Лопатеві долота стираюче-ріжучої дії
Лабораторна робота № 1
БУДОВА ТА КОНСТРУКТИВНІ ОСОБЛИВОСТІ ЛОПАТЕВИХ, ТВЕРДОСПЛАВНИХ, АЛМАЗНИХ ТА ПОЛІКРИСТАЛІЧНИХ ДОЛІТ
Мета роботи: вивчити класифікацію та конструкцію лопатевих, твердосплавних, алмазних та полікристалічних доліт
1 Теоретичні відомості
Породоруйнуючі інструменти (бурові долота) призначені для концентрованої передачі енергії гірській породі з метою її руйнування і формування вибою свердловини.
За характером руйнування породи бурові долота класифікують таким чином:
1. Долота ріжуче-сколюючої дії, які призначені для розбурювання в’язких і пластичних порід невеликої твердості та малої абразивності.
2. Долота дробильно-сколюючої дії, які призначені для розбурювання порід середньої твердості.
3. Долота дробильної дії, які призначені для розбурювання неабразивних, абразивних твердих, міцних та дуже міцних порід.
4. Долота ріжуче-стираючої дії, які призначені для буріння в неабразивних породах середньої твердості і твердих, а також для розбурювання порід, що чергуються за твердістю, абразивних і неабразивних порід.
За призначенням долота можуть бути об’єднані в три групи:
1. Для руйнування породи з утворенням суцільного вибою свердловини;
2. Для руйнування породи з утворенням кільцевого вибою свердловини;
3. Для виконання спеціальних робіт.
За формою виконання робочого органу бурові долота поділяються на:
|
|
|
– лопатеві;
– шарошкові;
– алмазні і твердосплавні.
За конструктивним виконанням промивальних вузлів:
– з центральним одним отвором;
– з периферійними декількома отворами;
– з гідромоніторними насадками;
– з асиметричною одною насадкою;
– з центральним продуванням;
– з боковим продуванням.
За типом і стійкістю озброєння долота поділяються на:
– буріння м’яких порід;
– буріння порід середньої твердості;
– буріння твердих порід;
– буріння міцних порід.
ЛОПАТЕВІ ДОЛОТА
Лопатеві долота за принципом руйнування гірської породи поділяють на два різновиди:
1. Долота, які руйнують гірську породу за принципом різання, або лопатеві долота ріжуче-сколюючої дії (PC);
2. Долота, які руйнують гірську породу за принципом стирання, або лопатеві долота стираюче-ріжучої дії (СтР).
Робочий елемент долота називається лопаттю (лопатою), якщо його висота значно більша за ширину, та сектором, якщо його висота менша або дорівнює ширині. На секторах, як правило, розташовують декілька рядів елементів озброєння, тоді як на лопаті не більше двох.
Переваги лопатевих доліт над шарошковими:
- простота конструкції та технології виготовлення;
|
|
|
- відсутність підшипників та інших внутрішніх вузлів і елементів;
- менша вартість;
- велика проходка за рейс (декілька сотень, а іноді і 1500-2000 метрів);
- більша механічна швидкість буріння.
До вад лопатевих доліт належать:
- значна втрата діаметра долота;
- необхідність прикладання до лопатевого долота великого крутного моменту, який би перевищував момент опору обертання долота;
- інтенсивніший знос ріжучих елементів, оскільки вони перебувають у безперервному контакті з розбурюваною породою;
- неефективність лопатевих доліт при бурінні щільних, твердих і абразивних порід. У твердих, міцних і дуже міцних породах лопатеві долота не застосовують.
За кількістю робочих органів лопатеві долота поділяють на одно-, дво-, три-, чотири-, шести- та багатолопатеві.
Лопатеві долота ріжуче-сколюючої дії
Лопатеві долота ріжуче-сколюючої дії виготовляють двох типів – М та МС. Озброєння цих доліт виконують у вигляді лопатей із суцільним ріжучим краєм. Лопатеві долота ріжуче-сколюючої дії виготовляють дволопатевими (2Л) діаметром від 76 мм до 165,1 мм та трилопатевими діаметром від 120,6 мм до 469,9 мм.
Долото складається з корпусу і лопатей (дволопатеві долота - суцільноковані, а трилопатеві - з привареними лопатями). Долото має систему промивання вибою, яка включає внутрішню порожнину та промивальні отвори. Корпус зверху має різьбу для з'єднання з бурильною колоною.
|
|
|
Лопаті виконані загостреними і дещо нахилені до осі долота в напрямку обертання. Лопаті розміщені одна до одної під кутом 180°(2Л) і 120°(ЗЛ). Лопаті доліт армовані твердим сплавом. На передніх гранях лопатей виконані пази, які у доліт типу М заплавляють зерновим релітом, а у доліт типу МС в пази впаюють твердосплавні пластини, а потім передня грань лопатей наплавляється твердим сплавом (релітом). Бокові грані, які калібрують стінку свердловини, кожної лопаті армують твердосплавними штирями зі сплаву ВК8-В шляхом їх запресування з подальшим наплавленням зверху реліту. Передбачається також захисне покриття всіх наплавлених поверхонь спеціальним чавуном.
