6.1 Породоразующии инструмент  – долота, их назначение  и разновидности.

Долота служат для разрушения горных пород на забое  скв.

Скважина  – инженерное сооружение в толще горных пород, цилиндрического типа,

диаметр цилиндра в 100 тыс. раз меньше его длины.

 По характеру  воздействия на породу долота  классифицируются следующим образом:

1. долота режуще-скалывающего действия (лопастные долота). Предназначены для разбуривания пластичных пород небольшой твердости (глина, глинистые сланцы) и малой абразивности;

абразивность – (способность стачивать долото) способность горных пород разрушать породо-разрушающие элементы. Самая сильная абразивность у песков и песчаников.  Особо сложно бурить пласты - коллектора (состоящие из песчаников).

3. Долота дробяще-скалывающего действия- класс шарошечных долот. Тип долота будет зависеть от породы, данным долотом можно бурить все 5 видов пород.
4. долота режуще-истирающего действия с алмазным и твердо-сплавными породоразрушающими вставками.

По назначению долота делятся на:

• долота, разрущающие горную породу сплошным забоем.
• Долота, разрущающие горные породы кольцевым забоем ( колонковое долото).

Отбор керна (керн образец гороной породы)- используется в геологоразведачных скв. для определения  породы, для подъёма керна в  целях определения свойств коллектора. (данное бурение очень затратное).

• долота специального назначения.

Долота для  сплошного и колонкового бурения  предназначены для углубления скв-ны. А специального назначения предназначены  для работы в пробуренных скв. Ими расширяют и выравнивают  ствол скв.

Так же долота делятся  по характеру воздействия и по назначению.

ЛОПАСТНЫЕ ДОЛОТА

разрушение горной породы  на забое  происходит за счёт передних граней. Боковые  выравнивают, колибруют стенки скв. В верхней части имеется резьба, с помощью которой долото присоединяется к бурильной колонне. Угол между лопастями 180^о-2 лопасти, 120^о-3 лопасти. Твёрдые армированные вставки в целях увеличения износостойкости долота, вставки для армирования лопастей. Промывочные отверстия в корпусе лопастей для промывочного раствора. Раствор поднимает породу- шлам по затрубному пространству на поверхность. Отверстия для промывки есть во всех лопастях. Количество отверстий соответствует количеству лопастей. Скорость истечения жидкости по промывочным отверстиям  очень высокая, в связи с этим в отверстия вставляют сменные металло-керамические насадки, чтобы раствор не разрушил лопасти долота.  

ШАРОШЕЧНЫЕ  ДОЛОТА (Долота дробяще-скалывающего действия)

В отличие  от лопастных, в шарошечных имеются  вращающиеся детали – шарошки. Шарошка  крепится на лапе долота с помощью подшипника, потому может вращаться. Один шариковый подшипник является замковым, для того чтобы надёжно закрепить шарошку на лапе долота и не допускать её продольных перемещений (шарошки должны только вращаться). Долото (любое) на забое скв вращается по часовой стрелке. А шарошки осуществляют вращение против часовой стрелки. Комбинация этих движений и даёт дробяще-скалывающий эффект. Существуют 1, 2, 3, 4, 6, 8-шарошечные долота. На подвижных вращающихся деталях располагаются породоразрушающие элементы – зубцы. Зубцы могут быть изготовлены вместе с толом шарошки, одновременно путём фрезирования или накатки.  Зубцы могут быть изготовлены из специальных твёрдых сплавов и впаены в тело шарошки. Зубцы располагаются на шарошке в виде концентрических окружностей или венцов. Венцы нумеруются буквами алфавита – А, Б, В… А находится в центре. Последний венец называется переферийным. Переферийные зубцы испытывают как бы двойную нагрузку, т.е. участвуют в разрушении породы на забое и в колибровании стенок скв. Очень часто периферийные зубцы изготовляют Г-, П-, Т- образной формы  (для фрезирования зубцов).

