Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Буровое долото -- породоразрушающий инструмент, закрепляемый на нижнем конце бурильной колонны и предназначенный для разрушения горной породы на забое скважины. Выбор типа и конструкции долота определяется физико-механическими свойствами разбуриваемых пород, глубиной скважины, способом бурения и технологическими требованиями. В мировой практике нефтегазового и горного бурения применяют три основных типа буровых долот: шарошечные (roller cone), долота с фиксированными резцами PDC (polycrystalline diamond compact) и лопастные (drag bits). Классификация осуществляется по ГОСТ 20692-2003, ГОСТ 26474-85 и международному коду IADC.
По характеру воздействия на породу буровые долота подразделяют на три группы:
Дробяще-скалывающие -- шарошечные долота, разрушающие породу перекатыванием зубчатых шарошек по забою под действием осевой нагрузки. Применяются в широком диапазоне пород: от мягких до особо крепких.
Режуще-скалывающие -- долота PDC и лопастные, разрушающие породу срезанием при вращении. Наиболее эффективны в мягких и средних породах; современные PDC-долота применяют и в твёрдых породах.
Режуще-истирающие -- алмазные долота (импрегнированные и с естественными алмазами), разрушающие породу микрорезанием и истиранием. Предназначены для твёрдых, крепких и абразивных пород.
По назначению долота делят на три класса:
-- для сплошного бурения (разрушение породы по всей площади забоя); -- для колонкового (кернового) бурения -- бурильные головки (разрушение породы по кольцу с сохранением керна); -- для специальных целей (разбуривание цементных пробок, расширение ствола, фрезерование металла).
Шарошечное долото состоит из сварного корпуса (лап), на цапфах которого посредством опорных подшипников закреплены конические шарошки с породоразрушающим вооружением. Наиболее распространены трёхшарошечные долота. Одно- и двухшарошечные применяются реже, для специальных задач (малые диаметры, разбуривание пробок). Многошарошечные (4-6 шарошек) используются при реактивно-турбинном бурении.
Основные конструктивные элементы трёхшарошечного долота:
-- Лапы (секции) -- три кованые секции, сваренные между собой, с ниппельной присоединительной резьбой. -- Шарошки -- конические тела вращения с зубьями или твердосплавными штырями (вставками). -- Опора -- система подшипников (качения, скольжения или комбинированная) на цапфе лапы. -- Система промывки -- центральная (Ц) или боковая гидромониторная (Г) через сменные насадки. -- Герметизация -- уплотнения опоры (в герметизированных долотах) для предотвращения попадания шлама в подшипники.
Фрезерованное (зубчатое) вооружение -- зубья нарезаны непосредственно на теле шарошки и наплавлены износостойким сплавом. Характерны для бурения мягких и средних пород (серии IADC 1-3). Зубья длинные, широко расставленные, со значительным коэффициентом скольжения.
Твердосплавное (штыревое) вооружение -- в тело шарошки запрессованы штыри (вставки) из карбида вольфрама различной формы: клиновидной, полусферической, конической. Применяются для средних, твёрдых, крепких и особо крепких пород (серии IADC 4-8). Штыри короткие, расположены часто, выдерживают высокие контактные нагрузки.
Действующий ГОСТ 20692-2003 "Долота шарошечные. Технические условия" устанавливает типы долот по области применения, обозначаемые буквенным шифром:
Пример обозначения по ГОСТ: Долото шарошечное III 215,9 СЗ-ГАУ ГОСТ 20692-2003
Расшифровка: трёхшарошечное (III), диаметром 215,9 мм, для абразивных пород средней твёрдости (СЗ), с боковой гидромониторной промывкой (Г), на подшипниках скольжения с герметизацией опоры (АУ).
Конструкции опор в обозначениях по ГОСТ: В -- подшипники качения, ВУ -- качения с герметизацией, Н -- комбинированные (один подшипник скольжения), НУ -- комбинированные с герметизацией, А -- подшипники скольжения, АУ -- скольжения с герметизацией.
Международная классификация IADC (International Association of Drilling Contractors) основана на четырёхсимвольном коде. Первые три символа -- цифровые, четвёртый -- буквенный (необязательный).
Код IADC: X Y Z A
X (1-я цифра) -- серия вооружения (1-8): серии 1-3 -- фрезерованное вооружение (1 = мягкие, 2 = средние, 3 = твёрдые породы); серии 4-8 -- твердосплавное вооружение (4 = мягкие, 5-6 = средние, 7 = твёрдые, 8 = крепкие).
