Лекция 4 и 5 Породоразрушающие инструменты.

Лекция 4 и 5 Породоразрушающие инструменты. Классификация и основные параметры долот. Выбор и отработка долот. SSL

Буровые долота – это породоразрушающий инструмент (ПИ), предназначенный для разрушения горных пород на забое при углублении скважины. Классификация породоразрушающего инструмента : По назначению: ПИ для бурения сплошным забоем — буровые долота; ПИ для бурения кольцевым забоем — бурильные головки и коронки; ПИ специального назначения — вспомогательный (расширители, долота-фрезеры, инструмент для «зарезки» наклонных стволов, бицентричные долота и т. п. ). По характеру воздействия вооружения на горную породу: ПИ режуще-скалывающего действия — (лопастные долота); ПИ дробяще-скалывающего действия — (шарошечные долота); ПИ истирающе-режущего и режущего действия — (алмазные долота, долота ИСМ, долота PDC ).

Лопастные долота Лопастное долото состоит из корпуса и лопастей. В верхней части корпуса нарезается присоединительная резьба, а в нижней части просверливаются сквозные промывочные отверстия для подачи промывочной жидкости на забой. Боковые калибрующие и другие рабочие поверхности лопастей обычно покрывают релитом или чугуном. Лопастные долота в соответствии с их назначением производятся четырех типов: М; МСЗ и С.

Шарошечные долота относятся к породоразрушающим инструментам дробяще-скалывающего действия. При бурении скважин в основном применяются трехшарошечные долота. Некоторое применение находят и одношарошечные долота. Они предназначены для низкооборотного роторного бурения в породах средней твердости и относятся к долотам режуще-скалывающего действия. Трехшарошечное долото состоит из секций, сваренных между собой. Верхняя часть сваренных между собой секций образует корпус. На верхнем конце корпуса нарезается присоединительная резьба. Число секций равно числу шарошек. Трехшарошечные долота состоят из трех функциональных систем: 1. Система вооружения долота — совокупность всех зубцов на всех шарошках; 2. Система опоры долота — совокупность подшипников всех шарошек; 3. Системы промывки долота — совокупность всех промывочных узлов долота.

Вооружение шарошечных долот Система вооружения долота предназначена для эффективного разрушения горной породы на забое скважины. Типы вооружения : — Фрезерованное (стальные зубья); — Штыревое (твёрдосплавные зубки);

Трехшарошечные долота разрушают горную породу дроблением и скалыванием Эффект скалывания породы значительно увеличивает производительность долота. Эффект скалывания достигается за счет: — многоконусности шарошек; — смещения осей шарошек.

По расположению шарошек относительно друга следует различать два вида долот: долота с самоочищающимися шарошками , у которых центральные венцы каждой из шарошек входят в межвенцовое пространство соседних шарошек; долота с несамоочищающимися шарошками , у которых контуры соседних шарошек не пересекаются.

Опоры шарошечных долот Крепление шарошки на цапфе лапы долота

Промывка шарошечных долот Боковая — гидромониторная Центральная

Одношарошечные долота

Алмазные долота Долота с вооружением из природных и синтетических алмазов (однослойные) Долота с твердосплавными вставками из карбида вольфрама – ИСМ Долота с алмазно-твердосплавными пластинами – PDC Импрегнированные алмазные долота (многослойные)

Однослойные алмазные долота, оснащенные натуральными алмазами

б Долото ИСМ

Долото P

Алмазно-твердосплавные пластины (АТП) и термостойкие резцы (АТР) 1 – твердосплавная основа; 2 – слой поликристаллического алмаза; 3 – опора пластины (резца); 4 – долото.

Бицентричное долото

Расширители

Бурильные головки шарошечная алмазная P

Методы выбора рационального типа долота для бурения Статистические методы — сбор, статистическая обработка и анализ промысловой информации о работе долот разных типов в различных литолого-стратиграфических подразделениях по законченным бурением скважинам в данном районе. Рациональным типом долота признается тот, который имеет лучшие показатели работы. Недостатком данного метода является длительность накопления информации о работе долот разных конструкций.