Схему дволопатевого долота наведено на рисунку 1.1. Лопатеве долото складається з корпусу 1 і лопаті 2. У верхній частині корпусу нарізується приєднувальна різьба 3 (в даному випадку внутрішня муфтова), а в нижній частині – просвердлені промивальні отвори 4 без сопел. Бокові калібруючі і інші робочі поверхні лопатей зазвичай покривають релітом 5 або чавуном 6.
|
|
|
Рисунок 1.1 – Схема дволопатевого долота ріжуче-
Сколюючої дії
Трилопатеве долото (рис. 1.2) складається із корпуса 1, лопатей 2, сопла 7, ущільнюючого кільця 3 для герметизації промивального вузла і зазору між соплом 7 та гніздом в корпусі долота, байонетної шайби 5 для утримання сопла, болта 8 із стопорною шайбою 9 для кріплення байонетної шайби. Твердосплавні штирі 4 і пластини 10 запресовуються майже повністю нарівні з поверхнею лопаті. Приєднувальна різьба 6 на верхній частині корпуса 1 є зовнішньою, ніпельною.
Рисунок 1.2 – Схема трилопатевого долота ріжуче-
Сколюючої дії
Лопатеві долота виконують зі звичайною та гідромоніторною системою промивання, причому гідромоніторна система тільки у трилопатевих доліт. Звичайна система промивання включає внутрішню порожнину і промивальні отвори. Кількість промивальних отворів збігається з кількістю лопатей. Струмінь рідини, який формується системою промивання, направляється на вибій перед передньою гранню лопаті.
Лопатеві долота стираюче-ріжучої дії
Лопатеві долота стираюче-ріжучої дії (СтР) призначені для розбурювання м'яких абразивних МСЗ (слабозцементовані пісковики та алевроліти) та середньої твердості неабразивних гірських порід С (глинисті сланці, аргіліти, гіпси).
Озброєння цих доліт виготовляють у вигляді лопатей з гребінчастим ріжучим краєм. Долота типу МСЗ виконують трилопатевими діаметром від 190,5 до 269,9 мм, а типу С — шестилопатевими діаметром від 76 до 269,9 мм. Принципова відмінність доліт стираюче-ріжучої дії (СтР) від доліт ріжуче-сколюючої дії (PC) – переривчасте (гребінчасте) виконання ріжучого краю для забезпечення більшого тиску озброєння на вибій і покращення охолодження ріжучих елементів промивальною рідиною. Це досягається встановленням в сталевій лопаті штирів із твердого сплаву ВК8-В зі значним вильотом над торцем лопаті долота.
Армування бокових граней лопатей таке ж, як і доліт ріжуче-сколюючої дії. Після встановлення штирів передня і бокова грані лопаті наплавляються твердим сплавом. Периферійна частина лопатей долота стираюче-ріжучої дії скошена, на відміну від лопатей долота ріжуче-сколюючої дії.
Трилопатеве долото стираюче-ріжучої дії (рисунок 1.3) оснащено однією повною і двома зменшеними лопатями, що сприяє зменшенню крутного моменту.
1 – корпус; 2 – лопаті; 3 – твердосплавні штирі; 4 – сопло; 5, 8 – байонетна і стопорна шайби; 6 – ущільнююче кільце; 7 – болт.
Рисунок 1.3 – Схема трилопатевого долота стираюче-
Ріжучої дії
Шестилопатеве долото стираюче-ріжучої дії (рисунок 1.4) має одну повну і дві зменшені лопаті, подібні лопатям трилопатевого долота стираюче-ріжучої дії, і додатково на корпусі три калібруючі лопаті. Для підвищення запасу озброєння на периферії робочих лопатей твердосплавні штирі (зубці), встановлені у два ряди. Така конструкція дозволяє забезпечити велике навантаження озброєння на вибій, порівняно рівномірний розподіл озброєння по радіусу, практично круглий переріз свердловини та знизити швидкість зменшення діаметра.
Рисунок 1.4 – Схема шестилопатевого долота стираючо-
Ріжучої дії
Пікоподібні долота
Пікоподібні долота призначені для розширення та пророблення ствола свердловини (типу ПР), розбурювання цементного каменю і металевих предметів в обсадній колоні після її цементування (типу ПЦ) та буріння відносно неглибоких свердловин у піщано-глинистих, алевролітових і мергелевих відкладах II—V категорій буримості (пікобури).
