Долото бурове

Долото бурове, основний елемент бурового інструменту для механічного руйнування гірської породи на вибої свердловини в процесі її проходки. Термін "долото" зберігся від раннього періоду розвитку техніки буріння, коли єдиним способом проходки свердловин було ударне буріння, при якому долото бурове мало схожість з дерев'яних будівельних конструкцій інструментом того ж найменування. бурове долото, як правило, закріплюють в кінці бурильної колони, яка передає йому осьовий і окружне зусилля, що створюється буровою установкою (у разі ударного буріння долото бурове підвішується на канаті і завдає ударів по забою свердловини за рахунок енергії вільного падіння).

В основу класифікацій долото бурове покладені дві ознаки: призначення і характер впливу на породу. За призначенням розрізняють 3 класу долото бурове: для суцільного буріння (руйнування породи по всьому вибою свердловини), для колонкового буріння (руйнування породи по кільцю у стінок свердловини з залишенням в її центральній частині керна) і для спеціальних цілей (розбурювання цементу в колоні труб, розширення свердловини та ін.) За характером впливу на породу долото бурове діляться на 4 класи: дробить дії, дробяще-сколюватися, істірающе-ріжучого і режуще-сколюється. Основні елементи долото бурове - корпус і робоче (руйнівна) частина; остання визначає три типи бурове долото, широко використовуються в промисловості: шарошечні, алмазні і лопатеві.

шарошечні долото бурове здійснюється понад 90% обсягу буріння на нафту і газ; ці долото бурове найбільш продуктивні при бурінні геологорозвідувальних (суцільним забоєм) і вибухових свердловин в міцних породах. Вперше долото бурове з конічними шарошки було винайдено в США (1909). Шарошечні долото бурове (або колонковая бурильна головка) складається з однієї, двох, трьох і більше конічних, сферичних або циліндричних шарошок, змонтованих на підшипниках кочення або ковзання або ж їх комбінації на цапфах секцій долото бурове На зовнішній поверхні шарошки мають породоруйнуючих елементи -- фрезеровані зуби або запресованих (зупинено) твердосплавні зубки або комбінації зубів і зубків. Для підвищення зносостійкості фрезеровані зуби армуються твердим сплавом. Геометрична форма і параметри породоруйнуючих елементів (висота і довжина зубів, кут загострення і притуплення їх вершин, частота розташування зубів на кожному вінці шарошок) для різних долото бурове різні й залежать від фізичних властивостей гірських порід. Зуби на конусах шарошок, як правило, мають клиноподібну форму; твердосплавні зубки -- клиноподібну або напівсферичної робочі поверхні. Залежно від конструкції корпусу, шарошечні долото бурове поділяються на секційні та цельнокорпусние. У секційних долото бурове корпус зварюється з окремих (двох, трьох і чотирьох) секцій, на цапфах яких монтуються вільно обертові шарошки. У цельнокорпусних долото бурове корпус литий, до нього приварюються лапи з шарошки. Для приєднання бурове долото до бурильної колоні у секційних передбачена зовнішня конусна різьба (ніпель), у корпусних -- внутрішня конусна різьба (муфта). Секції (лапи) і шарошки долото бурове виготовляються з хромонікельмолібденових, хромоникельовой і нікельмолібденових сталей. Шарошечні долото бурове в СРСР нормалізовані за типами та діаметрам (від 46 до 490 мм) і виготовляються 14 типів для розбурювання м'яких, середньої твердості, твердих, міцних і дуже міцних порід. Найширше поширення мають трехшарошечние долото бурове В обмежених обсягах застосовуються вставні дво-і трехшарошечние долото бурове для буріння свердловин турбінним і роторним способами, що дозволяють опускати нове і піднімати відпрацьоване долото бурове всередині колони бурильних труб без підйому останніх на поверхню, а також многошарошечние долото бурове для буріння свердловин діаметром 346-2600 мм реактивно-турбінним способом.

