Лабораторная работа № 3

Тема: Изучение конструкций двух- трехлопастных, пикообразных, лопастных истирающе-режущих, ступенчатых долот.

Цель работы: Изучение конструкций лопастных двух- трехлопастных, пикообразных, лопастных истирающе-режущих, ступенчатых долот.

Первым долотом для бурения на нефть и газ следует считать лопастное долото. Долото типа РХ (рыбий хвост) является прототипом современного двухлопастного долота. Оно состоит из пулевидного корпуса и двух лопастей рисунок 9.

Известно две модификации долота РХ по конструкции промывочных отверстий:

- долото с верхней промывкой;

- долото с нижней промывкой.

Лопастные долота предназначены для бурения мягких, а также мягких пород с пропластками малообразивных пород средней твердости в верхней части разреза.

Рисунок 9 – Долото типа РХ с верхней промывкой

Принцип работы лопастных долот заключается в том, что под действием нагрузки лопасти внедряются в породу. По мере поворота лопастей порода режется, скалывается и затем вытесняется в приствольную зону скважины.

Лопастные долота производят на забой режущее и скоблящее действие без качения, ударов и вибрации. Лопастное долото внедряется в породу за один оборот бурильной колонны на большую глубину и имеет большой контакт с породой без доступа охлаждающе-очищающего агента. При этом поверхности и элементы, входящие в контакт с породой, сильно разогреваются вследствие трения. Общий вид двухлопастного долота представлен на рисунке 10.

Рисунок 10 – Общий вид двухлопастного долота

Конструкция трехлопастного долота представлена на рисунке 11.

1 – корпус; 2 – лопасти; 3 – сопло; 4 – уплотнительное кольцо; 5 – шайба; 6 – винт; 7 – стопорная шайба; 8 – твердосплавные штыри; 9 – пазы, в которых крепятся режущие элементы; 10 – присоединительная резьба (ниппель)

Рисунок 11 – Трехлопастное долото

Трехлопастные долота выполняются в двух модификациях, различающихся по конструкции промывочного узла:

- с тремя обычными, расположенными под углом 120⁰ друг к другу, промывочными каналами;

- стремя каналами, оснащенными струйными соплами.

Сопло изготавливается из керамики. Его наружная поверхность выполняется цилиндрическое, а внутренняя – цилиндроконической.

При установке сопла его торец должен находиться заподлицо с дном центрального канала корпуса долота. А радиальный зазор между соплом и гнездом под него должен быть не более 0,2 мм. Радиальный зазор между соплом и гнездом герметизируется уплотнительным и кольцами из маслонефтестойкой резины. Натяг уплотнительного кольца по наружному диаметру сопла должен составлять 0,8 мм. Качество уплотнения должно обеспечивать герметичность при перепаде давления до 12,5 МПа. Промывочные узлы позволяют создавать скорость струи промывочной жидкости до 125 м/с.

Сопло в гнезде удерживается байонетной шайбой, которая в свою очередь, закрепляется стопорной шайбой при помощи винта.

Корпус трехлопастного долота выполняется штамповкой из стали марки 40 и подвергается термообработке. Лопасти изготавливаются таким же образом, из той же стали. В лезвиях лопастей имеются пазы, в которых крепятся основные режущие элементы: твердосплавные пластины (долото типа М) или дробленные осколки (долото типа МС).

Боковые калибрующие поверхности ребер лопастей армируются вставными твердосплавными штырями и релитом между ними. Трехлопастные долота изготавливаются только с ниппельной резьбовой головкой.

Трехлопастное долото с обычной промывкой обозначается, например, 3Л-215,9 МС, где 3 – количество лопастей, Л - лопастное долото, 215,9 - номинальный диаметр в мм, МС – тип долота; со струйной – 3ЛГ-244,5 М, где Г - означает гидромониторную промывку.

Основные технические параметры трехлопастных долот представлены в таблице 9.

