Буровые породоразрушающие инструменты. 
Основные элементы конструкции шарошечных долот и долот PDC. 
Выбор типа долота и рациональная отработка долот для сплошного бурения

Наличие флюса также обеспечивает равномерное распределение припоя по телу резца. Резцы устанавливаются в карманах и закрепляются специальным пружинным устройством. Корпус долота помещается в печь и в восстановительной среде нагревается до температуры 700 °C. При данной температуре формируются соединения между поверхностями опоры резца и кармана. После охлаждения припой твердеет, и пружинное фиксирующее устройство снимается. Присутствие кобальта обуславливает предел температурной устойчивости резца PDC, который существенно ниже, чем у натурального алмаза. Кобальт используется в процессе производства синтетических алмазов в качестве растворителя графита и затем — как катализатор для его превращения и высаживания создавшихся частиц алмазов. Если резец PDC нагреть выше 700 °C, кобальт вновь начинает работать как катализатор, но в данном случае он стимулирует превращение алмазных кристаллов в графит. Поэтому, во избежание риска спонтанной графитизации, очень важно, чтобы резец PDC использовался при температуре ниже критической. Профили долота.

Существуют три основных типа профилей:

Плоский, или с неглубоким конусом: эта конструкция позволяет равномерно распределять приложенную на долото нагрузку на каждый из резцов, но при этом она ограничивает плотность размещения резцов, и тем самым ограничивает применение долота в породах с твёрдыми пропластками. Двойной конус, или сужающийся профиль: эта конструкция позволяет увеличить плотность размещения резцов в сторону наружного диаметра долота, даёт возможность получить их равномерный износ, атакже обеспечивает высокую стабильность при вращении и направленном бурении. Долота с двойным конусным профилем наиболее пригодны для бурения пород с чередующимися твёрдыми пропластками. Параболический профиль: эта конструкция долота обеспечивает равномерное распределение нагрузки по поверхности, исключаятем самым зоны с резкой концентрацией напряжений. Обычно долота с параболическимпофилем используются при бурении с забойными двигателями и турбобурами. Алмазные долото целесообразно применять при больших (свыше 3000 м) глубинах скважин. Как правило, стойкость алмазного долота буровое в 20−30 раз превышает стойкость шарошечного. Расположение гидравлических насадок.

Расположение гидравлических насадок имеет важное значение для сведения к минимуму образования застойных зон вокруг долота при бурении. С помощью стробоскопии могут быть выявлены и, при необходимости, откорректированы застойные зоны и зоны избыточного движения жидкости. Долота PDC разрушают горную породу с помощью режущего действия в отличии от разрушения породы сжатием, что происходит при использовании трехшарошечных долот. Количество энергии для удаления одной единицы объёма значительно меньше, чем тот же показатель для шарошечных долот и долот, армированных натуральными алмазами. Во время поцесса разрушения горной породы резцом PDC, твёрдосплавное основание, находящееся сразу за алмазным слоем, изнашивается быстрее, чем поликристаллические алмазы. В результате этого образуется заострённое алмазное лезвие, которое продолжает оставаться острым на протяжении всей жизни резца. Хотя резец PDC показывает прекрасное сопротивление абразивному износу, он очень чувствителен к ударной нагрузке. Болеевязкая твёрдосплавная основа обеспечивает определённую степень поддержки и смягчения ударных нагрузок. Компания «Рид-Хайкалог» запатентовала импрегнированные алмазные вспомогательные элементы, которые используются во всех типах буровых долот с резцами PDC, что также играет ключевую роль в защите алмазных резцов от ударных нагрузок. В отличие от шарошечных и долот с мелкими алмазами, PDC резцы обладают самозатачивающимися свойствами. Механизм разрушения породы долотом с АТП представлен на рисунке 3. Рисунок3 — Разрушение породы.

Конструкция долот PDCКонструкция PDC долот представлена на рисунках 4 и 5. Рисунок 4 — Долото PDCвид сверху.

Рисунок 5 — Долото PDCвид слева.

Корпуса долот PDC бывают стальными и матричными. Матричный корпус получают путем пропитки твердосплавного порошка, помещенного в пресс-форму, легкоплавким связующим — латунью, бронзой, сплавами на основе никеля. Матрица обладает значительно более высокой износоустойчивостью и сопротивляемостью гидроабразивному износу. Стальной корпус имеет более высокую точность изготовления и обеспечивает значительно большую протяженность лопастей долота в осевом и радиальном направлении (т.е. «вылет» лопасти над корпусом долота).Решение о том, какой материал использовать в новой конструкции всегда является компромиссным решением. От корпуса долота, на протяжении всего срока службы долота, требуется обеспечение следующих функций:

удерживать и обеспечивать поддержку, как резцов, так и промывочных насадок;

сохранять прочность при рабочих условиях на забое скважины;

направлять и контролировать поток бурового раствора, очищающего и охлаждающего резцы;

