22961 (653285), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Рис. 4 10 Схема подшипника типа ролик — шарик — ролик:
1 — наружный роликовый подшипник, 2,3 — шариковый и роликовый подшипники.
Долота с фрезерованными зубцами наиболее широко используют при бурении очень мягких пород, в которых требуются небольшие нагрузки.
Для твердых пород применяют шарошки со вставками штыревого типа. Вставки изготовлены из карбида вольфрама и запрессованы в отверстия, предварительно просверленные в корпусе шарошки.
Существуют несколько форм вставных зубцов, каждая из которых предназначена для соответствующей твердости разбуриваемой горной породы (рис. 4.9). Остроконечные вставные
зубцы используют для бурения мягких пород, а круглые и полусферические вставки применяют для бурения средних и твердых пород. На рис. 4.1 показано долото штыревого типа с остроконечными вставными зубцами.
Подшипники опор долот. Эти элементы долота выполняют следующие функции: 1) воспринимают радиальную нагрузку; 2) воспринимают осевые нагрузки; 3) удерживают шарошки на лапах.
Первая функция осуществляется крайним и ближним к вершине цапфы подшипниками, вторая и третья функции — шариковыми подшипниками и фрикционными упорными поверхностями.
Применяют два различных типа подшипников: качения (антифрикционные) и скольжения (фрикционные).
Подшипники качения применяют в виде двух схем: ролик — шарик —ролик (РШР) и ролик—шарик—подшипник скольжения (РШС).
Подшипник опоры типа ролик — шарик — ролик (рис. 4.10) включает роликовый подшипник (ближний к вершине цапфы), содержащий ролики (небольшие сплошные цилиндры), промежуточный шариковый и наружный роликовый подшипники. Шариковый замковый подшипник служит для закрепления шарошки на цапфе Диаметр подшипника определяется углом наклона цапфы и типоразмером шарошки. Рациональное соотношение между диаметрами подшипников, роликов и шариков, толщиной корпуса шарошки определяется прочностью каждой составной части. Недостаток опоры долота со схемой РШР — выкрашивание беговых дорожек на стороне большей нагрузки под действием высоких напряжений. Долговечность долота со схемой РШР меньше по сравнению со схемой, в которой применяют подшипники фрикционного типа (скольжения).
Схема ролик — шарик — ролик обычно используется в долотах диаметром более 311 мм в условиях, в которых требуются высокие скорости вращения.
Опора со схемой РШС (см. рис. 4.4) включает подшипник скольжения, установленный ближе к вершине цапфы. Внутренний шариковый и наружный роликовый подшипники такого же типа, что и в схеме РШР. Подшипник скольжения состоит из специальной цементируемой втулки, запрессованной в гнездо передней части цапфы Поверхность цапфы покрыта специальным твердым сплавом (стеллитом) так, что при вращении втулки на цапфе коэффициент трения незначителен, в результате чего уменьшается износ.
Подшипники скольжения стали применять в бурении, чтобы исключить недостатки опор со схемой РШР — выкрашивание беговых дорожек. Кроме того, замена роликов подшипниками скольжения позволяет увеличить прочность шарошки вследствие большей толщины корпуса и цапфы за счет ее большего диаметра.
Опоры по схеме ролик— шарик— подшипник скольжения используют в долотах диаметром до 311 мм.
Рис. 4.11. Цапфа подшипника скольжения типа СШС [1]:
1 — уравнительные отверстия; 2 — резервуар со смазкой, 3 — отверстие для заполнения смазкой, 4 — канал для смазки, 5 — замковый палец, 6 — кольцевой слой смазки, 7 — сальниковое уплотнение, 8 — слой твердого сплава на цапфе, 9 — лапа, 10— мембрана для уравнивания давления; 11 — слой специального покрытия для быстрого отвода тепла на внутренней поверхности шарошки, 12 — шарошка, IS — шариковый подшипник, /4 — пята, 15 — стой твердого сплава на нагруженной поверхности цапфы.
Фрикционные подшипники (скольжения). Основное их отличие состоит в том, что ролики подшипника, установленного ближе к вершине цапфы, и наружного заменены подшипниками скольжения. Это дает возможность увеличить диаметр опоры, в результате чего получают более прочную опору. Опора по схеме подшипник скольжения — шарик— подшипник скольжения (СШС) приведена на рис. 4.11. Существует другой вариант «Хьюз», в котором шариковый подшипник заменен стальным кольцом.