Однолопатеві долота мають загострену під кутом 90° лопать, яка за формою нагадує піку, і тому одержали назву пікоподібних. Робочий край лопаті скошений під кутом 45° і армується з набігаючого боку твердосплавними пластинами та релітом.
У пікоподібного долота типу ПР (рисунок 1.5) бокові калібруючі поверхні лопаті армують твердосплавними штирями, оскільки вони є робочими, тобто руйнують і калібрують стінки свердловини при розширенні та проробленні ствола.
У пікоподібних доліт типу ПЦ бокові поверхні не армують твердим сплавом з метою запобігання пошкодження внутрішніх стінок обсадних колон.
Для пропуску промивальної рідини долота типу ПР і ПЦ мають два промивальні отвори.
Пікобур виконують у двох модифікаціях: ступінчастий і безступінчастий. Пікобур складається з корпусу та привареної до нього лопаті. Бокові ребра лопаті армують твердосплавними штирями. Всередині корпусу знаходиться осьова порожнина, в яку поступає промивальна рідина.
У ступінчастого пікобура ступені укріплюються твердосплавними різцями. Кількість ярусів ступеней може бути три і більше у залежності від діаметра та призначення
Еліптичні долота
Еліптичні лопатеві долота призначені для буріння свердловин іншим стволом (відразу після вирізання для нього вікна в обсадній колоні).
Вони можуть також використовуватись і як пілот-долото в комплекті з розширювачем для направлення і центрування розширювача при розширенні. Еліптичні долота оснащені чотирма лопатями. Від лопатевих вони відрізняються звуженим пікоподібним контуром, кулеподібним корпусом і невеликими виступаючими за нього лопатей (рисунок 1.6). Дві лопаті вкорочені і призначені для калібрування стінок свердловини, стабілізації і центрування долота. Вони розташовані під кутом 90° до сусідніх великих лопатей. Їх калібруючі ребра армовані твердосплавними штирями, а між ними релітом.
Великі лопаті мають еліптичний зовнішній контур і виконують основну роботу по руйнуванню гірської породи. По калібруючих ребрах їх армують твердосплавними штирями. Крім того, вони також захищені і по передній (набігаючій) поверхні шматочками подрібненого твердого сплаву або твердосплавними пластинками, які встановлюють у відповідних гніздах, вифрезерованих у лопатях. Долота, армовані ріжучими елементами у вигляді твердосплавних пластин відносять до типу М, а ріжучими елементами у вигляді шматочків подрібненого твердого сплаву - до типу МС. Корпус та лопаті виготовляють зі сталі, а твердосплавні елементи - із суміші карбіду, вольфраму та кобальту.
1 – корпус; 2 – пікоподібна частина; 3 – твердосплавні пластини; 4 – твердосплавні штирі
Рисунок 1.5 – Пікоподібне долото
Промивальний вузол складається із осьової порожнини та двох каналів, які виходять з неї і розміщені діаметрально протилежно (під кутом 180°). Еліптичні долота виготовляють типу М та МС.
1 – твердосплавні штирі; 2,3 – робочі лопаті; 4 – кулеподібний корпус; 5 – шматочки подрібненого твердого сплаву.
Рисунок 1.6 – Еліптичне долото
ТВЕРДОСПЛАВНІ ДОЛОТА
Головною характерною особливістю твердосплавних доліт є ріжучі елементи із надтвердого матеріалу „Славутич", створеного інститутом надтвердих матеріалів (ІНМ) НАН України.
Твердосплавні долота випускають трьох різновидів: ріжучі, зарізні або торцеві та стираючі. Перші за конструкцією та дією на вибій майже ідентичні лопатевим, другі - фрезерним, а треті - алмазним.
Елементи „Славутича" прикріплюють до корпусу долота або до його лопатей з допомогою пайки. Ці елементи (вставки) можуть мати різну форму робочої поверхні (напівсферичну, заокруглену, круглу, клиноподібно-конічну, клиноподібну, плоску), різну марку та його вміст (об'єм, виражений в см3). Форма робочої поверхні твердосплавних елементів, кількість та схема їх розташування, а також вміст та марка матеріалу „Славутич" залежать від типу долота.
Позначення лопатевих доліт:
 |
Твердосплавні долота призначені для буріння глибоких свердловин у м'яких, середніх та твердих неабразивних і малоабразивних гірських породах (аргіліти, алевроліти, мергелі, пісковики, ангідрити, вапняки).