Таблица 9 – Основные технические параметры трехлопастных до-

лот со струйной промывкой

Номинальный калибрующий диаметр, мм	190,5-250,8	269,9	295,3-349,2	374,6-444,5
Высота долота, мм
Высота калибрующего ребра, мм
Толщина лопасти, мм
Наружный диаметр упорного торца, мм	135,5	141,3	186,9	215,1
Диаметр промывочного отверстия сопла, мм	8-15	12-16	14-16	15-18
Масса, кг	25-33		61-63	87-90
Доступная осевая нагрузка, кН	120-160		220-250	310-370
Допустимый крутящий момент, Н∙м	1300-4000		6500-8700	11600-157000

Пикообразные долота

Пикообразные долота были первым породоразрушающим инструментом, применявшимся при вращательном бурении. В настоящее время пикообразные долота потеряли свое значение как породоразрушающий инструмент для нефтяных и газовых скважин, но применяются как вспомогательный инструмент для расширения ствола скважины и разбуривания цементных пробок, металлических деталей низа обсадных колон, а также для проработки забоя перед проведением ловильных работ по удалению мелких предметов из скважины. За исключением профиля рабочей поверхности пикообразные долота конструктивно не отличаются от лопастных. Выпускаются они диаметром от 98,4 до 444,5 мм. В разведочном бурении при проходке мягких вязких пластичных пород нашли широкое применение плоские пикообразные пикобуры ПКО эллиптические рисунок 12 а и перовые пикобуры рисунок 12 б.

а б

а – плоские пикобуры эллиптические; б – перовые пикобуры

Рисунок 12 - Пикобуры

При разведке угольных месторождений эффективно применяются пикобуры Воронова и Новикова. Первый из них представляет крестовидную конструкцию из трубчатого корпуса с четырьмя заостренными пиками. Пикобур Новикова состоит из трубчатого корпуса с приваренными к нему девятью трапецеидальными ребрами из стали марки Ст. 5, армированными ВК-8. Ребра размещены на корпусе в три яруса по три в каждом ряду [4].

Как вспомогательный технологический инструмент при проходке нефтяных и газовых скважин применяются два типа цельноштампованных пикобуров: ПЦ и ПР.

Пикобур типа ПР (рисунок 13) отличается от пикобура ПЦ тем, что боковые кромки лопасти усилены вооружением из твердосплавных пластин и цилиндрических твердосплавных зубков. Состоит из полого округлого корпуса, с ниппельной резьбовой головкой, лопасти из стали марки 40 с термообработкой. Рабочая грань лопасти, армированная твердосплавными пластинками, заострена под углом 90⁰ в виде пики. Набегающие грани изготовлены с заострением с обратным углом, на этих гранях сделаны пазы для твердосплавных пластин, закрепляемых чугунным припоем. Промежутки поверхности между пластинами, а также между твердосплавными штырями на калибрующей грани наплавляются релитом.

1 – корпус; 2 – лопасти; 3 – рабочая грань лопасти; 4 – цилиндрические твердосплавные зубки; 5 – резьбовая головка (ниппель); 6 – промывочный канал; 7 – внутренняя полость

Рисунок 13 – Пикобур типа ПР

Корпус пикобура снабжен двумя боковыми промывочными каналами, направляющими струю бурового раствора на периферию забоя.

Пикобур ПР предназначен для расширения и проработки ствола скважины.

Пикобур ПР служит для разбуривания цементных мостов и стаканов с обратным клапаном ЦКОД. Пикобур ПЦ (рисунок 14) отличается от описанного пикобура ПР только тем, что не имеет армирования боковых гранях лопасти. Это делается для предотвращения повреждений обсадных колонн.

Рисунок 14 – Пикобур типа ПЦ

При разбуривании цементных мостов, цементных стаканов и технологической оснастки внутри обсадной колонны пикобуры ПЦ нередко заменяются на твердосплавные долота типа ДТ, изготовленные в НПП “Буринтех”, или на долота СП “Удол” серии РС, рисунок 15.

Рисунок 15 – Твердосплавное долото типа ДТ

Лопастные долота истирающе-режущие с твердосплавным вооружением (ДИР)

Предназначены для бурения перемежающих по твердости мягких с пропластками средней твердости абразивных МСЗ и средней твердости малообразивных С породах.

Долота типа ДИР для МСЗ пород выпускаются трехлопастными рисунок 16, для пород С шестилопастными.

Рисунок 16 – Долото типа ДИР8

Устройство трехлопастного долота (рисунок 17) включает полый корпус, лопасти, твердосплавные штыри и канал для промывки.

1 – корпус; 2 – лопасти; 3, 4 – твердосплавные штыри;

5 – канал для промывки

Рисунок 17 – Конструкция трехлопастного долота типа ДИР

В отличие от 2Л, 3Л и 3ЛГ долота ДИР не имеют изгиба и отличаются большей толщиной лопастей. Все три лопасти на рабочей кромке имеют каждая свой профиль. Одна из лопастей, условно назовем ее первой, перекрывает весь радиус долота, а вторая и третья имеют расчлененную форму, то ест разные длины гребней и впадин. Все лопасти в нижней части по периферии скошены под углом 45⁰.