Твёрдосплавные  зубцы изготавливаются клиновидной  формы, сферической формы, призматической формы. Форма зубца будет соответствовать  типам различных пород по твёрдости.  Чем твёрже порода тем большее количество зубцов находится в венцах (тем ближе располагаются зубцы). Чем мягче порода тем реже расположены зубцы. Расстояние между зубцами – ШАГ(для мягких наибольший, для твёрдых наименьший). Высота зубца от основания шарошки до вершины – ВЫЛЕТ(наибольший для разбуривания мягких пород, наименьший для твёрдых).  На всех шарошках количество зубцов и венцов разное. У шарошечных долот зачастую количество промывочных отверстий соответствует количеству шарошек(но не всегда). Очень часто в  промывочное отверстие  долота для того чтобы уменьшить износ промывочных каналов вставляются металло-керамические сменные насадки. При чём диаметр входного отверстия  металло-керамической насадки больше диаметра выходного отверстия. За счёт этого возникает гидромониторный эффект - увеличивается давление и разрушающий эффект струи. В таком случае на долоте указывается «Г». Бывают долота с центральной промывкой, тогда в шифре долота присутствует «Ц».

Самоочищающиеся шарошки-когда венцы соседних шарошек проходят между венцами других шарошек. За счёт этого происходит очищение шарошек от выбуренной породы. Твёрдосплавные зубцы предназначены для разбуривания абразивных горных пород, если в шифре долота есть буква «З», значит долото обладает твёрдосплавным вооружением и предназначено для абразивных пород. Фрезерованные зубцы предназначены для неабразивных пород. 

  

Одношарошечное           Двухшарошечное долото

 долото 
 

Трехшарошечное  долото 

АЛМАЗНЫЕ  ДОЛОТА

Применяют технические  алмазы 3-х групп:

1. борт, 2.  баллас, 3.  карбонада.

Борт –  алмазы в виде неправильных кристаллов, желтого, коричневого или серого цвета.

Баллас –  шаровидные агрегаты крупнокристаллические  мутнобелого или серого цвета.

Карбонада –  плотные, мелкозернистые агрегаты, черного (-серого) цвета.

Буровые долота чаще всего готовят из подгруппы борт. Измеряются в каратах. Алмазные долота дороже, чем шарошечные. Для их использования необходимо технико-экономическое обоснование.

Преимущества  Ал долот - экономия на подъёме долота после сработки,т.к. они способны бурить 300 метров без остановки.

Ал долота состоят из корпуса в верхней  части, в которой нарезана резьба для присоединения к бурильной  колонне или к валу забойного  двигателя. Кроме корпуса имеется  твёрдосплавная  матрица. Корпус и  матрица соединяется между собой  в процессе спекания. Алмазосодержащие элементы выполняются в виде секторов, разделённых канавками для прохода промывочной жидкости. Промывочные канавки выполняются спиральными или радиональными. Алмазы закрепляются на твёрдосплавной матрице методом порошковой металлургии.

Колонковое бурение (с отбором керна) Проводится колонковыми долотами или бурильными головками.  Колонковое долото состоит из бурильной головки, которая разрушает забой по кольцу (в середине порода остаётся неизменной) и колонкового заряда (керноприёмного устройства). Бурильная головка или коронка может быть твёрдосплавной(впаивается в поверхность) или алмазной. Выбуренный керн размещается в колонковой трубе. Керн при подъёме инструмента удерживается в колонковой трубе специальным кернодержателем. При турбинном способе бурения отбор керна осуществляется турбодолотами. В данном случае бурильная головка представляет собой инструмент дробяще-скалывающего действия (шарошечного типа). Шарошечные бурильные головки используются в снаряде «Недра». 

6.2 Бурильная колонна. 

      Бурильная колонна представляет собой связующее звено между долотом, находящемся на забое скважины,  и буровым оборудованием, расположенным на поверхности.

      Бурильная колонна выполняет  различные необходимые  функции:

       - подводит энергию (механическую, гидравлическую, электрическую) к долоту;

       - обеспечивает подачу бурового  раствора к забою;

       - создает осевую нагрузку на  долото;

       - обеспечивает восприятие реактивного  момента долота и забойного  двигателя.

         6.2.1 Ведущие бурильные  трубы. 

представляют  собой толстостенную трубу, имеющую в сечении квадратную, шестигранную или крестообразную форму с концентрично расположенным круглым или квадратным отверстием для прохода бурового раствора. Они предназначены для передачи вращения от ротора к бурильным трубам.

