Тема 2. Основной инструмент в бурении.

 

Студент должен:

 

знать: основные физико-механические свойства горных пород, влияющие на процесс их разрушения; основные закономерности разрушения горных пород при бурении;классификацию, конструктивные особенности, область рационального применения породоразрушающего инструмента, режимы эксплуатации трехшарошечных долот; назначение, типоразмеры, конструкцию элементов бурильной колонны;

 

уметь: расшифровывать условные обозначения породоразрушающего инструмента; пользоваться технической документацией, содержащей технико-экономические показатели работ долот;расшифровывать обозначения элементов бурильной колонны, производить расчет бурильной колонны на прочность.

 

Основные физико-механические свойства горных пород, влияющие на процесс их разрушения. Основные закономерности разрушения горных пород. Разрушение горной породы резанием, скалыванием, дроблением.

Влияние гидравлической мощности и гидростатического давления промывочной жидкости на механическую скорость разрушения горной породы.

Классификация породоразрушающего инструмента по назначению и характеру разрушения породы.

Лопастные долота назначение, типоразмеры и конструкция.

Шарошечные долота: назначение, типоразмеры, конструкция шарошечных долот для сплошного разрушения забоя (основные виды опор шарошек, герметизация опор, системы промывки).

Алмазные долота и долота, армированные синтетическими поликристаллическими алмазными вставками: назначение, конструкция, типоразмеры.

Снаряды для колонкового бурения, керноприемные устройства и бурильные головки к ним: назначение, типоразмеры, конструкция.

Долота для специальных целей: расширители, фрезерные, вставные долота для турбинного и роторного бурения без подъема бурильной колонны для смены долота. Назначение, конструкция, типоразмеры долот для специальных целей.

Назначение, конструкция, типоразмеры и условные обозначения элементов бурильной колонны: ведущих, бурильных, утяжеленных и легкосплавных труб; замков переводников для бурильных труб.

Обрaтные клапаны; назначение, конструкция, место установки.

Опорно- центрирующие элементы бурильной колонны: калибраторы, центраторы, стабилизаторы; назначение; конструкция, условное обозначение

 

Литература: 1, с. 73...142.

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

 

Бурение скважин осуществляется в различных горно-геологических условиях. Для правильного выбора типа долота и его эффективного использования необходимо знать физико-механические свойства горных пород. Важнейшими свойствами горных пород являются прочность, твердость, упругость, пластичность, абразивность, сплошность. Эти свойства зависят от минералогического состава, структуры, текстуры, размера зерен, пористости, слоистости, проницаемости.

Прочностные и пластические свойства горных пород определяются методом вдавливания цилиндрического пуансона (штампа), разработанным JI. А. Шрейнером, он же предложил наиболее точную классификацию горных пород по твердости.

Для характеристики разбуривания горных пользуются обобщенным показателем буримости. Под буримостью горных пород понимают степень их сопротивления разбуриванию. В практике бурения применяется деление пород на мягкие, средней твердости, твердые, крепкие и очень крепкие.

Большое влияние на процесс бурения оказывает абразивность- способность породы изнашивать породоразрушающий инструмент.

Основной вид деформации, под действием которой породы в процессе бурения разрушаются- вдавливание. При бурении скважин основной инструмент, при помощи которого происходит разрушение горной породы- долото. В зависимости от свойств горных пород конструкции породоразрушающего инструмента, нагрузки на долото, порода разрушается резанием, скалыванием, дроблением или истиранием. Необходимо рассмотреть особенности различных видов разрушения.

Все данные о физико-механических свойствах горных пород широко используются при выборе долот и параметров режима бурения.

Буровые долота делятся по:

А) назначению: для сплошного бурения, для бурения с отбором керна, для специальных целей;

Б) исполнению: пикообразные, лопастные, торцевые (фрезерные), шарошечные.

В) по воздействию на породу: режуще-скалывающего типа (лопастные), дробяще -скалывающего типа (шарошечные), режуще-истирающего типа (ИСМ, алмазные).

Лопастные долота выпускаются 2Л-двухлопастные, ЗЛ-трехлопастные, ЗИР- трехлопастные истирающе-режущего действия, 6ИР- шестилопастные истирающе- режущего действия, пикообразные долота.

При рассмотрении алмазных долот особое внимание должно быть уделено правильному выбору способа и режима бурения, подготовке ствола скважины и другим особенностям эксплуатации долот.

