Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Буровое долото представляет собой основной породоразрушающий инструмент, который крепится на конце бурильной колонны и обеспечивает механическое разрушение горных пород при бурении скважин. Современные долота PDC обеспечивают проходку от 2000 до 15000 метров в зависимости от литологии, шарошечные долота проходят 500-1000 метров. Выбор типа долота осуществляется по международной классификации IADC с учетом твердости породы, абразивности и глубины бурения.
Буровое долото является ключевым элементом бурильной колонны, предназначенным для разрушения горной породы в процессе проходки скважин. Термин сохранился с ранних периодов развития бурения, когда применялся исключительно ударный способ проходки. Современные долота работают по принципу вращательного бурения с осевой нагрузкой, создаваемой весом утяжеленных бурильных труб.
Основная функция инструмента заключается в передаче крутящего момента и осевой нагрузки от бурильной установки к забою скважины. При этом буровой раствор обеспечивает охлаждение рабочих элементов и вынос разрушенной породы на поверхность с рекомендуемой скоростью восходящего потока 0,7-1,2 метра в секунду. Выбор типа долота напрямую влияет на механическую скорость проходки и рейсовую скорость бурения.
Важно: Правильный подбор породоразрушающего инструмента с учетом литологии позволяет увеличить проходку на долото в 2-3 раза по сравнению с неоптимальным выбором, что существенно снижает затраты на спуско-подъемные операции.
Классификация буровых долот по ГОСТ 20692-75 и международным стандартам основывается на характере воздействия на породу и конструкции рабочей части. По виду разрушения выделяют дробящие, дробяще-скалывающие, режуще-скалывающие и истирающие типы. Каждый вид оптимален для определенного диапазона твердости горных пород.
Шарошечные долота состоят из корпуса с одной, двумя или тремя шарошками конической или сферической формы, закрепленными на подшипниках качения или скольжения. Вооружение шарошек выполняется фрезерованными стальными зубьями для мягких пород либо твердосплавными зубками с призматическими или сферическими головками для твердых пород. Опоры могут быть открытыми роликовыми или герметизированными маслонаполненными.
Принцип работы основан на перекатывании шарошек по забою с одновременным внедрением зубьев в породу. Дробящее и дробяще-скалывающее действие обеспечивает эффективное разрушение пород от мягких до крепких. Трехшарошечные долота составляют более 90 процентов всего объема бурения нефтяных и газовых скважин благодаря универсальности применения.
Преимущества шарошечных долот:
Долота PDC (Polycrystalline Diamond Compact) представляют собой лопастные инструменты режуще-истирающего действия с поликристаллическими алмазными резцами. Корпус изготавливается из стали или матричного карбида вольфрама. Резцы диаметром от 8 до 19 миллиметров впаиваются в лопасти или запрессовываются в посадочные гнезда. Толщина алмазного слоя составляет от 0,5 до 5 миллиметров.
Механизм разрушения породы основан на срезании и истирании, что требует меньших энергозатрат по сравнению с дроблением. Отсутствие подвижных элементов исключает риск потери частей инструмента в скважине. Средняя проходка на долото PDC в мягких и средних породах составляет 2000-3000 метров при стандартных 700-800 метрах для шарошечных долот. В благоприятных условиях Западной Сибири достигается проходка 10000-15000 метров.
Области применения долот PDC:
Международная ассоциация буровых подрядчиков IADC (International Association of Drilling Contractors) разработала универсальную систему классификации долот. Код состоит из трех цифр и одной буквы для шарошечных долот либо четырех символов для долот PDC, отражающих конструкцию и предназначение инструмента.
Код шарошечных долот состоит из трех цифр и одной буквы. Первая цифра обозначает серию вооружения от 1 до 8 по возрастанию твердости пород. Серии 1-3 соответствуют долотам с фрезерованным вооружением, серии 4-8 - с твердосплавным вооружением. Вторая цифра характеризует тип вооружения в пределах серии от 1 до 4. Третья цифра от 1 до 7 определяет конструкцию опоры и наличие твердосплавных калибрующих вставок.
Четвертый буквенный символ указывает на дополнительные характеристики: A - бурение с продувкой воздухом, H - горизонтальное бурение, M - работа с забойными двигателями, G - усиленная защита лап, J - гидромониторные долота для набора кривизны.
Код PDC долот включает четыре символа. Первый буквенный символ обозначает материал корпуса: M для матричного карбида вольфрама и S для стального. Второй цифровой символ от 1 до 8 характеризует твердость породы, категория 5 отсутствует. Третий символ от 1 до 8 определяет режущую структуру по диаметру и типу резцов. Четвертый символ указывает профиль долота и гидравлическую конструкцию.
Критерии выбора долота основываются на анализе литологии разбуриваемых пород, их абразивности, твердости по штампу и наличия прослоек различной крепости. Правильный подбор инструмента с учетом геологических условий определяет эффективность бурения и ресурс долота.
Твердость породы оценивается по шкале буримости от категории I до XII либо по прочности при статическом вдавливании штампа. Мягкие породы включают глины, мягкие сланцы, песчаники с твердостью до 40 МПа. Породы средней твердости представлены известняками, доломитами, ангидритами с прочностью 40-120 МПа. Твердые и крепкие породы имеют прочность свыше 120 МПа и включают кварциты, граниты, базальты.
