Доклад: Долото буровое

Долото буровое, основной элемент бурового инструмента для механического разрушения горной породы на забое скважины в процессе её проходки. Термин "долото" сохранился от раннего периода развития техники бурения, когда единственным способом проходки скважин было ударное бурение, при котором долото буровое имело сходство с плотничным инструментом того же наименования. долото буровое, как правило, закрепляют в конце бурильной колонны, которая передаёт ему осевое и окружное усилие, создаваемое буровой установкой (в случае ударного бурения долото буровое подвешивается на канате и наносит удары по забою скважины за счёт энергии свободного падения).

В основу классификаций долото буровое положены два признака: назначение и характер воздействия на породу. По назначению различают 3 класса долото буровое: для сплошного бурения (разрушение породы по всему забою скважины), для колонкового бурения (разрушение породы по кольцу у стенок скважины с оставлением в её центральной части керна) и для специальных целей (разбуривание цемента в колонне труб, расширение скважины и др.). По характеру воздействия на породу долото буровое делятся на 4 класса: дробящего действия, дробяще-скалывающего, истирающе-режущего и режуще-скалывающего. Основные элементы долото буровое - корпус и рабочая (разрушающая) часть; последняя определяет три типа долото буровое, широко применяемых в промышленности: шарошечные, алмазные и лопастные.

Шарошечными долото буровое осуществляется свыше 90% объёма бурения на нефть и газ; эти долото буровое наиболее производительны при бурении геологоразведочных (сплошным забоем) и взрывных скважин в крепких породах. Впервые долото буровое с коническими шарошками было изобретено в США (1909). Шарошечное долото буровое (или колонковая бурильная головка) состоит из одной, двух, трёх и более конических, сферических или цилиндрических шарошек, смонтированных на подшипниках качения или скольжения или же их комбинации на цапфах секций долото буровое На наружной поверхности шарошки имеют породоразрушающие элементы - фрезерованные зубья или запрессованные (запаянные) твёрдосплавные зубки или комбинации зубьев и зубков. Для повышения износостойкости фрезерованные зубья армируются твёрдым сплавом. Геометрическая форма и параметры породоразрушающих элементов (высота и длина зубьев, угол заострения и притупления их вершин, частота расположения зубьев на каждом венце шарошек) для различных долото буровое различны и зависят от физических свойств горных пород. Зубья на конусах шарошек, как правило, имеют клиновидную форму; твёрдосплавные зубки - клиновидную или полусферическую рабочие поверхности. В зависимости от конструкции корпуса, шарошечные долото буровое разделяются на секционные и цельнокорпусные. В секционных долото буровое корпус сваривается из отдельных (двух, трёх и четырёх) секций, на цапфах которых монтируются свободно вращающиеся шарошки. В цельнокорпусных долото буровое корпус литой, к нему привариваются лапы с шарошками. Для присоединения долото буровое к бурильной колонне у секционных предусмотрена наружная конусная резьба (ниппель), у корпусных - внутренняя конусная резьба (муфта). Секции (лапы) и шарошки долото буровое изготовляются из хромоникельмолибденовых, хромоникелевых и никельмолибденовых сталей. Шарошечные долото буровое в СССР нормализованы по типам и диаметрам (от 46 до 490 мм) и изготовляются 14 типов для разбуривания мягких, средней твёрдости, твёрдых, крепких и очень крепких пород. Самое широкое распространение имеют трёхшарошечные долото буровое В ограниченных объёмах применяются вставные двух- и трёхшарошечные долото буровое для бурения скважин турбинным и роторным способами, позволяющие опускать новое и поднимать отработанное долото буровое внутри колонны бурильных труб без подъёма последних на поверхность, а также многошарошечные долото буровое для бурения скважин диаметрами 346-2600 мм реактивно-турбинным способом.