Y (2-я цифра) -- тип вооружения (1-4): определяет подкатегорию твёрдости породы внутри серии. Тип 1 -- наиболее мягкие породы, тип 4 -- наиболее твёрдые.
Z (3-я цифра) -- конструкция опоры и калибрующей поверхности (1-7): 1 -- стандартная открытая опора на подшипниках качения; 2 -- открытая опора для продувки воздухом; 3 -- стандартная открытая опора на подшипниках качения + калибрующие ТС вставки; 4 -- герметизированная опора на подшипниках качения; 5 -- герметизированная опора на подшипниках качения + калибрующие ТС вставки; 6 -- герметизированная опора на подшипниках скольжения; 7 -- герметизированная опора на подшипниках скольжения + калибрующие ТС вставки.
A (4-й символ, буквенный) -- дополнительные характеристики.
Пример 1: IADC 124E -- долото с фрезерованным вооружением (серия 1 = мягкие породы), тип 2, герметизированная опора на подшипниках качения (4), удлинённые насадки (E).
Пример 2: IADC 517G -- долото с твердосплавным вооружением (серия 5 = средне-мягкие породы), тип 1, герметизированная опора на подшипниках скольжения + калибрующие вставки (7), усиленная защита козырьков (G).
Пример 3: IADC 742X -- долото с твердосплавным вооружением (серия 7 = твёрдые породы), тип 4, открытая опора для продувки (2), клиновидные зубки (X).
PDC-долото (Polycrystalline Diamond Compact) -- породоразрушающий инструмент режуще-скалывающего действия с фиксированными резцами. В отличие от шарошечного долота, PDC не имеет подвижных частей. Разрушение породы происходит путём срезания, что требует меньших затрат энергии по сравнению с дроблением. Процесс резания породы при бурении PDC-долотом энергетически эффективнее дробления, характерного для шарошечных долот.
Резец PDC представляет собой цилиндрическую таблетку, состоящую из двух слоёв: подложки из карбида вольфрама (WC-Co) и рабочего слоя из поликристаллического алмаза толщиной 0,5-5 мм, спечённых при высоком давлении и температуре. Резцы обладают эффектом самозатачивания: твердосплавная подложка изнашивается быстрее алмазного слоя, благодаря чему режущая кромка остаётся острой.
Диаметры резцов PDC стандартизированы: 8, 13, 16 и 19 мм -- наиболее распространённые размеры. Количество и расположение резцов определяется диаметром долота, числом лопастей и твёрдостью пород.
-- Отсутствие подвижных частей и подшипников исключает риск аварий, связанных с потерей шарошки на забое. -- Срок службы в 3-5 раз выше, чем у шарошечных долот, за счёт высокой износостойкости алмазных резцов. -- Скорость проходки (ROP) в мягких и средних породах в 2-3 раза выше, чем у шарошечных долот. -- Меньшая требуемая осевая нагрузка (WOB) при сопоставимой или большей частоте вращения (RPM). -- Широкий диапазон применения: от мягких глин до твёрдых песчаников и карбонатов.
Для долот с фиксированными резцами (PDC, алмазные, импрегнированные) IADC использует отдельную систему четырёхсимвольного кода, отличную от классификации шарошечных долот.
Код IADC для PDC/алмазных долот: A B C D
A (1-й символ, буквенный) -- материал корпуса: S -- стальной корпус; M -- матричный корпус; D -- алмазное долото; O -- другие.
B (2-й символ, цифровой 1-8) -- тип пород (категория 5 отсутствует): 1-4 -- мягкие и средние; 6-8 -- твёрдые и крепкие.
C (3-й символ, цифровой 1-8) -- характеристика режущей структуры (размер и плотность резцов).
D (4-й символ, цифровой 1-9) -- профиль долота и плотность гидравлических каналов.
Пример: IADC S423 -- PDC-долото со стальным корпусом (S), для средних пород (4), со средней плотностью резцов среднего размера (2), плоский профиль с 3 гидравлическими каналами (3).
Лопастное долото -- инструмент режуще-скалывающего действия, состоящий из кованого или сварного корпуса с приваренными лопастями. Конструктивно это наиболее простой тип долота. Лопастные долота предназначены для вращательного бурения мягких и средней крепости пород (I-VI категории по буримости).
Двухлопастные (2Л) -- корпус и лопасти отштампованы как единое целое. Диаметры 76-165,1 мм. Применяются при бурении скважин малого диаметра.
Трёхлопастные (3Л) -- лопасти привариваются к корпусу. Оснащены гидромониторными насадками. Диаметры 120,6-469,9 мм. Наиболее распространённый тип для бурения нефтяных и газовых скважин в мягких породах.
