Породоразрушающий инструмент для сплошного бурения

При бурении скважин на нефть, газ и другие полезные ископаемые в качестве породоразрушающего инструмента применяют шарошечные, лопастные, ИСМ, алмазные и фрезерные буровые долота.

 

Шарошечные долота

 

Шарошечные долота, несмотря на сложность их конструкции и технологии изготовления, - основной породоразрушающий инструмент при бурении скважин. На их долю ежегодно приходится 90-95% объема проходки скважин в России и за рубежом. Шарошечные долота для сплошного бурения конструктивно могут быть выполнены трехшарошечными, двухшарошечными и одношарошечными. Наибольшее применение при бурении скважин получили трехшарошечные долота.

Основные элементы шарошечных долот: корпус, шарошки, лапы с цапфами, опоры и промывочные устройства. Опора шарошек состоит из подшипников и торцовой пяты.

 

Лопастные долота

 

Эти долота отличаются простотой конструктивного исполнения и технологии изготовления. Разрушая породы по принципу резания и истирания, в мягких, рыхлых и несцементированных породах они оказываются наиболее эффективными: обеспечивают проходку за рейс в несколько сотен, а иногда и более тысячи метров. Однако вследствие наличия в разрезе скважин перемежающихся по твердости пород, а также твердых и абразивных пропластков, диаметр долота часто уменьшается, что приводит к значительному уменьшению диаметра скважины и необходимости расширения и проработки ствола перед спуском очередного долота, а также обсадных колонн.

Ввиду того, что контактная поверхность этих долот по сравнению с шарошечными больше и постоянно взаимодействует с забоем скважины, лопастные долота применяются при разбуривании высокопластичных пород. Моментоемкость их высока, что требует подведения к долоту повышенных вращающих моментов.

Лопастные долота выпускаются следующих разновидностей: 2Л - двухлопастные, ЗЛ - трехлопастные, ЗИР - трехлопастные истирающе-режущие и 6ИР - шести лопастные ис- тирающе-режущие.

Трехлопастные долота ЗЛ выпускаются диаметром 118-445 мм типа М и МС в сварной модификации, т.е. с приваренными к корпусу лопастями. Режущие кромки лопастей у долот типа М армированы релитом, а у долот типа МС - твердосплавными пластинками. Промывочные устройства выполняются с соплами (гидромониторными) или без них.

 

 

Долота ИСМ

 

Долота ИСМ отличаются от фрезерных и алмазных долот тем, что их рабочие элементы оснащены сверхтвердым материалом славутич. Вставки из славутича прикрепляются к стальному корпусу долота своей цилиндрической посадочной частью методом пайки. Форму рабочей поверхности и количество вставок, марку славутича и его содержание (объем, выраженный в см3 выбирают, исходя из типа долота, т.е. в соответствии с физико-механическими свойствами разбуриваемых пород.

Торцовые (зарезные) долота ИСМ предназначены для бурения наклонно направленных скважин и зарезки нового ствола на больших глубинах. Их изготовляют с полым цилиндрическим корпусом, верхняя часть которого имеет замковую муфтовую резьбу, а нижняя выполнена с расширением снаружи и коническим внутренним вырезом, армированным вставками из славутича. Боковую поверхность нижней части также армируют этими вставками.

В центральной части торца просверлены промывочные каналы, выходящие в радиальные канавк, которые разделяют рабочую торцовую поверхность на секторы и соединяются с боковыми пазами. Такая схема промывки улучшает охлаждение рабочей поверхности долота и удаление из-под нее шлама.

 

Алмазные долота

 

Эти долота изготовляют с режущими элементами из природных или синтетических алмазов различной величины.

По форме и направлению пазов, промывочных канавок, рабочих органов и всей рабочей части выделяют три разновидности алмазного долота: радиальную, ступенчатую и спиральную.

По размещению алмазов в матрице различают две разновидности долот: однослойную и многослойную, т.е. импрегнированную алмазами.

Диаметры алмазных долот, как и долот ИСМ, на 2 мм меньше соответствующих диаметров шарошечных и лопастных долот с целью предотвращения преждевременного истирания калибрующих алмазов или заклинивания долота в суженных участках ствола скважины. По конфигурации и принципу действия алмазные долота близки к долотам ИСМ, особенно к истирающим.

 

Долота для колонкового бурения

Эти долота предназначены для отбора образцов проходимых пород (керна) с целью изучения геологического строения разреза скважин, механических, абразивных, коллекторских свойств, состава и строения горных пород, а также состава и свойств насыщающего породу флюида.

Для отбора керна бурят кольцевым забоем, при этом конструкция долота и режим бурения должны обеспечить сохранность керна.

Колонковое долото состоит из следующих элементов: бурильной головки, корпуса, грунтоноски с дренажным клапаном, в которую входит керн, керноприемного устройства, кернорвателя. Долото соединено с бурильной колонной переводником. Грунтоноска подвешена к корпусу долота жестко или на подшипниках, предотвращающих ее вращение при вращении бурильного инструмента, что способствует сохранности керна внутри грунтоноски.

При использовании колонковых долот со съемной грунтоноской керн извлекают без подъема бурильной колонны при помощи специального ловителя на канате. Затем съемную грунтоноску вновь опускают, устанавливают в колонковом долоте и продолжают отбор керна.При турбинном бурении керн отбирают колонковым турбодолотом со съемной грунтоноской типа КТДЗ и КТД4.При колонковом бурении применяют шарошечные, лопастные, фрезерные, твердосплавные, алмазные и ИСМ бурильные головки. Шарошечные бурильные головки изготовляют одно-, трех-, четырех-, пяти-, шести- и восьмишарошечными.

 

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.

Эти долота могут быть использованы не только для бурения скважины в присутствии металлического и твердосплавного скрапа, 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.