Твердосплавні долота у два-три рази дешевші за алмазні, менш чутливі до динамічних навантажень та неоднорідностей у гірських породах, не вимагають спеціальної підготовки ствола свердловини і вибою перед спуском. Ці переваги дозволяють твердосплавним долотам успішно конкурувати з алмазними та іншими долотами при бурінні на великих глибинах (більше 2500 м). На малих глибинах через низьку механічну швидкість проходки, за винятком доліт ріжучого типу, твердосплавні долота застосовувати недоцільно.
Ріжучі твердосплавні долота
Ріжучі твердосплавні долота призначені для буріння переважно глибоких свердловин у м'яких і середніх пластичних породах.
Ріжуче твердосплавне долото складається зі сталевого пустотілого корпусу, трьох основних, великих лопатей і трьох додаткових, вкорочених лопатей (рисунок 1.7). Периферійні поверхні (ребра) всіх лопатей армують вставними твердосплавними штирями, а нижні краї великих лопатей - вставками зі "Славутича". Ці вставки на відміну від штирів виступають на поверхню і мають напівсферичну головку. На калібруючій поверхні лопатей вставки мають плоску робочу поверхню.
За зовнішнім виглядом і конструкцією ріжуче твердосплавне долото подібне на шестилопатеве долото стираючо-ріжучої дії (6ИРГ), але відрізняється від нього формою робочих лопатей, способом їх закріплення на корпусі долота та розміщенням додаткових лопатей. У твердосплавного долота
|
1,2,3 – основні лопаті; 4 – корпус; 5 – додаткові лопаті; 6 – твердосплавні штирі; 7 – струминні сопла; 8 – вставки зі “Славутич”.
Рисунок 1.7 – Ріжуче твердосплавне гідромоніторне долото
основні великі лопаті сходяться разом на центральній осі долота і установлюють перед приварюванням у спеціальні пази на корпусі, який виконують секційним. Вкорочені (додаткові) лопаті також встановлюють в пази, які розміщенні на різних віддалях від найближчих великих лопатей (асиметрично відносно основних великих лопатей). Леза основної лопаті з тильної сторони загострена під від'ємним кутом (біля 15°), що сприяє кращому руйнуванню м'яких і середніх порід.
В долотах ріжучого різновиду встановлюють мінімальну кількість вставок, яка повинна забезпечити не більше ніж півторакратне перекриття вибою. Це дозволяє при відносно невеликих осьових навантаженнях на долото створити значні питомі навантаження на ріжучі елементи, що забезпечує високу механічну швидкість проходки у м'яких і середніх породах.
Вміст "Славутича" збільшується від центральних до периферійних ділянок лопатей долота. Кількість „Славутича" в долотах ріжучого різновиду у 6 - 10 разів менша, ніж у стираючих твердосплавних долотах.
Долота ріжучого різновиду випускають наступних модифікацій:
- залежно від марки та вмісту „Славутича" типів М, МС, С;
- залежно від форми профілю великих робочих лопатей і сформованого вибою (округлений-випуклий та випукло-ввігнутий) у двох модифікаціях;
- 
у трьох модифікаціях за конструкцією промивального вузла (гідромоніторне (рисунок 1.7), без сопел з вузькими циліндричними промивальними отворами та з широким промивальним отвором, розділеним лопатями на три сектори (рисунок 1.8)).
1 – великі лопаті; 2 – осьова порожнина; 3 – корпус.
Рисунок 1.8 – Ріжуче твердосплавне долото з широким промивальним отвором
Зарізні твердосплавні долота
Зарізні або торцеві твердосплавні долота призначенні в основному для буріння нових орієнтованих свердловин, але можуть використовуватись і для буріння звичайних свердловин, а також при ліквідації аварій. Це типові фрезерні торцеві долота, які армовані не твердим сплавом, а вставками із "Славутича". Вони мають суцільний пустотілий циліндричний корпус. Нижня торцева поверхня виконана ввігнутою у вигляді внутрішнього конуса (перекинутої лійки) і порізана відкритими радіальними канавками, які сполучаються з порожниною корпусу поздовжніми внутрішніми каналами, а з боковою зовнішньою поверхнею долота та кільцевим простором — поздовжніми пазами (рисунок 1.9). Вся торцева і бокова поверхні нижньої частини корпусу захищенні вставками зі "Славутича". Зарізні долота виготовляють типу МС.
1-пустотілий циліндричний корпус; 2-вставки зі „Славутича"; 3-повздовжні внутрішні канали; 4-радіальні канавки; 5- поздовжні пази.
Рисунок 1.9 - Зарізне (торцеве) твердосплавне долото
Дата добавления: 2021-03-18; просмотров: 82; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!