Виды породоразрушающего инструмента

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Актюбинский региональный государственный университет имени К. Жубанова

Факультет Технический

Кафедра Нефтегазовое дело

Специальность 5В070800 нефтегазовое дело

Реферат

на тему:

Виды породоразрушающего инструмента

Выполнил: Б?женов А.С.

Актобе, 2020 г.

Виды породоразрушающего инструмента

В ходе бурения скважин, предназначенных для добычи нефтегазового продукта, используется породоразрушающий инструмент различных видов.

Основное назначение этих предметов заключается в преодолении слоев, состоящих из твердой каменной породы и препятствующих проникновению к продуктивным горизонтам, содержащим нефть и газ

Эффективность применения инструмента обуславливается свойствами конкретной породы, поэтому перед тем, как определиться с инструментом, важно определить, какие пласты предстоит преодолеть в ходе бурения ствола. Правильно подобранные устройства сделают работу максимально быстрой и малозатратной.

Породоразрушающий инструмент

В рамках создания нефтяных и нефтегазовых скважин обычно применяются следующие разновидности:

· Долота для бурения по методу сплошного забоя.

· Головки для бурения по типу кольцевого забоя.

· Специальные расширители, увеличивающие стволовой диаметр.

· Стабилизирующие элементы и компоненты для центровки, которые делают стенки ствола ровными.

Износоустойчивость долота - важный критерий, который зависит от времени эксплуатации, в которое долото может стереться до максимальных пределов, так что его потребуется заменить. Стойкость инструмента показывается в часах, она напрямую зависит от тех же критериев. Огромную важность имеет частота вращения инструмента, нагрузка, подаваемая на его основную ось, физические свойства рабочего раствора. Все эти критерии определяют не только длительность применения инструмента, но и характер бурения в тех или иных условиях.

Также важными факторами функциональности инструмента являются проходка и механическая бурильная скорость. Если проходка увеличивается, то объем манипуляций по спуску и подъему оборудования в стволе делается меньше, что влечет высокую эффективность работы. Если же увеличивается механический скоростной режим, занятость основных элементов оборудования снижается, поэтому износостойкость будет более высокой, а затраты энергии будут пропорционально падать.

Классификация породоразрушающего инструмента

Существует большое количество категорий долот, которые отличаются способами применения и функциональностью.

Инструменты классифицируются по свойствам материала, форме, составу компонентов, расположением отдельных частей касательно оси, интенсивностью выброса породы при работе и другим критериям.

Исходя из классификации, можно выделить три типа инструмента:

1. Приспособления для работы сплошного типа, которые используются для увеличения глубины ствола. Разрушение пластов производится в одной плоскости либо постепенно.

2. Головки, предназначающиеся для углубления, которые работают по контуру забойной зоны.

3. Специальные долота, используемые в готовых скважинах.

По типу материала, из которого может изготавливаться породоразрушающий инструмент, он делится на следующие типы:

· Оборудование из стали.

· Твердосплавные устройства.

· Алмазно-твердосплавное оборудование.

· Алмазное оборудование.

Также буровые устройства классифицируются по конструкции промывочных приборов и мощности растворной струи. Всего существуют два типа таких долот - стандартные и струйные. Первый тип отличается тем, что раствор, создаваемый для бурения, вытекает через специальные промывочные отверстия, которые расположены в середине инструмента. Оттуда раствор течет на лопасти, и в забой попадает только небольшой процент жидкости. Что касается струйных долот, то в них жидкость попадает в забой через отверстия сбоку, благодаря чему раствор также разрушает породу.

Еще один признак классификации долот - степень воздействия на пласт, вызывающего разрушение породы, когда вращается бур. Можно выделить следующие типы породоразрушающего инструмента:

· Дробящие приспособления.

· Шарошечные устройства с функцией дробления и скола.

· Лопастные.

· Фрезерные.

· Истирающие с функцией резки.

· Истирающие с функцией разрезания и алмазной обработкой.

Исходя из этого разделения, можно сказать, что породоразрушающий инструмент следует подбирать в соответствии конкретных условий в каждом случае, беря во внимание геологический состав пластов, тип работы и другие факторы.