Истирающе-режущие (ИР) -- армированы твердосплавными вставками и алмазными элементами. Диаметры 190,5-269,9 мм. Для средних по твёрдости пород.
Пикообразные (П) -- специальные долота для разбуривания цементных пробок (тип ПЦ) и расширения ствола скважины (тип ПР). Диаметры 98,4-444,5 мм.
Лопасти армируются пластинками твёрдого сплава (ВК8), заплавляемыми в пазы на передней грани. Боковые (калибрующие) грани оснащаются цилиндрическими твердосплавными зубками для формирования стенки скважины. Промежутки между зубками наплавляются износостойким сплавом. У долот типов М и МС оси шарошек смещены для увеличения скалывающего эффекта.
При благоприятных условиях (однородные мягкие породы) лопастное долото способно обеспечить проходку до 1 500 м за один рейс. Однако в неоднородных и перемежающихся породах стойкость резко снижается из-за вибраций и неравномерного износа лопастей.
Алмазные долота (ГОСТ 26474-85) оснащены природными или синтетическими алмазами, внедрёнными в матрицу корпуса. Разрушение породы происходит микрорезанием и истиранием. Долота этого типа не имеют подвижных частей и работают при высоких частотах вращения (300-1 000 об/мин) с малой осевой нагрузкой.
Импрегнированные долота -- алмазные зёрна (крупностью 5-60 шт./кар) распределены в объёме матрицы. По мере износа матрица обнажает новые алмазы. Предназначены для твёрдых и особо крепких абразивных пород (кварциты, граниты, гнейсы).
Долота с естественными алмазами на поверхности -- крупные алмазы закреплены на рабочей поверхности матрицы. Для средних и твёрдых неабразивных пород.
Выбор типа долота определяется комплексом факторов:
1. Физико-механические свойства породы: твёрдость, абразивность, пластичность, трещиноватость, переслаивание. Для однородных мягких пород -- PDC или лопастное; для переслаивающихся и твёрдых -- шарошечное или алмазное.
2. Способ бурения: роторное, турбинное, бурение с забойным двигателем (ВЗД). PDC-долота особенно эффективны с ВЗД, поскольку работают при высоких частотах вращения и малых нагрузках. Шарошечные долота более универсальны при роторном бурении.
3. Диаметр скважины: определяет доступный типоразмерный ряд. Стандартные диаметры шарошечных долот по ГОСТ: 76; 93; 98,4; 120,6; 132; 139,7; 146; 152,4; 158,7; 165,1; 190,5; 215,9; 244,5; 269,9; 295,3; 311,1; 320; 349,2; 393,7; 444,5; 490 мм.
4. Параметры режима бурения: осевая нагрузка (WOB), частота вращения (RPM), расход и давление промывочной жидкости, тип раствора. PDC требуют меньшей WOB, но более чувствительны к вибрациям.
5. Глубина скважины и условия забоя: температура, давление, агрессивность флюидов. На больших глубинах предпочтительны PDC с матричным корпусом, обеспечивающие длительный рейс без подъёма.
6. Региональный опыт: анализ ранее отработанных долот на соседних скважинах (offset well data) -- ключевой источник информации при выборе. Учитываются показатели: механическая скорость (ROP), проходка за рейс (footage), стоимость метра проходки.
Главное отличие -- в механизме разрушения породы и наличии подвижных частей. Шарошечное долото разрушает породу дроблением при перекатывании шарошек и содержит подшипники, подверженные износу. PDC-долото разрушает породу срезанием фиксированными алмазными резцами, не имеет подвижных частей и обеспечивает в 2-3 раза большую скорость проходки в мягких и средних породах. Однако шарошечные долота более универсальны в твёрдых породах и при переслаивании.
Код 437 -- шарошечное долото с твердосплавным вооружением (серия 4 = мягкие породы для штыревого вооружения), тип 3 (средне-мягкие внутри серии), конструкция опоры 7 (герметизированная на подшипниках скольжения с калибрующими твердосплавными вставками). Такое долото предназначено для бурения мягких-среднемягких абразивных пород с высокой стойкостью опоры.
Шарошечные долота предпочтительны в следующих условиях: при бурении крепких и особо крепких абразивных пород (кварциты, граниты, конгломераты); при частом переслаивании мягких и твёрдых пластов (ударные нагрузки вызывают сколы PDC-резцов); при разбуривании металлических элементов в скважине; при ограниченной осевой нагрузке на забой; при бурении скважин малого диаметра, где типоразмерный ряд PDC-долот ограничен.
