Шарошки для бурения скважин


Шарошечное бурение

Шарошечным бурением называют один из способов бурения газовых, а также нефтяных скважин при помощи особого шарошечного долота. В процессе шарошечного бурения твердые горные породы подвергаются разрушению вращающимися с огромной скоростью зубьями шарошек. Эти детали изготовлены из твердосплавного материала, поэтому способны выдерживать давление в 2000 кг/1 кв.см. Во время вращения шарошек, их зубья создают напряжение в зонах контакта с горной породой. За счет этого она разрушается посредством скола. Для осуществления доставки измельченной породы на поверхность скважины используют продувку или промывку.

Шарошечное бурение может быть произведено тремя видами буровых установок:

  • стационарными;
  • передвижными;
  • самоходными.

На шарошечное долото вращающийся момент передается турбинным или роторным способом.

Покупайте буровое оборудование на обоюдно выгодных условиях

Производственное предприятие Завод Буровых Технологий является одним из отечественных лидеров по производству и разработке бурового оборудования. Преимуществами компании является:

  • наличие мощной производственной базы;
  • богатый опыт в области бурения скважин;
  • подбор буровой техники «под ключ»;
  • высококвалифицированное конструкторское бюро.

Обратившись за помощью в компанию ЗБТ, клиенты получают исключительно качественное буровое оборудование для осуществления шарошечного бурения на территории страны и за рубежом. Таким образом, успех бизнеса зависит от высоких технологий, которые вы можете купить не выходя из дома!

www.zavodbt.ru

ИНСТРУМЕНТ ШАРОШЕЧНОГО БУРЕНИЯ



Инструмент шарошечного бурения разделяется:—    по области применения (для бурения в породах различных крепости и абразивности);—    по типу рабочих элементов (фрезерованные и вставные зубья);—    по числу шарошек (одно-, двух- и трехшарошечные);

—    по расположению и конструкции промывочных или продувочных (рис. 2.3.7) каналов [с центральной промывкой (Ц), с боковой гидромониторной промывкой (Г), с центральной продувкой (П), с боковой продувкой (ПГ)];

—    по конструкции опоры шарошек [на подшипниках с телами качения (В); на одном радиальном подшипнике скольжения и остальными подшипниками с телами качения (Н); на одном радиальном подшипнике скольжения с герметизацией маслонаполненной

опоры (НУ); на двух и более подшипниках скольжения (А); на двух и более подшипниках скольжения с герметизированными маслонаполненными опорами (АУ)].

В табл. 2.3.1 приведены основные типы инструмента шарошечного бурения (долот) [16].

Приведем пример условного обозначения долота: 111-215,9-СЗ-ГНУ ГОСТ 20692-2003. Оно расшифровывается так:III — долото трехшарошечное;215,9 — диаметр долота, мм;СЗ — тип долота (для бурения абразивных пород средней твердости);Г — обозначение вида промывки (боковая гидромониторная);НУ — обозначение вида опоры (герметизированная маслонаполненная на одном радиальном подшипнике скольжения и остальных — подшипниках с телами качения).

В горной промышленности применяются в основном трехшарошечные долота (рис. 2.3.8) с опорами Р-Ш-Р, имеющими два силовых роликоподшипника и между ними замковый шариковый подшипник.

В табл. 2.3.2 приведены технические характеристики шарошечных долот.

При бурении мягких пород для увеличения скалывающего воздействия на породу оси шарошек смещены в горизонтальной плоскости относительно оси долота (рис. 2.3.9).

При бурении крепких вязких пород с целью улучшения выноса из забоя выбуренных частиц применяются самоочищающиеся долота, выполненные с межзубковыми фрезерованными пазами. При бурении зубчатый венец одной шарошки входит в проточку между венцами другой, благодаря чему улучшается очистка зубьев от породы.При бурении глубоких скважин целесообразно применять сферические долота, характеризующиеся высокой стойкостью опор и в целом долота (рис. 2.3.10).Дополнительные устройства для шарошечных долот. Шарошечные долота с целью повышения эффективности процесса бурения оснащают следующими устройствами: лубрикаторами, маслоотделительными втулками, шламозащитными клапанами, амортизаторами, стабилизаторами и др.

Смазку опор долота осуществляют с помощью масляно-воздушного лубрикатора (рис. 2.3.11), устанавливаемого над долотом.