Виды буровых породоразоушающих инструментов

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 истирающе-режущие.

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.

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.

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.

Боковая фрезерующая способность породоразрушающих инструментов.

В процессе бурения с отклоняющей компоновкой закономерно уменьшаются диаметр долота и завес шарошек вследствие износа опоры и вооружения, а также отклоняющая сила на долоте вследствие роста нормальной составляющей массы системы долото - забойный двигатель из-за увеличения зенитного угла ствола. При бурении в неоднородных и перемежающихся по твердости породах в определенных пределах в данном интервале бурения могут изменяться также физико-механические свойства пород, диаметр скважины, механическая скорость проходки, осевая нагрузка на долото, упругая деформация забойного двигателя и т.д.

Из всех этих факторов при бурении определенной отклоняющей компоновкой на интенсивность искривления ствола преобладающее влияние оказывают износ долота и его состояние. Это подтверждается тем, что к концу каждого рейса с отклонителем, как правило, интенсивность искривления ствола уменьшается, а при спуске нового долота, хотя оно работает при больших значениях зенитного угла и малых величинах отклоняющей силы, интенсивность искривления скважины в начале рейса выше, чем в конце рейса предыдущего долота.

Если бы снижение отклоняющей силы на долоте с ростом зенитного угла значительно влияло на процесс искривления скважины, то интенсивность искривления ствола при работе каждым последующим долотом должна быть меньше, чем при работе предыдущим долотом. Однако в действительности такое явление не наблюдается.

Следовательно, способность долота фрезеровать стенку ствола играет решающую роль в искривлении скважины. Чтобы искривление ствола протекало с фрезерованием стенки скважины, необходимы следующие три условия:

а) наличие на долоте достаточной отклоняющей силы;

б) стрела прогиба забойного двигателя не должна превышать критическую величину, определяемую по формуле;

в) долото должно обладать боковой фрезерующей способностью.

Если в процессе бурения с отклонителем одно из этих трех условий будет нарушено, то углубление скважины будет протекать без фрезерования стенки ствола.

Эта способность долота не может характеризоваться показателями фрезерования стенки ствола, так как долото может фрезеровать стенки ствола, но вследствие неправильного выбора отклоняющей компоновки или режима бурения искривления ствола не произойдет или будет происходить с заниженной интенсивностью. В результате этого показатели фрезерования стенки ствола будут малы или могут быть равны нулю.

Боковая фрезерующая способность долота должна характеризоваться параметром, который определяет конструктивные особенности данного долота и позволит еще до спуска в скважину отличить его от таких же однотипных или разнотипных долот и отдать предпочтение такому типу, который более всего отвечает цели предстоящего рейса по набору, стабилизации или снижению искривления скважины.

Алмазные зарезные долота, помимо большой боковой фрезерующей способности, обладают и тем преимуществом, что имеют плоскую торцовую поверхность. Поэтому при искусственном искривлении ствола под действием отклоняющей силы они будут фрезеровать стенку ствола лишь на величину высоты калибрующей поверхности А. При работе комбинированными ступенчатыми или мелкоалмазными импрегнированными долотами под действием отклоняющей силы следует фрезеровать не только стенку ствола на высоту калибрующей поверхности Л, но и вогнутый участок забоя от наинизшей точки до стенки ствола.

Вследствие этого для фрезерования стенки ствола при прочих равных условиях зарезным алмазным долотом потребуется несколько меньшие отклоняющая сила и вращающий момент, чем комбинированным ступенчатым и мелкоалмазным импрегнированным долотам. Это имеет важное значение при искусственном искривлении ствола на больших глубинах, так как с ростом глубины вследствие уменьшения диаметров скважины, забойного двигателя и элементов КНБК возможности передачи на долото вращающего момента и создания отклоняющей силы ограничены.

породоразрушающий бурильный скважина долото

Типы породоразрушающего инструмента

Шарошечный породоразрушающий инструмент. Он представляет собой одну из самых популярных разновидностей, и он позволяет создать ствол скважины посредством дробления либо дробления со скалыванием элементов горной породы. Такой инструмент может применяться на породах с разной твердостью почти без ограничений.