Основной объем бурения в России производится шарошечными долотами. В соответствии сГОСТ20692-2003 шарошечные долота классифицируются:

- по числу шарошек (I - одношарошечные, II - двухшарошечные, III- трехшарошечные;

- в зависимости от физико-механических свойств разбуриваемых пород долота подразделяются на М, МЗ, МС, МСЗ, С, СЗ, СТ, Т, ТЗ, ТК, ТКЗ, К, ОК;

- по расположению и конструкции промывочных и продувочных узлов (каналов): Ц - с центральной промывкой, Г - с боковой гидромониторной промывкой, ЦТ- с комбинированной промывкой, П-с центральной продувкой, ПГ- с боковой продувкой;

- по конструкции опоры шарошек: В- на подшипниках с телами качения и одном и более упорных подшипниках скольжения или без упорных подшипников скольжения, ВУ- на подшипниках с телами качения и одном или более упорных подшипниках скольжения с герметизацией опоры, Н- на одном радиальном и одном или более упорных подшипниках скольжения (остальные с телами качения), НУ- на одном радиальном и одном или более упорных подшипниках скольжения (остальные подшипники с телами качения) и герметизацией опоры, А- двух или более радиальных подшипниках скольжения с одним или более упорным подшипником скольжения, АУ- двух или более радиальных подшипниках скольжения с одним и более упорным подшипником скольжения и герметизацией опоры.

При бурении с отбором керна применяются снаряды для колонкового бурения. Необходимо изучить конструкции колонковых снарядов для роторного бурения и турбодолот, разобрать назначение каждого из них.

Необходимо тщательно изучить особенности конструкции каждого типа долота, их маркировку и четко представлять область применения.

Для оценки работы долот при бурении нефтяных и газовых скважин пользуются следующими показателями:

- механической скоростью проходки,

- рейсовой скоростью,

- временем пребывания долота на забое,

- проходкой за один рейс,

- эксплуатационными затратами на 1м проходки.

Работы по выбору рациональной конструкции (типа) долота выполняются в три стадии: предварительная, стадия экспериментальных исследований, промышленное внедрение результатов экспериментальных исследований. Рациональной конструкцией (типом) долота данного размера считается такая конструкция (тип), которая при бурении в конкретных геологических условиях обеспечивает минимум эксплуатационных затрат на 1м проходки

Бурильная колонна - связующее звено между долотом, находящимся на забое скважины, и буровым оборудованием, расположенным на поверхности. Бурильная колонна предназначена для подвода энергии к долоту, обеспечения подачи бурового раствора к забою, создания осевой нагрузки на долото, восприятия реактивного момента долота и забойного двигателя.

Бурильная колонна состоит из основных (ведущие бурильные трубы; бурильные трубы, имеющие несколько видов конструкций с замковыми соединениями или с законцовками труб, приваренных к телу трубы; утяжеленные бурильные трубы) и вспомогательных элементов (переводники для соединения разных по типу и диаметру труб и других элементов бурильного инструмента; обратный клапан д ля предотвращения поступления флюидов с забоя в бурильную колонну; предохранительные кольца, надеваемые на бурильные трубы для снижения их износа при роторном бурении; металлошламоуловители; центраторы; стабилизаторы; калибраторы).

При рассмотрении данной темы необходимо подробно изучить отдельные составные части бурильной колонны, их типы, назначение и конструкции, а также место установки. Необходимо уделить внимание правилам эксплуатации бурильной колонны, методике расчета колонны на прочность.

 

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

 

1. Что представляют из себя горные породы?

2. Расскажите об основных физико-механических свойствах горных пород, влияющих на процесс бурения.

3. Расскажите, какие существуют методы определения физико-механических свойств горных пород.

4. Расскажите о действии динамического вдавливания (ударов) на породу.

5. Каково влияние гидравлической мощности и гидростатического давления столба промывочной жидкости на механическую скорость бурения?

6. Конструкция, типоразмеры, преимущества, недостатки и область применения лопастных долот.

7. Конструкция, типоразмеры, преимущества, недостатки и область применения шарошечных долот.

8. Расскажите об алмазных долотах для сплошного разрушения забоя.

9. Из каких основных частей состоят снаряды для колонкового бурения.

10. Какие существуют долота для специальных целей? Их конструктивные особенности.

11. Технико-экономические показатели работы долот.

12. Как выбрать рациональную конструкцию долота

13. Назначение и составные элементы бурильной колонны. Требования, предъявляемые к колонне.

14. Назначение, конструкции, типоразмеры и обозначение стальных бурильных труб и замков к ним.

15. Назначение, конструкция легкосплавных бурильных труб.

16. Назначение, конструкции, типоразмеры утяжеленных бурильных груб.

17. Ведущие бурильные трубы: назначение, конструкция, типоразмеры.

18. Назначение, устройство, типоразмеры вспомогательных элементов бурильной колонны.

19. Расскажите о правилах эксплуатации бурильной колонны.