Масло находится в кольцевой полости, образованной корпусом / и трубой 2. Давление сжатого воздуха, поступающего от компрессора, передается на масло через напорную трубку 3. Для предотвращения утечек масла через центральное отверстие в долоте между лубрикатором и долотом 4 предусмотрена прижимная втулка 5. Смесительная камера, где расположена турбинка 6, сообщается через каналы во втулке 7 и каналы в долоте с опорами подшипников. Расход масла регулируют дросселем 8. Масло в корпус заливают перед бурением через отверстие, закрываемое пробкой 9.Под действием давления сжатого воздуха, а также собственной силы тяжести масло при открытом дросселе 8 попадает в смесительную камеру на турбинку 6, вращающуюся под действием струи продувочного сжатого воздуха, перемешивается с ним, дробясь на капельки. Далее масляно-воздушная смесь через каналы во втулке 7 поступает к подшипникам шарошек, смазывая их, а воздух выходит через зазор между шарошкой и опорой, предупреждая попадание буровой мелочи в опоры подшипников шарошек.

Во ВНИИ буровой техники (г. Пермь) разработан достаточно простой способ подачи смазки к опорам шарошек: с отделением масла из воздушного потока в ниппельной полости долота и направлением его в подшипники долота с помощью специальной маслоотражательной втулки (рис. 2.3.12).

Долото выполнено с центральным продувочным отверстием и каналами в лапах для подачи в опоры воздуха и смазки. В центральный канал устанавливают втулку с боковыми отверстиями для подачи воздуха на забой. В верхней части втулка снабжена отражателем, обеспечивающим выделение имеющегося в воздушном потоке масла и скапливание его в кольцевой камере, откуда оно вместе с воздухом поступает в продувочные каналы в лапах. Ниже предусмотрен дополнительный отражатель, препятствующий разбрызгиванию масла воздушным потоком и попаданию его в центральный продувочный канал. Маслоотражательную втулку устанавливают в ниппельной полости долота и крепят к центральному соплу. Долота с маслоотражательными втулками имеют более равномерный износ вооружения.

При бурении обводненных скважин целесообразно применять обратные клапаны, предохраняющие важнейшие элементы долота и полости бурильных штанг от шлама (рис. 2.3.13).

Во время бурения продувочный агент поступает в каналы лап, предотвращая зашламо-вывание опор шарошек, одновременно охлаждая их и смазывая. В случае прекращения подачи продувочного агента тарелка клапана с помощью пружины прижимается к крышке и во внутренних полостях центрального сопла и ниппеля долота образуется воздушная подушка.Для гашения низкочастотных колебаний бурового става, возникающих при интенсификации режимов бурения (повышения частоты вращения долота и силы подачи), и уменьшения передачи вибраций на конструкции станка применяют амортизаторы, которые размещают в различных местах бурового снаряда (рис. 2.3.14). Во время осевых перемещений трубы / под действием внешних сил происходит упругая деформация резиновых колец 2. Одновременно идет перетекание амортизационной жидкости через зазоры, образованные жиклерами 4 и втулками 3, и превращение механической энергии в тепловую.

Основной объем производства шарошечных долот за рубежом для горнорудной промышленности приходится на фирмы США. Несколько фирм фактически являются монополистами: это компании Yuth, Smith, Securite, Chicago Pneuvmatic, Reed, Oil manufacture, Sandvik и др.

Этими фирмами была разработана и широко используется конструкция комбинированной опоры шарошек, состоящей из большого роликового подшипника, располагаемого у основания цапфы: замкового шарикового подшипника, размещаемого в средней части цапфы; концевого подшипника скольжения и торцовой опорной пяты.Для уменьшения трения в подшипнике скольжения и торцевой пяте конец цапфы наплавляют твердым сплавом и шлифуют, а в шарошку запрессовывают втулку из антифрикционного материала и опорную пяту. Пята и втулка перед запрессовкой охлаждаются до температуры -100 °С.Чтобы обеспечить проход сжатого воздуха к поверхностям трения в долотах с продувкой опор, на цапфе подшипника скольжения предусматривают продольные пазы.Торцовая опорная пята надежно воспринимает тангенциальную составляющую нагрузки на долото, позволяя разгрузить замковый шариковый подшипник и торцы роликов от восприятия тангенциальной составляющей, а это резко уменьшает износ шариков, исключает перекос и заклинивание роликов в процессе работы и тем самым увеличивает срок службы опор.Сложность изготовления такой опоры состоит в необходимости выплавки цапфы из твердого сплава с последующей шлифовкой, изготовлением и запрессовкой опорной пяты и втулки из антифрикционного материала, прецизионной точности изготовления и сборки опоры.Кроме того, за рубежом шарошечные долота изготавливают из высоколегированных сталей, обеспечивающих повышенные прочность и износостойкость материала шарошек и лап долота. Благодаря выполнению подшипникового узла с более высокой точностю уменьшается люфт шарошек на цапфах и увеличивается срок службы долот. Применение герметизированных опор шарошек препятствует попаданию продуктов разрушения в опорные подшипники и этим существенно снижает их износ. Изготовление долот с устройствами для консистентной смазки опор из масленок, смонтированных в лапах долот, позволяет улучшить условия работы опор и увеличить ресурс подшипников и долот в целом.