обеспечивать крепление к бурильной колонне. Хотя как сталь, так и матрица могут удовлетворить все эти требования, каждый из материалов может превосходить другой в специфических функциях. В любом случае основные конструктивные особенности долот: размер вооружения, профиль лопастей, материал корпуса и т. д. зависят от типа разбуриваемых пород. Для более твердых пород увеличивается запас вооружения, следовательно, увеличивается количество лопастей и уменьшается диаметр резцов. Малые резцы дают максимальный радиальный объем алмазов благодаря плотности их распределения. Для менее твердых пород — размер резцов обычно увеличивают (до ‡22,5 мм). Крупные резцы имеют больший объем алмазов обусловленный их большим выступом. Также может изменяться и длина калибрующей части в зависимости от назначения долота. Например, для бурения участка набора зенитного угла калибрующая часть укорачивается, для зарезных долот может вообще отсутствовать или являться режущей. Для участка стабилизации, с целью повышения качества ствола и стабилизации работы долота, длину калибрующей части повышают. Классификация PDC долот по IADC представлена в таблице 1. Таблица 1 — Классификация PDCдолот по IADC3 Выбор типа долота и рациональная отработка долот для сплошного бурения. В основу выбора типов долот, режимов их отработки положены:

механические свойства пород (твердость, пластичность, абразивность и др.);литологический состав пород;

интервалы отбора керна и характеристика отбираемых пород по трудности отбора керна (сыпучие, рыхлые, крепкие и т. д.);статистические показатели отработки долот по данной площади или соседним площадям. Режим бурения задается следующими параметрами:

осевая нагрузка на долото;

частота вращения долота;

расход очистного агента (промывочной жидкости) в единицу времени. Осевая нагрузка на долото выбирается с учетом твердости породы, типа долота, его диаметра и технической возможности ее обеспечения. Проектная нагрузка на долото при бурении под направления, кондуктор не постоянная из-за малого веса бурильной колонны. Поэтому всю её по мере углубления скважины разгружают на долото, а в графе «нагрузка на долото» отмечают — «вес инструмента» .Частота вращения долота зависит от способа бурения, осевой нагрузки на долото, типа забойного двигателя. По частоте вращения различают три режима работы, при бурении данной скважины будет использоваться низкооборотное бурение (менее 100 об/мин) роторным способом до глубины 20 м, и в интервалах отбора керна; среднеоборотное бурение (от 100−450 об/мин) при разбуривании пород забойным двигателем и турбобуром. Кроме этого необходимо учитывать тот факт, что для оптимальной работы гидравлического двигателя необходим расход, соответствующий его технической характеристике.

Заключение

.

Разрушение горных пород является основной операцией при добыче и переработке полезных ископаемых. В процессе бурения скважин важную роль играет качество проходки бурового долота и качество забоя. Правильный подбор буровых долот для соответствующей горной породы, соблюдение техники бурения и качественной промывки скважин позволяет добиться высокой скорости бурения с минимальными потерями бурового инструмента. Например: для мягких пород при неглубоких скважинах целесообразно использовать лопастные долота, а при бурении твердых и глубоких пород лучше подходят шарошечные или алмазные долота. Интенсивное развитие промышленного и разведочного бурения в настоящее время связано с использованием различного оборудования и инструментов. Применение тех или иных технических средств или технологических мероприятий в конкретных геологических условиях, часто резко различающихся по физико-механическим свойствам пород, обусловливает сложность выбора буровых долот. Поэтому при бурении скважин следует строго соблюдать технику бурения и учитывать особенности типа бурового долота. При несоблюдении техники могут возникнуть осложнения в виде разрушений бурового долота, перегреве, смещения осей шарошечных долот, и вследствие этого, быстрое изнашивание инструмента и проведение дополнительных операций по извлечению поврежденного оборудования из скважины. В настоящее время разрабатываются новые виды долот. С использованием современных технологий производства удается получить долота с высоким сроком службы, большой проходкой и скоростью работы, что позволяет уменьшать энергозатраты на процесс бурения скважин, а также эффективно проводить сверхглубокие и горизонтальные скважины.

Список литературы

Акбулатов Т.О., Левинсон Л. М., Салихов Р. Г., Янгиров Ф. Н. Расчеты при бурении наклонных и горизонтальных скважин: Учебное пособие. — Уфа: Изд-во УГНТУ, 2005 г. Баграмов Р. А. Буровые машины и комплексы: Учебник для вузов. — М.: Недра, 1988 г. Вадецкий Ю. В. Бурение нефтяных и газовых скважин.

М.: Недра, 1985 г. Конесев Г. В., Филимонов Н. М. Методическое руководство по расчету бурильных колонн. — Уфа: УНИ, 1985 г. Леонов Е. Г. Исаев В.И. Гидроаэромеханика в бурении: Учебник для вузов.

М.: Недра, 1987 г.