Смазка опор долот. Опоры шарошечных долот бывают не-герметизированные и герметизированные. Негерметизирован-ные опоры смазываются с помощью циркулирующего в скважине бурового раствора, поступающего через зазоры между шарошкой и цапфой. Для смазки долот с герметизированной опорой применяют специальную систему, размещенную внутри корпуса лапы. В последнем случае смазка буровым раствором не рекомендуется, так как буровой раствор содержит абразивные твердые вещества (песок, барит и т. д.), которые сокращают срок эксплуатации долота.
Негерметизированные опоры смазываются буровым раствором. Герметизированная опора состоит из подшипников, уплотнения, резервуара со смазкой и компенсатора давления (см. рис. 411). Уплотнение представляет собой О-образное кольцо, помещенное между шарошкой и самой нижней точкой подшипника. Уплотнительное кольцо создает герметизацию, предупреждающую попадание бурового раствора на опору или выход смазки. Резервуар обеспечивает подачу консистентной
смазки в опору через канал. Движение консистентной смазки регулируется системой компенсирования давления.
Компенсатор давления включает гибкую мембрану, которая действует в пределах металлического протектора и удерживается стальной крышкой с отверстиями. Компенсатор поддерживает одинаковое давление внутри и снаружи опоры. Механизм компенсирования давления снабжен предохранительным клапаном. Последний защищает уплотнение опоры и компенсатор от повреждения, когда высокая температура способствует разложению смазки на газообразные компоненты, в результате чего увеличивается внутреннее давление.
КЛАССИФИКАЦИЯ БУРОВЫХ ДОЛОТ
Конструкции долот с фрезерованными зубцами или штыревые долота могут быть изготовлены при различных сочетаниях диаметра, форм и типа зубцов, величины смещения, типа подшипника и механизма смазки. Существует несколько фирм-изготовителей долот, которые выпускают собственные модификации конструкций долот. Таким образом, для одного типа пород имеется несколько конструкций долот различных изготовителей.
Международная ассоциация буровых подрядчиков (IADC, или МАБП) в 1972 г. разработала сравнительную классификацию для различных типов долот. Основные положения этой классификации приведены в табл. 4.1, в которой каждое долото обозначается с помощью трех индексов.
Первый индекс (или цифра) определяет классификацию серии, которая относится к вооружению долота. Для долот с фрезерованными зубцами первый шифр имеет цифры от 1 до 3, который характеризует породу — мягкая, средняя и твердая соответственно.
Мягкие породы (цифра 1) требуют длинных, тонких зубцов с большим шагом между ними для эффективного бурения. Средние породы (цифра 2) требуют коротких зубцов с меньшим шагом между ними, чтобы выдерживать высокие контактные нагрузки.
Твердые породы (цифра 3) требуют очень коротких зубцов с малым шагом для максимального срока службы долота и эффективного бурения.
Для штыревых долот первый индекс — цифры 5—8. Эти цифры соответствуют увеличению твердости породы (см. табл. 4.1).
Второй индекс относится к классу твердости горной породы в пределах каждой группы и имеет номера от 1 до 4. Эти номера соответствуют твердости пород от самых мягких до самых твердых в пределах каждой серии.
Третий индекс (от 1 до 9) определяет механические особенности [2] долота, например, опоры герметизированные и негерметизированные.
В табл. 4.2 и 4.3 приведены сравнительные характеристики для фрезерованных и штыревых долот четырех фирм-изготовителей.
В качестве примера использования табл. 4.2 рассмотрим долото с шифром 134. Из табл. 4.2 можно видеть, что шифр долота 134 указывает на то, что долото с фрезерованными зубцами подходит для мягких пород (класс 3). Этот тип долота характеризуется герметизированной опорой и может быть заказан у четырех приведенных ниже производителей следующим образом.