Использование шарошечных долот с боковой продувкой улучшает аэродинамическую характеристику и повышает стойкость долот.

Применяются специальные формы рабочих поверхностей твердосплавных штырей шарошек: коническая, клиновая с овальным притуплением и др.Конструктивные и технические особенности зарубежных шарошечных долот способствуют значительному увеличению эффективности разрушения породы на забое и их работоспособности. Однако до сих пор ни одной из зарубежных фирм не освоено серийное изготовление комбинированных режуще-шарошечных долот, разборных (со съемными лапами) долот и долот для бурения скважин некруглой формы, разработанных в России.

enciklopediya-tehniki.ru

Бурение скважин - бурение шарошечными долотами

Геология    Порядок работ    Библиотека    Цены    Контакты

Главная > Библиотека > Бурение скважин > Бурение шарошечными долотами

Бурение шарошечными долотами

Известно, что механическая скорость бурения скважин находится в прямой зависимости от величины осевой нагрузки и частоты вращения долота, устанавливаемых оптимальных их значений при бурении большинства твёрдых горных пород. Эта зависимость реализуется при выборе рационального типа породоразрушающего инструмента с учётом механических свойств горных пород: динамическая прочность, твердость и абразивность, вызывающих износ конструктивных и разрушающих породу элементов вооружения долот. В производственных условиях твёрдость и прочность пород оценивают механической скоростью бурения и износом породоразрушающего инструмента. Эти показатели не всегда соответствуют рациональному типу выбранных шарошечных долот, так как однотипные породы часто неидентичные по своим механическим свойствам, хотя и относятся к одним и тем же стратиграфическим отложениям. Горные породы в одних и тех же отложениях отличаются по прочности, твердости, абразивности и трещиноватости.

В большинстве гидрогеологических разрезов при бурении скважин на воду в геологическом строении присутствуют следующие породы: пески, суглинки, галечник, валунные морены, мергели, песчаники, аргиллиты, известняки, глины, глинистые сланцы, гравелиты, граниты, порфириты и др. Каждая горная порода требует применения типа долот соответствующего её свойствам буримости.

На практике выбирают долота, обеспечивающие эффективность бурения группы схожих по свойствам горных пород. Каждый тип долота определяется конструкцией опор (подшипники) и вооружением - числом и размерами зубьев на шарошках. Мягкие, вязкие глины и другие связные породы разбуривают трехлопастными долотами; песчаники и известняки средней твердости - шарошечными долотами типа С, абразивные песчаники, крепкие известняки и доломиты - долотами типа Т, мелкокристаллические сланцы, доломиты и кварциты - шарошечными долотами типа К. Выбор типа долота связан с глубиной внедрения зубца в горную породу и его износом.

Кроме твёрдости горных пород, на эффективность бурения оказывают влияние и другие механические свойства. Большинство горных пород являются хрупкими, пластично-хрупкими и пластичными. В хрупких и пластично хрупких горных породах с малым коэффициентом пластичности максимум механической скорости бурения достигается при высоких скоростях вращения породоразрушающего инструмента. Хрупкие породы при разрушении истираются и скалываются, поэтому в хрупких породах целесообразно тип породоразрушающего инструмента выбирать в зависимости от предела прочности пород на сжатие и истирания породоразрушающего инструмента.

Несколько примеров по выбору типа долота. Малопластичные аргиллитовые породы разбуривают шарошечными долотами типов МС, С, а при наличии в аргиллитовых сланцах трещиноватости выбор типа долота затруднен; здесь предпочтение отдается долотам типа СТ. В процессе разбуривания аргиллитовых сланцев VI-VII категорий по буримости нередки случаи, когда рейс прерывается из-за износа вооружения долота при еще работоспособных опорах. В таком случае применяют штыревые долота типа СЗ. Эти долота часто не дают нормируемой проходки, если породы абразивные. Сравнительно низкие механические скорости при бурении штыревыми долотами объясняются тем, что сферическая поверхность штырей в сочетании с неровной поверхностью забоя повышает вибрацию долота и начинается интенсивный износ опоры.

Очевидно, для разбуривания аргиллитовых сланцев высокой треищноватости целесообразно использовать долота типа СТ дробящего действия.

