Теоретическое обоснование. Выбор рациональных типов шарошечных долот

Выбор рациональных типов шарошечных долот

Практическое занятие 3

Цель и содержание: изучение методики и выбора типов шарошечных долот

Породоразрушающий инструмент (ПРИ) предназначен для разрушения горной породы на забое при бурении скважины.

По принципу разрушения породы долота можно классифицировать следующим образом:

1. Режуще-скалывающего действия, предназначенный для разбуривания вязких и пластичных пород небольшой твердости (вязких глин, глинистых сланцев и др.) и малоабразивных;

2. Дробяще-скалывающего действия, предназначенные для разбуривания неабразивных и абразивных пород средней твердости, твердых, крепких и очень крепких пород;

3. Истирающе-режущего действия, предназначенные для бурения в породах средней твердости, а также при чередовании высокопластичных маловязких пород с породами средней твердости и даже твердыми.

По назначению долота можно разделить также на три группы:

1. для бурения сплошным забоем (без отбора керна) – буровые долота;

2. для бурения по кольцевому забою (с отбором керна) – бурильные головки;

3. Для специальных работ в пробуренной скважине (выравнивание и расширение ствола) и в обсадной колонне (разбуривание цементного камня и т. д.) По материалу породоразрушающих элементов ПРИ делится на четыре группы:

1. со стальным вооружением;

2. с твердосплавным вооружением;

3. с алмазным вооружением;

4. с алмазно-твердосплавным вооружением.

Наибольшее распространение в практике бурения нефтяных и газовых скважин получили шарошечные долота дробяще-скалывающего действия с твердосплавным или стальным вооружением.

Таблица 3 – Типы трехшарошечных долот и их назначение и исполнение

Тип	Геологические условия проходки	Исполнение шарошки
М	Бурение мягких пород	С фрезерованными зубьями
МЗ	Бурение мягких абразивных пород	Со вставными твердосплавными зубками
МС	Бурение мягких пород с пропластками пород средней твердости	С фрезерованными зубьями
МСЗ	Бурение мягких абразивных пород с пропластками пород средней твердости	С фрезерованными зубьями и твердосплавными зубками
С	Бурение пород средней твердости	С фрезерованными зубьями
СЗ	Бурение абразивных пород средней твердости	Со вставными твердосплавными зубками
СТ	Бурение пород средней твердости с пропластками твердых пород	С фрезерованными зубьями
Т	Бурение твердых пород	С фрезерованными зубьями
ТЗ	Бурение абразивных твердых пород	Со вставными твердосплавными зубками
ТК	Бурение твердых пород с пропластками крепких	С фрезерованными зубьями и твердосплавными зубками
ТКЗ	Бурение твердых абразивных пород с пропластками крепких	Со вставными твердосплавными зубками
К	Бурение крепких пород	С фрезерованными зубьями
ОК	Бурение очень крепких пород	Со вставными твердосплавными зубками

Выбор рациональных типов шарошечных долот производят для характерных пачек пород, выделенных в исследуемом геологическом разрезе [1]. Для каждой характерной пачки вычисляются средневзвешенные (по мощности) категории твердости и абразивности по формуле (1)

; (1)

где средневзвешенные для данной характерной пачки пород величины категорий соответственно твердости и абразивности;

соответственно категории твердости и абразивности i-той разности пород;

m_i – мощность i- той разности пород в характерной пачке, м;

мощность рассматриваемой характерной пачки пород, м.

В справочной литературе приведены данные по твердости и пределу текучести горных пород в МПа [2].

Для перехода к категориям твердости, предложены формулы [3]

Т = 0,164 Р_ш^0,479; Т = 0,305 Р_о^0,426 (2)

где Т – твердость горной породы в категориях;

Р_ш, Р_о – твердость и предел текучести горной породы соответственно, МПа.

Категорию абразивности горной породы, при известной категории твердости, следует определять по «Обобщенной классификационной шкале абразивности горных пород» из [2], которая приведена в приложении 4.