Конструктивно шарошечное долото состоит из оси, сваренных друг с другом секций, вращающихся шарошек с зубцами. Шарошки, которые имеют форму конуса, разбивают породу в ходе бурения. При вращении долота инструмент ввинчивается в верхнюю грунтовую часть, из-за чего куски породы, отделяемые от общего пласта, дробятся на более мелкие.

Более эффективным представляется породоразрушающий инструмент, который работает по дробяще-скалывающему способу. Эта конструкция при функционировании сочетает дробление со скольжением шарошек по скважинному забою, благодаря чему осуществляется дополнительный скол обрабатываемого пласта. Лучше всего такие долота подходят для работы на твердых и средних горных породах.

В целом шарошечные приспособления отличаются и количеством используемых шарошек. Одношарошечные разновидности инструмента работают на увеличенной глубине, и такое приспособление обычно имеет усиленную опору, более износостойкие элементы для дробления. Лучше всего одношарошечные инструменты показывают себя при обработке известняковой, карбонатной породы с высокой степенью хрупкости. Что касается двухшарашечных разновидностей, то наиболее часто они используются для поисково-разведочных скважин.

Помимо этого, существуют долота трехшарошечного типа: этот вариант наиболее известен, поскольку они имеют удобную форму, идеально подходящую классическому скважинному стволу с круглым сечением. Благодаря трем шарошкам обеспечивается грамотное равновесие приспособления. Также выпускаются и четырехшарошечные долота, которые применяются в основном затрудненных условиях.

Лопастный породоразрушающий инструмент. Эти разновидности долот имеют сравнительно простое устройство, их достаточно легко выпускать и обслуживать. Они также отличаются по твердости породы, лучше всего выполняя бурение на размягченных грунтах с вязкой породой, которая имеет достаточно высокую пластичность. Особенности структуры позволяют давать проходку до 1,5 километров за рейс. Минусом конструкции является то, что время от времени нужно увеличивать диаметр скважины, а также быстрый износ инструментов, из-за чего их нужно часто менять.

Устройства лопастного типа отличаются по числу лопастей. Наиболее часто в нефтяной и газовой отрасли применяются трехлопастные приспособления, а также шестилопастные конструкции. Среди таких инструментов выделяются монолитные алмазные устройства, которые применяются на породах средней твердости либо высокой пластичности.

Разрушение при использовании долота с алмазной обработкой осуществляется путем микрорезки. Минусом алмазных инструментов считается их капризность: очень важно, чтобы в стволе и забое не было лишних веществ, примесей, инородных частиц, иначе алмазные фрагменты расколются и попадут в раствор для бурения.

Фрезерный породоразрушающий инструмент. Это самый простой тип конструкции, отличающийся повышенной прочностью и износоустойчивостью. В отличие от предыдущего вида инструмента, фрезерное долото не боится инородных тел и примесей в стволе, такие инструменты применяют для раскалывания, например, застрявших шарошек в забое и других посторонних предметов. Фрезерное оборудование используется и для того, чтобы раскалывать цементные пробки и мосты внутри ствола.

По конструкции фрезерное долото выглядит как удлиненный инструмент, который сделан монолитным с дробящими компонентами, которые усилены твердыми металлами. Промывка такого инструмента очень проста, а минусом считается малая проходка.

Истирающе-режущий инструмент. Такие долота имеют вставки из славутича, форма которых обусловлена условиями породы. Такие инструменты имеют высокую устойчивость к износу, невысокую стоимость и быструю проходку, а наличие сверхпрочных элементов не позволяет им ломаться.

Список использованной литературы

1. Вадицкий Ю.В. Справочник бурильщика, 2008 г.

2. Калинин А.Г., Никитин Б.А., Солодский К.М., Султанов Б.З. - Бурение наклонных и горизонтальных скважин. 1997 г.

3. Пономарев П.П. Отбор керна при колонковом бурении, 1989 г.

4. Сулакшин С.С. Направленное бурение,1987 г.

Размещено на allbest.ru