Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Буровые долота. Породоразрушающие инструменты при бу­рении нефтяных и газовых скважин классифицируют по двум признакам — назначению и характеру воздействия на породу.

По назначению различают долота для сплошного разрушения забоя, бурильные головки для колонкового бурения и специ­альные долота. По характеру воздействия на породу долота и бурильные головки подразделяют на дробящие, дробяще-ска — лывающие, истирающе-режущие и режуще-скалывающие.

а

Рис. 8.1. Типы лопастных долот: а — 2Л; б — ЗЛ; в — ЗЛГ

Долота режуще-скалывающего действия применяют для бу­рения мягких и пластичных пород роторным способом, в ос­новном в начальных интервалах скважин по глубине. К ним относятся двух — и трехлопастные долота типов 2Л и ЗЛ (рис. 8.1). Наибольшее распространение в СССР имеют трехлопаст­ные долота, состоящие из цельнокованого корпуса с присоеди­нительной замковой резьбой в верхней части и-трех приварен­
ных к нему штампованных лопастей. Для увеличения износо­стойкости рабочие кромки и нижние части лопастей армируют твердыми сплавами: ВК-8, ВК-Ю, вокаром, кусковым или зер­нистым ликаром. Лопастные долота имеют два (2Л) или три (ЗЛ) промывочных отверстия, оси которых наклонены к оси долота. Широкое распространение получили гидромониторные долота типа ЗЛГ, промывочные отверстия которых снабжены специальными насадками для увеличения скорости истечения струи промывочной жидкости до 60—125 м/с (рис. 8.1, в).

а Рис. 8.2. Конструкция шарошечного долота (а) и схемы расположения шаро­шек в долоте (б): / — без смещения осей шарошек; 2 — со смещением осей шарошек 5 3

Наиболее широкое применение при бурении нефтяных и газо­вых скважин получили шарошечные долота (более 90 % об­щего объема бурения). Эти долота оснащаются одной, двумя

и, чаще всего, тремя шарошками, являющимися основными породоразрушающими элементами конструкции долота. Конст­рукция шарошечного долота дана на рис. 8.2.

Трехшарошечные долота выпускаются, в основном, в сек­ционном исполнении и изготавливаются путем сварки трех кованых секций 1 (рис. 8.2, а), на цапфах 4 которых враща­ются на подшипниках 2, 3 к 6 шарошки 5. Шарошки уста. нав — ливаются на цапфах по двум схемам (рис. 8,2, б): 1 — с пере­сечением осей шарошек с осью долота; 2 — со смещением осей шарошек по направлению вращения долота относительно его радиуса. По первой схеме конструируются долота дробящего действия, по второй — долота дробяще-скалывающего действия, в которых перекатывание шарошек по забою сопровождается скольжением.

На верхнем конце долота после сварки секций нарезают наружную замковую резьбу.

Важнейшими конструктивными элементами, определяю­щими эффективность работы долота, являются форма и рас­положение шарошек, их вооружение, опоры и промывочная система доЛ’ота. В зависимости от твердости и абразивности пород, для бурения которых предназначаются долота, эти эле­менты выполняются по-разному, обуславливая широкое разно­образие типов долот. В долотах типов М и МС для бурения мягких несцементированных и слабо сцементированных пород, а также мягких пород с пропластками пород средней твердо­сти применяются двух — и трехконусные самоочищающие ша­рошки со смещенными осями и с наиболее редко расположен­ными зубьями с малыми углами заострения. Долота типа М3 и МСЗ для бурения в мягких, но абразивных породах отли­чаются от долот предыдущих типов тем, что их шарошки вместо литых зубьев оснащаются запрессованными твердосплавными зубцами с клиновидной рабочей частью.

Долота типа С для разбуривания средних по твердости ма­лоабразивных пород по форме и расположению шарошек ана­логичны долотам типов М и МС, но отличаются от них меньшей высотой и более частым расположением зубьев с несколько уве­личенными углами заострения. В долотах типа СЗ для бурения в абразивных породах средней твердости вместо фрезерованных зубьев в шарошки запрессованы твердосплавные зубки с кли­новидной рабочей частью.

Долота типов СТ, Т, ТЗ, ТК, ТКЗ, К и ОК. относятся к до­лотам дробящего действия. Их общей особенностью является отсутствие смещения осей шарошек, чтобы избежать вредного в данном случае скольжения зубьев.