Импрегнированное долото -- тип алмазного долота, в котором мелкие алмазные зёрна (синтетические или природные, размером 5-60 шт./карат) равномерно распределены в объёме металлической матрицы корпуса. По мере износа матрицы обнажаются новые алмазы, что обеспечивает длительную работоспособность. Предназначено для бурения особо крепких и абразивных пород, где PDC-резцы быстро выходят из строя.
Действующий стандарт -- ГОСТ 20692-2003 "Долота шарошечные. Технические условия". Он устанавливает типы долот по области применения (М, МЗ, МС, С, СЗ, СТ, Т, ТЗ, ТК, ТКЗ, К, ОК), требования к конструкции, материалам, маркировке и испытаниям. Для алмазных долот и PDC-долот действует ГОСТ 26474-85 "Долота и головки бурильные алмазные и оснащенные сверхтвёрдыми композиционными материалами".
Стальной корпус изготавливается из легированной стали, резцы крепятся методом запрессовки при нагреве. Он обладает высокой ударной вязкостью и ремонтопригодностью (резцы можно заменять), но требует защитной наплавки от эрозии. Матричный корпус изготавливается методом порошковой металлургии из карбида вольфрама и обладает высокой эрозионной стойкостью, но хрупок и сложен в ремонте. Матричные долота применяют в абразивных и твёрдых породах.
Оценка износа ведётся по системе IADC Dull Grading. Для шарошечных долот фиксируются: износ наружных и внутренних рядов зубьев/вставок (шкала 0-8, где 8 -- полный износ), состояние опор (шкала B-E-F-N-X), калибрующая поверхность (шкала I = норма, O = потеря калибра). Для PDC-долот оценивается износ резцов по алмазному слою (0-8), расположение зоны износа (A -- все, C -- конус, N -- торец, T -- наружный конус), тип повреждения (BT -- сколы, HC -- перегрев, ER -- эрозия, RO -- кольцевой износ).
Эффект самозатачивания обусловлен различной износостойкостью слоёв резца. Подложка из карбида вольфрама изнашивается быстрее, чем алмазный слой. Благодаря этому режущая кромка поликристаллического алмаза постоянно обнажается и остаётся острой на протяжении всего срока службы резца. Этот механизм аналогичен самозатачиванию резцов из твёрдого сплава, но значительно более выражен благодаря разнице в твёрдости алмаза (~100 ГПа) и карбида вольфрама (~15-20 ГПа).
Абразивные породы содержат значительное количество твёрдых минералов: кварца (твёрдость по Моосу 7), корунда (9), граната (6,5-7,5). Типичные абразивные породы: песчаники (особенно кварцевые), кварциты, гранодиориты, аркозовые песчаники. При бурении абразивных пород вооружение долота изнашивается значительно быстрее. Для таких условий применяют шарошечные долота с твердосплавными вставками (типы МЗ, СЗ, ТЗ, ТКЗ по ГОСТ) или PDC-долота с матричным корпусом и усиленной защитой калибрующей поверхности.
Отказ от ответственности. Настоящая статья носит исключительно ознакомительный и образовательный характер. Представленная информация предназначена для общего понимания классификации и принципов выбора буровых долот и не заменяет рекомендации производителей оборудования, проектную документацию и регламенты ведения буровых работ. Автор и издатель не несут ответственности за любые последствия практического использования данных материалов. Выбор конкретного типа долота должен осуществляться квалифицированными специалистами с учётом геологических условий, технологических параметров и требований промышленной безопасности.
1. ГОСТ 20692-2003 Долота шарошечные. Технические условия. 2. ГОСТ 26474-85 Долота и головки бурильные алмазные и оснащённые сверхтвёрдыми композиционными материалами. Типы и основные размеры. 3. IADC Drill Bit Classification System. -- International Association of Drilling Contractors. 4. API Spec 7-1 Specification for Rotary Drill Stem Elements. -- American Petroleum Institute. 5. Иогансен К.В. Спутник буровика: справочное пособие. -- М.: Недра. 6. Bourgoyne A.T. et al. Applied Drilling Engineering. -- SPE Textbook Series, Vol. 2. 7. SPE 23937 McGehee D.Y. et al. The IADC Roller Bit Classification System. -- SPE/IADC Drilling Conference, 1992. 8. Baker Hughes. Drill Bits Product Catalog. 9. SLB (Schlumberger). Smith Bits -- Fixed Cutter and Roller Cone Product Line. 10. NOV (National Oilwell Varco). ReedHycalog Drill Bit Engineering Manual.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.