1. Бурильные трубы составляют основную часть колонны. При роторном бурении колонна бурильных труб служит для передачи вращения долоту и подачи бурового раствора к забою скважины. Существует несколько разновидностей  бурильных труб, различающихся по реконструктивному исполнению: трубы с высаженными внутрь концами, трубы с высаженными наружу концами; бурильные трубы с высаженными внутрь и наружу концами и коническими стабилизирующими поясками; с приваренными соединительными концами (соединяются посредством крупной замковой резьбы) и трубы бурильные с высаженными наружу концами и нарезанной на них крупной замковой резьбой.
2. Бурильные замки  предназначены для соединения в колонну бурильных труб, в зависимости, от конструкций которых имеют разные типы. Замки состоят из двух деталей: замкового ниппеля с наружной резьбой и замковой муфты с внутренней резьбой. Для соединения с бурильными трубами на замковых деталях нарезана мелкая трубная резьба.
3. Переводники предназначены для соединения элементов, имеющих разные размеры или разнотипные резьбы, а также присоединения подсобных и ловильных инструментов к бурильным трубам. Применяют пять основных типов переводников, которые подразделяют на две группы: штанговые – для соединения трубы бурильной ведущей с вертлюгом и бурильными трубами; промежуточные - для соединения других элементов колонны.
4. Центраторы бурильной колонны – это опорно-центрирующие элементы, к таковым относятся калибраторы, стабилизаторы и другие элементы скважины. Они служат для предупреждения искривления ствола скважины при бурении забойными двигателями.
5. Утяжеленные бурильные трубы, устанавливаемые непосредственно над долотом или забойным двигателем, с целью увеличения жесткости бурильной колонны, устойчивости и передачи нагрузки на долото. Существует несколько разновидностей УБТ отличающихся по исполнению: 1) утяжеленные бурильные трубы сбалансированные УБТС2; 2) утяжеленные бурильные трубы горячекатаные; 3) утяжеленные бурильные трубы с замками УБТСЗ.

 

             6.2.4 Утяжеленные бурильные трубы (УБТ). 

       Утяжелитель нижней части бурильной колонны (УНБК) предназначен для бурения стволов большого диаметра под обсадные колонны диаметром 324 -508 мм роторным способом.

       УНБК имеет наружный диаметр,  равный диаметру обсадной колонны,  под которую бурится ствол, и длину 9-12 м. 3-4 таких утяжелителей устанавливают непосредственно над долотом в составе компоновки нижней части бурильной колонны (КНБК), включающей утяжелённые бурильные трубы в количестве, необходимом для создания эффективной нагрузки на долото.

       Бурение скважин с применением  утяжелителей позволяет:

• предупредить искривление скважины;

• уменьшить  зазоры между стенкой скважины и  обсадной колонной;

• увеличить  показателей работы долот в 2-3 раза;

• уменьшить  сальникообразования на долоте;

• исключить риск прихвата полномерных калибраторов, применяемых в альтернативных КНБК;

• сократить  затраты на спуско-подъёмные операции и ликвидацию осложнений, связанных  с неустойчивостью пород.

       Возможна передача технической  документации для изготовления УНБК и оказание технической помощи при изготовлении и внедрении УНБК.

       Цена передачи ноу-хау по одному  типо-размеру УНБК составляет100000 руб., по двум типо-размерам -150000 руб. 
 

                                 7. Забойные двигатели. 
 

                                        7.1  ТУРБОБУР. 

           Турбобур - забойный гидравлический двигатель для бурения глубоких скважин преимущественно на нефть и газ. Многоступенчатый турбобур - машина открытого типа, вал его вращается в радиальных и осевых резинометаллических подшипниках, смазкой и охлаждающей жидкостью для которых является циркулирующая промывочная жидкость - глинистый раствор. Для получения максимальных значений кпд лопатки турбины профилируют так, чтобы безударный режим их обтекания совпадал с максимумом мощности турбины. Выполняют турбины цельнолитыми, общее число ступеней турбины достигает 120, рабочие диаметры турбобура для бурения глубоких и сверхглубоких скважин - 164,