На большинстве разрезов в процессе разбуривания песчаников отмечается абразивный износ породоразрушающего инструмента.

В трещиноватых монолитных породах с повышением скорости вращения долота износ вооружения долот изменяется прямо пропорционально частоте вращения. В породах высокой трещиноватости частоту вращения снижают до 60...80 мин, а при повышении её до 120...160 мин глубина внедрения зубьев начинает заметно уменьшаться, появляется вибрация и бурение становится неэффективным. Несмотря на то, что повышение частоты вращения приводит к увеличению числа повреждений забоя скважины зубьями шарошек, разрушительный эффект каждого зуба уменьшается. При работе шарошечного долота шарошки перекатываются по деформируемому забою, и под действием возникающих крутильных колебаний окружная скорость изменяется от максимума до нуля, уменьшается механическая скорость бурения, породоразрушающий инструмент подвергается действию ударов, и в результате разрушаются зубья шарошек.

При разбуривании пород высокой трещиноватости снижают осевую нагрузку и частоту вращения до минимальных значений.

Для бурения пород высокой трещиноватости выбирают определенное соотношение между частотой вращения и осевой нагрузки, (для долот средних диаметров).

Основными показателями выбора соотношения осевой нагрузки и частом вращения в хрупких породах служат твёрдость, трещиноватость и абразивность пород. Для разбуривания среднетвердых породсредней трещиноватости рекомендуются долота С и СТ, а более крепких пород трещиноватости - долота ТК и Т.

При выборе типа породоразрушающего инструмента для разбуривания твёрдых пород повышенной трещиноватости следует учитывать угол падения пластов - пологий, крутопадающий и т. д. Такой показатель (Т) будет определять отношение угла встречи породоразрушающего инструмента к плоскости трещиноватости. Значение этого показателя не поддается строго определенной закономерности и расчету, его устанавливают по данным исследования кернового материала:

Коэффициент Т принимается равным 0,3...0,8. При крутопадающих пластах, где угол наклона составляет 60...80°, и средней трещиноватости пород коэффициент Т принимается равным 0,4.. .0,6 к общему времени стойкости долот.

В породах малой трещиноватости при угле падения 5... 15° рекомендуются шарошечные долота с углом наклона оси цапф к оси долота 51.. .52°, а в породах высокой трещиноватости - 55...57°. Смежные венцы шарошек, имеющие угол 55...57°, расположены относительно друг к другу таким образом, чтобы забой при работе долота имел ступенчатую форму и происходило соответствующее перекатывание шарошек по деформируемому забою.

В значительно абразивных и трещиноватых породах VII- IX категорий буримости, в отличие от монолитных нетрещиноватых, величина осевой нагрузки принимается на 25...40% ниже нормальной нагрузки при частоте вращения снаряда от 120 до 80 мин1. С увеличением осевой нагрузки до 60...80 кН проходка за рейс сокращается на 20...25% по сравнению с нагрузкой 40...50 кН. В породах средней трещиноватости при частоте вращения снаряда 120... 160 мин рейсовая проходка на шарошечное долото составляет 5...8 м. В породах средней твёрдости, нетрещиноватых и малоабразивных механическая скорость повышается до 2,5 м/ч при достаточном числе УБТ для создания осевой нагрузки бурильной колонной труб.

В условиях сложных тектонических нарушений (сбросы и надвиги), когда скважина направлена под острым углом к слоистости, частоту вращения породоразрушающего инструмента снижают до 60...80 мин.

В зависимости от свойства горных пород, типа долот, конструкции, глубины, диаметра скважины и состояния бурового оборудования выбирают оптимальный режим бурения - осевую нагрузку, частоту вращения и расход промывочной жидкости. Оптимальную осевую нагрузку устанавливают следующим образом.

После приработки долота на забое (в течение 10... 15 мин) нагрузку доводят до максимального значения, достигнутого предыдущим долотом, затем снижают на 10... 15%. Если при снижении нагрузки механическая скорость бурения уменьшается, нагрузку вновь повышают до первоначальной, но не превышающей максимально допустимой для данного типоразмера долота.

В монолитных горных породах при постоянных значениях осевой нагрузки и частоте вращения с увеличением расхода промывочной жидкости, подаваемой на единицу площади забоя скважины, механическая скорость бурения повышается. Практически установлено, что с увеличением расхода промывочной жидкости механическая скорость бурения возрастает до определённого предела, после чего остаётся постоянной. В пластичных породах максимум механической скорости достигается при малой частоте вращения и значительном расходе промывочной жидкости. При увеличении частоты вращения шарошечного долота механическая скорость может в одних случаях повышаться, а в других - уменьшаться в зависимости от осевой нагрузки и расхода промывочной жидкости.