Фирма.............. «Смит» «Хьюз» «Рид» «Секьюрити»
Марка долота (шифр 134)..... SDG XIG S13 S44
Марки штыревых долот с шифром 627 приведены ниже. '
Фирма ............... «Хьюз» «Рид» «Смит»
Марка долота (шифр 627) ...... 155 FP62 F5
АЛМАЗНЫЕ ДОЛОТА
Режущие элементы алмазного долота состоят из большого количества небольших алмазов, расположенных на корпусе из карбида вольфрама. В долоте нет движущихся частей, и оно обычно применяется для бурения твердых и абразивных пород, а также когда требуется значительная проходка, чтобы сократить время на спуск и подъем. Это особенно важно для глубо ких скважин (в морском бурении), где стоимость времени работы буровой установки очень велика. Алмазные долота используют при бурении с отбором и без отбора керна. При бурении с отбором керна долото применяют в сочетании с грунтоноской, чтобы получить образцы породы.Алмаз — твердый материал и имеет твердость 10 ед. по шкале Мооса. В этой классификации 1 соответствует мягким породам (например, тальк), а 10 — очень твердым минералам (например, алмаз).
Теплопроводность алмаза также самая высокая среди минералов, что позволяет алмазному вооружению быстро охлаждаться. Это свойство важно для предупреждения разрушения алмазов при быстром нагревании и термическом растрескивании.
На рис. 4.16 приведены алмазные долота с различными профилями конусов.
Размер алмазов определяет тип буримой породы. Для бурения мягких пород используют крупные алмазы, а для твердых небольшие, так как они не могут вдавливаться глубоко.
Большинство алмазных долот изготовляют для колонкового бурения, так как долота типа PDC менее дороги и имеют высокие производственные показатели. В алмазном колонковом долоте выполнено центральное отверстие, соответствующее диаметру керна. При колонковом бурении КНБК. Включает алмазное колонковое долото, грунтоноску, УБТ и бурильную колонну до поверхности..
Рис 4.16 Алмазные до лота с различными профилями конусов.
БУРЕНИЕ ВЕРТИКАЛЬНЫХ И НАПРАВЛЕННЫХ СКВАЖИН.
БУРЕНИЕ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СКВАЖ.ИН
ПРИЧИНЫ ИСКРИВЛЕНИЯ СТВОЛА СКВАЖИНЫ
В роторном бурении основными элементами бурильной колонны являются долото, стабилизаторы, УБТ и бурильная колонна до устья скважины
Разрушение породы осуществляется под действием осевой нагрузки на зубцы долота за счёт веса труб и вращения ротора Действующая нагрузка на долото превышает предел прочности на сжатие и разрушает поверхность породы, а вращение обеспечивает срезающее и разрывающее действие В результате действия этих двух факторов образуются частицы породы различных размеров, которые вымываются на поверхность потоком бурового раствора или воздуха После этого зубцы долота внедряются в новую поверхность породы, позволяя таким образом углублять скважину.
Направление оси скважины зависит от состава нижней части бурильной колонны и характеристики пласта. На рис. 8.1 показано, как под действием приложенных усилий бурильная колонна изгибается и в некоторой точке (точка касания) контактирует со стенками скважины.
Направление скважины обусловлено силами W, F. Силы W и F могут быть количественно определены в любом месте ствола скважины. Сила реакции забоя значительно изменяется в пределах одного типа пород, что затрудняет ее количественное определение и прогнозирование. Сила реакции забоя зависит от типа долота и осевой нагрузки.
Рис 8 1 Схема действия механических факторов на искривление ствола скважины / — ось скважины 2 — ось УБТ La — активная длина УБТ, А — точка касания / — угол искривления № — осевая нагрузка на долото F — отклоняющая (маятниковая) сила.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ
Технологические факторы, способствующие отклонению скважины от вертикали, включают осевую нагрузку W и отклоняющую силу F (см. рис. 8.1). Осевая сила представляет общую нагрузку на долото и по характеру является сжимающим усилием. Бурильная колонна изгибается под действием нагрузки W и в результате ось УБТ отклоняется от оси скважины.
Силу W, действующую на долото, можно разложить на две составляющие: W\, направленную вдоль оси скважины, и Wi, перпендикулярную к оси скважины. Составляющая W2 обусловливает отклонение скважины от вертикали и ее значение возрастает с увеличением зазора между УБТ и скважиной и нагрузки на долото. Сила W2 вызывает отклонение скважины влево (см. рис. 8.1).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