Абразивность определяется содержанием кварца и других твердых минералов в породе. Высокоабразивные породы вызывают интенсивный износ режущих элементов и требуют применения долот с твердосплавным или алмазным вооружением. Переслаивание пород различной твердости создает неравномерные нагрузки на долото и является источником вибраций.
Рекомендации по выбору типа долота:
Стандартный ряд диаметров шарошечных долот по ГОСТ 20692-75 включает размеры от 46 до 508 миллиметров. Наиболее распространенные диаметры для нефтегазового бурения составляют 76, 93, 139, 190, 215, 244, 295, 349, 393, 444 и 490 миллиметров. Выбор диаметра определяется конструкцией скважины и размерами обсадных колонн.
Долота диаметром 76-93 миллиметра применяются для бурения скважин малого диаметра геологоразведочного назначения. Размеры 139-190 миллиметров используются для проходки нижних интервалов глубоких скважин и хвостовиков. Диаметры 215-295 миллиметров наиболее распространены для эксплуатационных и технических колонн на глубинах 2000-4000 метров.
Крупные диаметры 349-490 миллиметров применяются для бурения верхних интервалов под направление и кондуктор. Долота 393 и 490 миллиметров обеспечивают проходку до глубины 800-1500 метров в относительно мягких породах. Допустимые осевые нагрузки при эксплуатации регламентируются ГОСТ 20692-75 и составляют от 30 до 500 кН в зависимости от диаметра и типа опоры.
Рациональная отработка долот предполагает определение оптимального момента подъема инструмента из скважины. Критериями служат степень износа вооружения и опор, снижение механической скорости бурения, увеличение крутящего момента и появление вибраций.
Основными узлами износа шарошечных долот являются вооружение и опоры шарошек. Износ зубьев проявляется в сглаживании вершин, притуплении граней и сколах твердосплавных вставок. Предельный износ вооружения характеризуется снижением высоты зубьев на 70-80 процентов от первоначальной высоты.
Износ опор определяется по увеличению люфта шарошек на цапфах, утечке смазки из герметизированных подшипников, повышению температуры корпуса. Предельное состояние опоры наступает при люфте более 2-3 миллиметров или заклинивании шарошек. Износ калибрующих поверхностей приводит к уменьшению диаметра долота на 1-3 миллиметра.
Для долот PDC характерен постепенный износ алмазных резцов от периферии к центру. Международная классификация IADC определяет степень износа по восьмипозиционной шкале от 0 до 8, где 0 означает отсутствие износа, а 8 - полное разрушение резцов. Внутренние и внешние резцы оцениваются отдельно. Критическими видами износа являются кольцевой износ RO, перегрев резцов HC, выпадение или скол вставок LT, эрозия корпуса ER.
Износ резцов PDC делится на три категории по индексу I: нулевая степень I=0 допускает дальнейшую отработку долота, первая степень I=1 требует ремонта долота, вторая степень I=2 предполагает утилизацию инструмента. Срок службы долот PDC при полной нагрузке в 3-5 раз превышает ресурс шарошечных долот в аналогичных условиях.
Критерии подъема долота: Резкое снижение механической скорости бурения более чем на 50 процентов от начальной, увеличение крутящего момента на 30-40 процентов, нестабильная работа с вибрациями, проходка достигла планового значения.
Эффективная отработка долота достигается при оптимальном сочетании осевой нагрузки, частоты вращения и расхода бурового раствора. Осевая нагрузка создается весом утяжеленных бурильных труб, при этом не должна превышать 75 процентов массы утяжеленного низа.
Для шарошечных долот в мягких породах рекомендуется удельная нагрузка 300-500 кг на 1 см диаметра долота при частоте вращения 90-120 оборотов в минуту. В породах средней твердости удельная нагрузка составляет 400-700 кг на 1 см при частоте 70-90 оборотов в минуту. Твердые породы требуют удельной нагрузки до 800-1000 кг на 1 см и частоты 50-70 оборотов в минуту.
Долота PDC эффективно работают при меньших осевых нагрузках и повышенных оборотах. Рекомендуемая удельная нагрузка составляет 200-350 кг на 1 см диаметра. Частота вращения при роторном бурении достигает 120-180 оборотов в минуту, с забойными двигателями до 200-250 оборотов в минуту. Расход бурового раствора обеспечивает скорость восходящего потока в кольцевом пространстве 0,7-1,2 метра в секунду для эффективного выноса шлама.
Буровое долото является ключевым элементом породоразрушающего инструмента, определяющим эффективность бурения скважин. Правильный выбор типа долота по классификации IADC с учетом литологии обеспечивает оптимальную механическую скорость и рейсовую скорость проходки. Шарошечные долота обладают универсальностью применения для всех типов пород согласно ГОСТ 20692-75, долота PDC показывают высокую эффективность в мягких и средних породах.
Рациональная отработка инструмента с контролем износа и режимных параметров позволяет достичь проходки до 15000 метров на долото PDC в благоприятных условиях и до 1000 метров на шарошечное долото. Применение современных долот диаметром от 76 до 490 миллиметров в сочетании с оптимальными режимами бурения обеспечивает надежное и экономичное выполнение буровых работ.
Данная статья носит исключительно информационный характер и предназначена для ознакомления технических специалистов с классификацией и применением буровых долот. Информация не может служить основанием для принятия решений без дополнительного инженерного анализа конкретных условий бурения. Автор не несет ответственности за последствия применения изложенных сведений без учета актуальных нормативных документов ГОСТ 20692-75 с изменениями, стандартов API и рекомендаций производителей оборудования.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.