛ разделяются на два типа: М – для бурения мягких пород (супеси, суглинки, несвязные грунты и т п.); МС – для разбуривания среднемягких пород (мел, рыхлый мергель, глины, слабый известняк).Долота разновидности ЗИР, согласно их назначению, относят к типу МСЗ (для бурения абразивных среднемягких пород – слабо-сцементированные песчаники, песчанистые глины, алевролиты), а разновидности 6ИР – к типу М (для бурения средних пород – аргиллиты, глинистые сланцы, гипсы).
Пикообразные долота изготовляют двух типов: Ц – для разбуривания цементных пробок и металлических деталей низа обсадных колонн, Р (рис. 1.9) – для расширения ствола скважины.
В
настоящее время выпускают лопастные долота диаметрами от 76 до 445 мм. Рассмотрим номенклатуру лопастных долот каждой разновидности. Долота разновидности 2Л, т.е. двухлопастные (рис. 1.5), выпускаются двух типов – М и МС.Долота типа М характеризуются армированием нижних режущих кромок лопастей релитом с последующим покрытием всей передней (по ходу вращения долота) поверхности (грани) каждой лопасти специальным чугуном. Боковая калибрующая поверхность лопасти армируется твердоплавными штырями с последующей наплавкой релитом. Внутренние поверхности лопастей в центральной части долота также наплавляют релитом.
Двухлопастные долота обоих типов изготовляют только одной модификации – цельноковаными и лишь с обычной (неструйной) промывкой, без сопел (с двумя цилиндрическими промывочными отверстиями). Оси промывочных отверстий отклоняются от продольной оси долота под углом 15° и 20° в долотах диаметрами соответственно 76-132 и 140-161 мм. В поперечном (горизонтальном) сечении их проекции наклонены к оси симметрии под углом 60°.
Указанные долота выпускают следующих моделей: 2Л76М, 2Л76МС, 2Л93М, 2Л93МС, 2Л97М, 2Л97МС, 2Л112М, 2Л112МС, 2Л118М, 2Л118МС, 2Л132М, 2Л132МС, 2Л140М, 2Л140МС, 2Л151М, 2Л151МС, 2Л161М и 2Л161МС.
В приведенных цифрах сочетание 2Л обозначает разновидность долота (двухпластовое), далее цифрами обозначен номинальный диаметр в миллиметрах (например, 76, 93 и т.д.) и в конце шифра буквами М или МС указан тип долота.
ОСТ 26-02-1282-75 предусматривает изготовление двухлопастных долот типов М и МС 14 малых размеров – диаметрами от 76 до 165,1 мм. Долота разновидности ЗЛ (трехлопастные) так же, как и двухлопастные выпускают двух типов – М и МС. Особенности долот каждого из этих типов такие же, как и у долот разновидности 2Л, т.е. режущие кромки лопастей у долота типа М армированы релитом, а у долота типа МС – твердосплавными пластинами.
Долота обоих типов изготовляют только сварной модификации, т.е. с приваренными к корпусу лопастями. По конструкции промывочного устройства они могут быть выполнены с соплами (струйными или гидромониторными) либо без сопел.
Долота разновидности ЗИР (см. рис. 1.7) изготовляют только типа МСЗ – для мягких и среднемягких абразивных пород. Они имеют такое же количество лопастей, как долота ЗЛ, однако формы их выполнения и армирования существенно различаются.
Д
олота разновидности 6ИР (см. рис. 1.8) выпускают только типа С – для бурения средних пород. Эти долота в отличие от предыдущих оснащены, помимо трех основных,
тремя укороченными боковыми лопастями, армированными твердосплавными штырями и релитом примерно таким же образом, как и основные лопасти. Главное назначение этих лопастей – усиление калибрующей способности долота, что обеспечивается большим количеством штырей на боковых поверхностях основных лопастей. При сопоставлении рис. 9.7 и 9.8 можно заметить, что форма выполнения основных лопастей у долота 6ИР несколько иная, чем у долота ЗИР. Так, сужение лопастей от периферии к оси долота и выполнение тыльной поверхности выражено более четко у долот 6ИР, чем у долот ЗИР.
Долота разновидности П, т.е. пикообразные (рис. 1.9) или однолопастные, часто называют долотами специального назначения, так как в отличие от других они разбуривают не забой скважины, а главным образом цементные пробки и металлические детали низа обсадных труб (тип Ц) или стенки скважины при расширении ее ствола (типа Р).
Долота обоих типов выполняются с круглым корпусом 1 и заостренной (под углом около 90°±1°45') пикообразной лопастью 2. Рабочая кромка лопасти скошена под углом 45° и армирована с набегающей стороны релитом и твердосплавными пластинами 3. Сверху наносят защитное чугунное покрытие. Тыльную сторону рабочей кромки, согласно ТУ 26-02-675-75, также покрывают чугуном. Долота типа Р отличаются от долот типа Ц армированием боковых калибрующих поверхностей лопасти твердосплавными штырями 4 и релитом. Эти поверхности являются рабочими, разрушающими и калибрующими стенки скважины при расширении ее ствола.
Долота типа Ц выпускают в соответствии с ТУ 26-02-675-75 следующих моделей: ПЦ97, ПЦ112, ПЦ118, ПЦ140, ПЦ151, ПЦ161, ПЦ190, ПЦ295.3 (ПЦ295), ПЦ320, ПЦ370 и ПЦ444.5 (ПЦ445).
Изготовляют следующие модели долота типа Р – ПР118, ПР132, ПР140, ПР151, ПР161, ПР190, ПР295.3 (ПР295), ПР320, ПР370 и ПР445.5 (ПР445).
ФРЕЗЕРНЫЕ ДОЛОТА
Фрезерные долота имеют более простую конструкцию, чем лопастные.
Долото состоит из удлиненного монолитного корпуса, составляющих с этим корпусом единое целое рабочих органов, армированных твердым сплавом, и простейшего промывочного устройства. Во многих современных конструкциях рабочие органы отсутствуют и роль породоразрушающих элементов выполняют не режущие кромки рабочих органов, а твердосплавные штыри, запрессованные в торец фрезерного долота. Промывочным устройством могут служить один или несколько каналов в корпусе долота.