Рабочие кромки лопастей армированы штырями ВК-88 с большим вылетом над торцом лопасти. Этим обеспечивается прерывистость (гребенчатость) режущей кромки. Калибрующие грани лопастей армированы также, как и у долот типа 2Л и 3Л.

Промежутки поверхности между штырями рабочей и боковой кромками лопастей наплавлены релитом. Передняя поверхности лопастей также армированы релитом типа ТЗ.

Ступенчатые лопастные долота

Первая модификация ступенчатого долота появилась в начале 60-х годов прошлого века. Это было двухлопастное двухступенчатое долото режуще-скалывающего действия с гидромониторной промывкой, устройство которого приведено на рисунке 18.

Долото состоит из корпуса с муфтой присоединительной резьбой. К корпусу под углом 180⁰ относительно друг друга вертикально приварены две кованные лопасти, а в промежутках выполнены боковые отверстия с

Рисунок 18 – Ступенчатое лопастное долото

размещенными в них минералокерамическими гидромониторными насадками.

Кроме двухлопастных применяются также трехлопастные лопастные долота. По числу ступеней (ярусов) различают двух- трех- и четырехступенчатое долота. По схеме армирования долота подразделяются на истирающе-режущие и режуще-скалывающее.

Рабочие и калибрующие поверхности лопастей истирающе-режущих долот армируются зубками из твердого сплава ВК-8В с наплавкой на рабочие поверхности дополнительно зернистого твердого сплава типа ТЗ.

Применяются для бурения скважин роторным способом и с гидравлическими забойными двигателями в перемежающихся по твердости и абразивности средней твердости и пластичных породах, а также в валунно-галечных отложениях.

Режуще-скалывающие ступенчатые долота армированы прямоугольными твердосплавными пластинами, причем размещение их на передней грани лопасти такое, что режущая кромка приобретает гребенчатую форму. Это предотвращает резкое увеличение опорной поверхности долота при его износе. Долота применяются при проходке перемежающихся мягких и средней твердости пород.

При изготовлении ступенчатых долот применяются штампованные заготовки корпуса и лопастей серийных долот 2Л, 3Л, 3ЛГ.

Список использованных источников

1 Копылов В.Е. У истоков бурения скважин. Учебное пособие.- Тюмень: ТюмИИ, 1982.- С. 117.

2 Якушев В.П. Энергоемкость процесса разрушения горных пород при вдавливании. – В кн: Вопросы деформации и разрушения горных пород при бурении. М.: ГосИНТИ, 1961.- С. 42-54.

3 Мокшин А.С. Шарошечные долота /А.С. Мокшин, Ю.Е Владиславлев, Э.Л. Комм - М.: Недра, 1971.- 216 с.

4 Басарыгин Ю.М Технология бурения нефтяных и газовых скважин: Учеб. для вузов / Ю.М. Басарыгин, А.И. Булатов, Ю.И. Проселков М.: Недра.- 2001.

5 Справочник бурового мастера /Под общей редакцией В.П. Овчинникова, С.И. Грачева, А.А. Фролова.- М.: «Инфра-Инженерия», 2006.- 608 с.

Методические указания по дисциплине «РАЗРУШЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ БУРЕНИИ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН» специальности 130504 «Бурение нефтяных и газовых скважин» для студентов очной, заочной и заочно-сокращенной форм обучения (часть 2 - Породоразрушающий инструмент). - Тюмень: ТюмГНГУ, 2007.- 31 с.

Составители: канд. техн. наук, доцент Абатуров В.Г.

ассистент Семененко А.Ф.

Подписано к печати	Бум. ГОЗНАК
Заказ №	Уч.- изд.л.
Формат 60х84 1/16	Усл. печ.л.
Отпечатано на RISO GR 3750	Тираж 100 экз.

Издательство «Нефтегазовый университет»

Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Тюменский государственный нефтегазовый университет»

625000, г. Тюмень, ул. Володарского, 38

Отдел оперативной полиграфии издательства «Нефтегазовый университет»

625039, г. Тюмень, ул. Киевская, 52

Дата добавления: 2015-03-29