Приложение 4

Порода	Содержание кварца или халцедона,%	Категория твердости	Абразив- ность по обобщенной шкале ВНИИБТ (категория)
Песчаник кварцевый мономинеральный (круп- но-, средне-, мелко-, тонкозернис- тый) и аналогичный алевролит окварцованный сливной частично окварцованный с протя- жженными контактами срастания кварцевых зерен кварцевый с известковистым цемен- том (25-40%) кварцевый и известковисто-глинис- тым цементом кварцевый с глинистым цементом кварцевый с сульфатным цементом полевошпатово-кварцевый и арко- зовый крупнозернистый полевошпатово-кварцевый и аркозо- вый средне и мелкозернистый тонкозернистый и аналогичный алевролит с цементом 15-20% - // - // - // - 20-50% полимиктовый Глина мономинеральная алевристая песчанистая кремнистая Аргиллит слабоалевристый алевристый и песчанистый Аспидный сланец Углистый сланец Мергель глинистый карбонатный (50-75%) алевритовый песчанистый Известняк без примеси твердых абразивных минералов глинистый песчанистый (5%) песчанистый (10%) песчанистый (до 20-30%) алевролитовый кремнистый (5%) кремнистый (10%) кремнистый (15%) кремнистый (20-30%) Доломит без примеси твердых абразивных минералов песчанистый Кремень Опока и трепел Ангидрит без примеси твердых абразивных минералов Гипс без примесей опесчаненный глинистый	85-95 85-95   85-95   60-75   60-75 60-75 60-75 -   - -     10-15 5-10   - 10-20 10-30 -   5-10 15-20 2-5 2-5   - - - -     20-30 15-20 20-30     2-3 - 75-95 -   -   - 10-15	4-10   7-10 5-7     5-7   4-5 3-5 3-4 -   - -     4-6 4-6 -   1-3 2-3 2-4   4-5 4-5 - 2-3   - 4-5 - -   5-6   4-6 5-6 5-6 4-6 5-6 5-6 6-7 6-7     7-8 7-8 1-2   4-5   2-3 2-3 2-3	9-11   10-11 9-10     7-8   6-7       7-8 6-7   3-4 4-5   3-4     2-3   8-9     3-4 6-7

Вычисленные величины средневзвешенных категорий твердости и абразивности для рассматриваемой пачки горных пород наносятся на поле «Классификационной таблицы парных соответствий категорий твердости и абразивности пород типам шарошечных долот» (КТС) [1], которая приведена в приложении 5.

Приложение 5

Если нанесенные точки с координатами () занимают промежуточное положение по отношению к двум или нескольким табличным точкам, соответствующим определенным типам долот, то выбор долота (или конкурирующих вариантов) наиболее отвечающего характеристике рассматриваемой пачки пород, производится из условия минимальности расстояния нанесенной расчетной точки до табличных.

Если нанесенная точка оказывается на равном расстоянии от двух или более табличных точек, то конкурирующими вариантами являются типы долот, соответствующие табличным точкам.

Область рационального применения каждого из тринадцати типов долот, выпуск которых предусмотрен ГОСТ20692-75 «Долота шарошечные. Типы и основные размеры», приведена также в приложении 6 [2].