Методы выбора рационального типа долота для бурения Аналитические методы – математическое моделирование работы долота в различных условиях. Математические модели учитывают связь характеристик долот с физико-механическими свойствами горных пород и параметрами режима бурения. Использование математических моделей требует проведения больших объемов экспериментов для получения характеристик конструкций долот, и адаптации математической модели к конкретным условиям работы долота.

Методы выбора рационального типа долота для бурения Метод тестирования долот Многолетнее накопление промысловой информации производителями долот позволило составить специальные классификационные таблицы соответствия типов долот литолого-стратиграфическим или физико-механическим характеристикам разбуриваемых горных пород. На основе этих данных предварительно выбираются типы тестируемых долот для промысловых испытаний. После промысловой отработки оценивается износ долот, выявляются «слабые» стороны конструкций. После анализа отработки все повторяется. Рациональный тип долота и оптимальные параметры режима бурения могут быть выбраны за 2 — 3 теста.

Алгоритм выбора долота для бурения Выбор размера (диаметра) долота в соответствии с диаметром интервала скважины. Выбор типа вооружения долота в соответствии с характеристиками горных пород в интервале предстоящего бурения. Выбор типа долота в соответствии с протяженностью и глубиной интервала бурения. Выбор типа долота в соответствии с другими факторами.

Выбор долота по графику парных соответствий

Выбор долота по кривой рентабельности

Выбор шарошечного долота по коду I

Рациональная отработка долота Осмотр и обмер нового долота. Подготовка долота к спуску в скважину. Проверка соответствия его типоразмера РТК. Навинчивание и докрепление долота. Спуск инструмента. Ограничение скорости СПО. Промывка и проработка скважины при посадках. Промывка и проработка призабойной зоны.

Рациональная отработка долота Приработка долота на забое при осевой нагрузке, равной ¼ от допустимой. Ротором – 30 мин. , ГЗД – 15 мин. Отработка долота при параметрах режима бурения, заданных в РТК. Контроль мгновенной механической скорости проходки. Выбор осевой нагрузки, обеспечивающей максимум темпа углубления долота.

Рациональная отработка долота Контроль за уровнем вибраций бурильной колонны. Изменение параметров режима бурения для снижения уровня вибраций. Контроль за отказом хотя бы одной из функциональных систем долота – опоры, вооружения, промывки. Контроль текущего значения механической скорости проходки и рейсовой скорости бурения.

Рациональная отработка долота Принятие решения об окончании отработки и подъеме долота из-за износа долота или достижения максимума рейсовой скорости. Подъем долота с соблюдением правил проведения СПО. Осмотр долота, описание результатов его отработки и износа по коду. Недоработанные долота подлежат повторному использованию.

Виды износов алмазных долот: Выработки в центральной части долота; Кольцевые выработки в центральной, торцовой или периферийной частях долота; Износ долота по диаметру; Выпадения алмазов в результате эрозионного износа матрицы долота; Промыв матрицы долота.

Показатели отбора керна Основным количественным показателем бурения скважин с отбором керна является вынос керна (в %): B = H k 100 / H Коэффициент керноотбора: K 1 = D k / D г Коэффициент керноприема: K 2 = D k / h k H k — длина полученного керна; H — длина пробуренного ствола скважины; D k — диаметр керна; D г — наружный диаметр бурголовки; h k — расстояние от забоя до входа в керноприемное устройство.

Факторы, влияющие на разрушение и потерю части керна Низкая прочность пород. Низкая водоустойчивость пород. Высокая трещиноватость пород. Высокая абразивность пород. Растепление мерзлых пород. Несоответствие конструкции колонковых долот, компоновки инструмента и режима бурения разбуриваемым породам. Квалификация бурильщика и специалистов по отбору керна.

Виды отборов керна Стандартный отбор керна; Отбор изолированного керна; Отбор ориентированного керна; Отбор герметизированного керна.

Схема керноприемного устройства 1 – бурголовка 2 – керн 3 – керноприемная труба 4 – корпус 5 – клапан