Алмазні долото бурове (і бурильні головки) складаються з твердосплавної алмазонесущей робочої частини (матриці) та сталевого корпусу з внутрішньої приєднувальних конусної замкової різьбою. долото бурове відрізняються один від одного формою робочої частини, якістю алмазів і системою промивки. Матриці цих долото бурове виготовляються методом порошкової металургії з різних металевих порошків. Ці порошки забезпечують гарне утримання алмазів і дозволяють отримувати матриці різної твердості і зносостійкості. Матриця на основі вольфраму, його карбіду і міді забезпечує достатню міцність, зносостійкість і високу теплопровідність матричного матеріалу. Для виготовлення долото бурове (бурильних головок) застосовуються технічні алмази масою 0,05-0,34 кар (на долото бурове діаметром 188 мм витрачається 400-650 кар, або 2000-2500 зерен алмазів). Алмазні долото бурове та бурильні головки в СРСР виготовляються діаметрами 140, 159, 188, 212, 241 і 267 мм двох модифікацій: одношарові типів "ДР", "ДТ", "ДК", "КТ" і "КР" з розміщенням алмазів у поверхневому шарі робочих крайок матриці за певними схемами і імпрегновану типу "ДІ" з приблизно рівномірним розподілом дрібних зерен алмазів у матричному матеріалі. Алмазні долото бурове доцільно застосовувати при великих (понад 3000 м) глибинах свердловин. Як правило, стійкість алмазного долото бурове в 20-30 разів перевищує стійкість шарошечні. З 1967 в СРСР широко застосовуються бурове долото типу "ІСМ", робочі поверхні яких армовані вставками з надтвердого матеріалу "Славутич" (верхня частина вставок або 30% висоти - з "Славутича", нижня - з твердосплавних порошків, спечених методом порошкової металургії). Вставки закріплюються пайкою в ребрах корпуса заподлицо. Ці долото бурове виготовляються діаметрами 138, 142, 158, 188, 212, 241, 267, 293, 317, 344, 392 мм і ефективно працюють при бурінні м'яких і середньої твердості малоабразівних і среднеабразівних порід.

лопатеві долото бурове складається з кованого корпусу, до якого приварюються три лопаті і більше. У дволопатеве долота корпус і лопаті отштамповиваются як одне ціле. Передні межі лопатей армуються твердосплавними пластинами прямокутної форми і зерновим сплавом реліт, а бічні - твердосплавними циліндричними зубками. Лопатеві долото бурове застосовуються для розбурювання м'яких і середньої твердості порід. В СРСР вони випускаються з технічних нормалей трилопатевими типу "3Л" діаметрами від 118 до 445 мм, дволопатеве "2Л" діаметрами від 76 до 161 мм і багатолопатеву "ИР" діаметрами від 76 до 269 мм, шпилястий "ПЦ" і "ПР" діаметрами від 97 до 445 мм. У ряді випадків виготовляють долото бурове типу "РХ" ( "риб'ячий хвіст"), що є різновидом дволопатеве долото бурове До лопатевим відносяться також долото бурове для ударно-канатного буріння. Для допоміжних робіт в СРСР випускаються фрезерні бурове долото типу "ФР" у вигляді плоскодонних фрезерів, нижня робоча поверхня яких оснащена твердосплавними зубками або пластинками, які виступають над корпусом долото бурове

Ефективне буріння свердловин забезпечується своєчасної очищенням вибою від вибуреного частинок породи і підйомом їх на поверхню, а також охолодженням робочих елементів долото бурове Це здійснюється звичайно продувкою при бурінні неглибоких (до 20 м) свердловин, а при бурінні глибоких і надглибоких -- промиванням. У шарошечні долото бурове застосовується два види промивки: за центральному каналу і гідромоніторная - між шарошки, а у великих корпусних долото бурове - їх комбінація. Форма, перетин, розташування і кількість промивальних каналів залежать від призначення, типу і розміру долото бурове В гідромоніторних шарошечні і лопатевих долото бурове для збільшення переданої ними гідравлічної потужності застосовуються змінні мінералокераміческіе або металокерамічні насадки різних діаметрів, перетворюють перепад тиску на долото бурове в швидкісний напір, що підвищує ефективність руйнування породи.

Удосконалення долото бурове здійснюється в напрямку поліпшення їх конструкцій (гідромоніторная система очищення вибою свердловини, створення нових опор ковзання тощо), застосування нових матеріалів (високоміцні тверді сплави, стали електрошлакового й вакуумно-дугового переплавів), оснащення робочих елементів долото бурове алмазами, високоміцними твердими сплавами і надтвердими матеріалами. Див також ст. Буріння.

Список літератури

Мальков І. А., Теорія та практика застосування гідромоніторних доліт в США, М., 1958

Волков С. А., Волков А. С., Довідник з розвідувального буріння, М., 1963

Корнєєв К. Є., Палій П. А., Бурові долота, 3 изд., М., 1971

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

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.nashstroy.ru