Приложение 6

Тип долота	Смещение осей цапф в направ- лении вращения долота (мм) при диаметре долота, мм	Область рационального применения
139,7-161,0	165,1-190,5	215,9-244,5	269,9-и более	Класс горных пород, ка тегории твердости (Т), абра- зивности (А)	Литолого-петрографическое описание класса горных пород
М	4-5				Мягкие =2,4; =3,9	Глины плотные известковистые и неизвестковистые, часто песча- нистые и слюдистые с прослоями песков, алевролитов и песчани- ков, рыхлых мергелей, известня- ков, иногда аргиллитов.
МЗ	4-5				Мягкие абразив- ные =3,2; =4,9	1. Чередование аргиллитов известковистых, местами окрем- нелых, алевролитов, иногда ок- варцованных, песчаников, гли- нистых сланцев. 2. Переслаивание глин, алевроли- тов и песчаников с прослоями мергелей и мергелистых извест- няков. 3. Чередование глин, песков, пес- чаников с известковисто-глинис- тым цементом. 4. Известняки с прослоями разно- зернистых песчаников, глин и алевролитов.
МС			5-6		Мягкие с пропласт- ками средней твердости =3,0; =4,0	Глины, аргиллиты с прослоями песчаников, конгломератов, сце- ментированных известково-гли- нистым материалом, алевроли- тов глинистых и известняков.
МСЗ			5-6		Мягкие абразив- ные с про пластками средней твердости =4,5; =3,2	1. Чередование аргиллитов известковистых и неизвестковис- тых с алевролитами, песчаника- ми, встречаются кремни карбона- тизированные. 2. Переслаивание песчаников, алевролитов и аргиллитов, места ми переходящих в мергель с включениями пирита. 3. Известняки, иногда с включе- нием кремня, с прослоями доло- митов, мергелей, ангидритов, аргиллитов, реже песчаников.
С			4-5		Средней твердости =3,7; =4,4.	1. Переслаивание, чередование глин, песчаников, песков, алевро литов, реже аргиллитов, отдель- ных горизонтов конгломератов и прослоев мергелей. 2. Известняки и доломиты с прос лоями глин и аргиллитов, раку- шеечные известняки, мел писчий рыхлый. 3. Каменная соль крупнокристал- лическая с прослоями глин, ан гидритов, доломитов, известня ков.
СЗ			4-5		Абразивные средней твердости =4,2; =5,8	1. Переслаивание глин, с вклю- чением гипса и ангидрита, с песчаниками от мелко до круп- нозернистых, аргиллитами, алевролитами, прослои конгло- мератов, глинистых сланцев, роговиков, мергелей, туффиты. 2. Известняки, иногда долото- мизированные, с прослоями глин, аргиллитов и песчаников.
СТ			4-5		Средней твердости с пропластка- ми твердых =4,5; =4,0	1. Известняки и доломиты не- равномерно глинистые, участ- ками окремнелые, доломиты часто известковистые. 2. Переслаивание глин алевро- листых, алевролитов, песчани- ков, аргиллитов известковис- тых, ангидритов, гипсов, мерге- лей. 3. Соль каменная крупнокрис- таллическая с прослоями глин, мергелей, ангидритов, доломи- тов.
Т	0,5	1,0	1,0	1,5	Твердые =5,6; =4,5	Известняки и доломиты с прос- лоями глин и включением ан- гидритов, гипсов и кремня.
ТЗ	0,5	1,0	1,0	1,5	Твердые абразивные =6,2; =5,9	1. Известняки, участками окрем нелые, доломитизированные. 2. Доломиты, участками окрем- нелые, с включениями гипса, прослои глин и мергелей. 3. Аргиллиты, иногда окремне- лые, алевролиты и песчаники, кварцевые, глинистые сланцы, роговики, андезиты, андезито-базальты.
ТК	0,5	1,0	1,0	1,5	Твердые с пропластками крепких =5,9; =4,9	1. Известняки и доломиты ок- ремнелые, иногда с прослоями мергелей, горючих сланцев с включениями ангидрита и кремня. 2. Аргиллиты, алевролиты и песчаники кварцевые, с прос- лоями каменного угля.
ТКЗ	0,5	1,0	1,0	1,5	Твердые абра зивные с пропластками крепких =6,2; =6,0	1. Известняки, участками ок- ремнелые, иногда доломити- зированные, трещиноватые и кавернозные. 2. Доломиты, участками окрем нелые, с включениями гипса, прослоями глин и мергелей. 3. Аргиллиты, иногда окрем- нелые, алевролиты и песчани- Ки, кварцевые, глинистые сланцы, роговики, андезиты, андезито-базальты.
К	0,5	1,0	1,0	1,5	Крепкие =7,3; =7,8	1. Кварцитовидные песчаники с прожилками кварца. 2. Андезиты, андезито-базальты. 3. Песчаники кварцевые с прослоями аргиллитов, известняков. 4. Аргиллиты и алевролиты. 5. Известняки и доломиты ок- ремнелые.
ОК	0,5	1,0	1,0	1,5	Очень креп- кие =8; =8	1. Кварцитовидные песчаники с прожилками кварца. 2.Андезиты, андезито-базальты. 3. Песчаники кварцевые с прослоями аргиллитов, известняков. 4. Аргиллиты и алевролиты. 5. Известняки и доломиты ок- ремнелые.

Дата добавления: 2015-07-13