Алмазные долото буровое (и бурильные головки) состоят из твердосплавной алмазонесущей рабочей части (матрицы) и стального корпуса с внутренней присоединительной конусной замковой резьбой. долото буровое отличаются друг от друга формой рабочей части, качеством алмазов и системой промывки. Матрицы этих долото буровое изготавливаются методом порошковой металлургии из различных металлических порошков. Эти порошки обеспечивают хорошее удержание алмазов и позволяют получать матрицы различной твёрдости и износостойкости. Матрица на основе вольфрама, его карбида и меди обеспечивает достаточную прочность, износостойкость и высокую теплопроводность матричного материала. Для изготовления долото буровое (бурильных головок) применяются технические алмазы массой 0,05-0,34 кар (на долото буровое диаметром 188 мм расходуется 400-650 кар, или 2000-2500 зёрен алмазов). Алмазные долото буровое и бурильные головки в СССР изготовляются диаметрами 140, 159, 188, 212, 241 и 267 мм двух модификаций: однослойные типов "ДР", "ДТ", "ДК", "КТ" и "КР" с размещением алмазов в поверхностном слое рабочих кромок матрицы по определённым схемам и импрегнированные типа "ДИ" с примерно равномерным распределением мелких зёрен алмазов в матричном материале. Алмазные долото буровое целесообразно применять при больших (свыше 3000 м) глубинах скважин. Как правило, стойкость алмазного долото буровое в 20-30 раз превышает стойкость шарошечного. С 1967 в СССР широко применяются долото буровое типа "ИСМ", рабочие поверхности которых армированы вставками из сверхтвёрдого материала "Славутич" (верхняя часть вставок или 30% высоты - из "Славутича", нижняя - из твердосплавных порошков, спечённых методом порошковой металлургии). Вставки закрепляются пайкой в рёбрах корпуса заподлицо. Эти долото буровое изготовляются диаметрами 138, 142, 158, 188, 212, 241, 267, 293, 317, 344, 392 мм и эффективно работают при бурении мягких и средней твёрдости малоабразивных и среднеабразивных пород.

Лопастное долото буровое состоит из кованого корпуса, к которому привариваются три лопасти и более. У двухлопастного долота корпус и лопасти отштамповываются как одно целое. Передние грани лопастей армируются твердосплавными пластинами прямоугольной формы и зерновым сплавом релит, а боковые - твёрдосплавными цилиндрическими зубками. Лопастные долото буровое применяются для разбуривания мягких и средней твёрдости пород. В СССР они выпускаются по техническим нормалям трёхлопастными типа "3Л" диаметрами от 118 до 445 мм, двухлопастными "2Л" диаметрами от 76 до 161 мм и многолопастными "ИР" диаметрами от 76 до 269 мм, пикообразными "ПЦ" и "ПР" диаметрами от 97 до 445 мм. В ряде случаев изготавливают долото буровое типа "РХ" ("рыбий хвост"), являющиеся разновидностью двухлопастных долото буровое К лопастным относятся также долото буровое для ударно-канатного бурения. Для вспомогательных работ в СССР выпускаются фрезерные долото буровое типа "ФР" в виде плоскодонных фрезеров, нижняя рабочая поверхность которых оснащена твердосплавными зубками или пластинками, выступающими над корпусом долото буровое

Эффективное бурение скважин обеспечивается своевременной очисткой забоя от выбуренных частиц породы и подъёмом их на поверхность, а также охлаждением рабочих элементов долото буровое Это осуществляется обычно продувкой при бурении неглубоких (до 20 м) скважин, а при бурении глубоких и сверхглубоких - промывкой. В шарошечных долото буровое применяется два вида промывки: по центральному каналу и гидромониторная - между шарошками, а в больших корпусных долото буровое - их комбинация. Форма, сечение, расположение и количество промывочных каналов зависят от назначения, типа и размера долото буровое В гидромониторных шарошечных и лопастных долото буровое для увеличения передаваемой ими гидравлической мощности применяются сменные минералокерамические или металлокерамические насадки различных диаметров, преобразующие перепад давлений на долото буровое в скоростной напор, повышающий эффективность разрушения породы.

Совершенствование долото буровое осуществляется в направлении улучшения их конструкций (гидромониторная система очистки забоя скважины, создание новых опор скольжения и др.), применения новых материалов (высокопрочные твёрдые сплавы, стали электрошлакового и вакуумно-дугового переплавов), оснащения рабочих элементов долото буровое алмазами, высокопрочными твёрдыми сплавами и сверхтвёрдыми материалами. См. также ст. Бурение.

Список литературы

Мальков И. А., Теория и практика применения гидромониторных долот в США, М., 1958

Волков С. А., Волков А. С., Справочник по разведочному бурению, М., 1963

Корнеев К. Е., Палий П. А., Буровые долота, 3 изд., М., 1971

Brantly J. Е., Rotary drilling handbook, 6 ed., Los Ang., 1961.