Частота вращения долота при бурении гидрогеологических скважин, учитывая геологоразведочную специфику конструкции бурильной колонны и скважины (прочность бурильных труб и их диаметр, зазоры между обсадными и бурильными трубами и др.), во избежание аварийных осложнений не должна превышать 325 мин.

Количество промывочной жидкости с учётом практических рекомендаций принято рассчитывать исходя из скорости восходящего потока в кольцевом пространстве.

При бурении лопастными долотами количество подаваемой жидкости должно соответствовать подаче промывки для долот типа М соответствуют диаметров.

Бурение скважин с разбуркой - это часто применяемый в практике метод при необходимости бурения скважин большого диаметра и невозможности создать необходимую осевую нагрузку в начальных интервалах скважины. Бурение осуществляют малым диаметром, обычно с отбором керна, а затем эти интервалы разбуривают долотом большого диаметра.

Геологические изыскания под частный дом Стоимость геологических изысканий Как происходит работа: Договор > Бурение > Технический отчет Содержание технического отчета Сделать  заказ на геологические изыскания

www.buroviki.ru

Шарошечное долото

Шарошечное долото – это специальный буровой инструмент. Его используют, в основном, при сооружении скважин вращательным бурением, когда происходит разрушение и дробление породы за счет его вращения.  Шарошечное долото  применяют при бурении самых различных пород – от довольно мягких до очень твердых. Этот буровой инструмент, обычно, имеет от трех до шести шарошек – твердосплавные зубья различной конфигурации и длины. Эти самые зубья изготавливают из специального твердого сплава – карбида вольфрама, который настолько прочен, что может разрушить даже очень твердые горные породы.

При работе шарошка долота вращается с очень большой скоростью, частота оборотов в минуту может составлять от двухсот пятидесяти и даже выше. Кроме как в бурении скважин на воду, шарошечное долото применяют еще и в горнодобывающей промышленности - при бурении газовых, нефтяных и взрывных скважин. Этот буровой инструмент имеет неразборную конструкцию, которая состоит из литого корпуса или трех, сваренных между собой, секций с цапфами, на концах которых расположены на опорах с подшипниками свободно вращающиеся шарошки.

Стоимость шарошечного долота может быть самой различной - в зависимости от  марки этого бурового инструмента она может колебаться от пяти до двухсот тысяч рублей, посмотреть долота можно здесь. Шарошечное долото воздействует на горную породу двумя методами – дробления и дробления скалывания. Этот буровое оборудование делится на:  корпусное и секционное.

Корпусное долото

Самое обычное трехшарошечное долото состоит из литого корпуса, узла опор, лап, цапф и подшипников, а так же промывочного или очищающего узла и шарошек.  Промывочный узел может иметь небольшие сопла, которые формируют при бурении поток специального раствора с высоким напором. Кроме того, в корпусе есть каналы.

Стандартные буровые трех шарошечные долота для стандартного бурения артезианских скважин имеют массу от 10 до 20 килограмм
Долота для промышленного бурения скважин имеют массу от 120 до 210 килограмм

Верхнюю часть шарошечного долота принято называть присоединительной головкой, так как она присоединяется к переходнику или нижней части бурильной колонны. Нижняя часть литого корпуса имеет специальные пазы, в которые вмонтированы лапы с шарошками. Эти самые лапы надежно привариваются к корпусу бурового долота при помощи сварки. Такая конструкция свойственна именно отечественным шарошечным долотам, диаметр которых составляет более 394 миллиметров.

Секционное долото

Само слово «секционное» говорит само за себя – такой буровой инструмент состоит из нескольких секций. Они хорошо сварены между собой по всему внешнему контуру. Верхние сегментные части всех этих секций в итоге образуют присоединительную головку, на которой в дальнейшем нарезают коническую наружную резьбу. Средняя часть этого бурового инструмента тоже представляет собой единое целое, так как лапы между собой так же надежно свариваются. На самих лапах снаружи имеются приливы, ребра и кромки жесткости. Кроме того, там расположены округлые полуцилиндрические приливы, которые еще называют «бобышками». Они необходимы для промывочных сопел.

Следует отметить, что любое шарошечное долото вращается на забое скважины только по часовой стрелке, а шарошки, наоборот – против часовой стрелки.

Эта информация позволит нашим заказчикам, решившим пробурить у себя на участке скважину на воду, иметь более реальное представление о бурильном оборудовании и о самом процессе бурения.

centrgeologiya.ru


Смотрите также