Долота типа СТ, которые применяют в породах средней твердости и абразивности с пропластками твердых пород, имеют двух — и трехконусные самоочищающиеся шарошки с бо­лее мелкими зубьями, углы заострения которых увеличены по сравнению с долотами типа С.

Долота типа Т для разбуривания твердых малоабразивных пород имеют аналогичные по форме шарошки, которые осна­щаются еще более мелкими и менее заостренными зубьями. Долота типа ТК для проходки твердых пород средней абра­зивности с пропластками крепких абразивных пород отлича­ются наличием на периферийных венцах шарошек вставных твердосплавных зубков с полусферической рабочей поверхно — . стью вместо обычных фрезерованных зубьев или чередованием обычных зубьев с твердосплавными зубками по венцам и в са­мом венце.

Долота типов К и ОК для проходки крепких и очень креп­ких абразивных (хрупких) пород оснащаются одноконусными самоочищающимися шарошками с твердосплавными зубками с полусферической рабочей поверхностью.

Долота типов ТЗ и’ТКЗ, применяющиеся при бурении в аб­разивных породах, аналогичны по конструкции долотам типов Т и ТК, но отличаются от них вооружением шарошек, в кото­рые запрессованы твердосплавные зубки с клиновидной рабо­чей частью вместо фрезерованных зубьев.

Освоение шарошечных долот с твердосплавным вооруже­нием для проходки абразивных пород является одним из при­меров технического прогресса, обеспечившим значительный рост показателей работы долот в последние годы. а 5

Рис. 8.3. Схемы промывочных систем шарошечных долот: а — центральная промивка; б — боковая промывка

Продолжительность эффективной работы шарошечного до­лота на забое в сильной степени зависит от надежности опор, которые передают значительные нагрузки от бурильной ко­лонны через цапфы на породоразрушающие элементы долота. Важнейшими узлами опор являются подшипники, различные сочетания которых дают большое разнообразие конструктивных схем опор. Обычно радиально-упорный шариковый подшипник 6 (см. рис. 8.2, а) не только воспринимает осевую нагрузку, но одновременно служит замком, запирающим шарошку на цапфе. Роликовые подшипники 2 и 3 являются радиальными и в зави­симости от диаметра долота могут заменяться подшипниками скольжения или шариковыми подшипниками.

‘ Наиболее существенным достижением в совершенствовании опор за последние годы явилось создание долот с герметизиро­ванными маслонаполненными опорами, что позволило увели­
чить проходку на долото при роторном бурении более чем в два раза.

Промывочная система долота в зависимости от назначения, типа и размера может выполняться по двум схемам (рис. 8.3). По одной из них поток промывочной жидкости через централь­ный канал круглого, треугольного или трехщелевого сечения либо вставной патрубок круглого сечения в центре долота или через три наклонно расположенных круглых отверстия в сек­циях долота направляется в центр долота или на шарошки (рис. 8.3,а). При этом до­стигается интенсивная очистка зубьев ша­рошек от налипающей на них породы, но снижается гидродинамическое воздействие струи на породу забоя и ухудшается его очистка.

По другой схеме (боковая промывка) промывочные отверстия направляют жид­кость непосредственно на забой скважины, минуя шарошки (см. рис. 8.3,6). Долота с боковой промывкой, в которых промы­вочные отверстия снабжены сменными на­садками из мипералокерамического твер­дого сплава, называются гидромонитор­ными. Они получили широкое применение в практике бурения (более 60 % от общего объема бурения) и при скорости истечения струи в пределах 70—120 м/с обеспечивают Рис. 8.4. Схема одно — значительное увеличение как механической шарошечного долота скорости бурения, так и проходки на до­

лото. Благоприятные возможности для уве­личения стойкости опор, особенно в долотах малых диаметров, открыло создание двух — и одношарошечных долот.

Сокращение числа шарошек позволило увеличить их раз­меры, усилить опоры и уменьшить площадь контакта зубьев долота с породой. Конструкция двухшарошечного долота соз­дает также благоприятные условия для размещения гидромо­ниторных насадок. Одношарошечные долота (рис. 8.4) имеют шаровидную шарошку с запрессованными в ее тело твердосплав­ными штырями с полусферической или клиновидной рабочей поверхностью и предназначены для бурения пород средней твердости и твердых роторным способом.

Диаметры лопастных и шарошечных долот в зависимости от исполнения указаны в табл. 8.1. Необходимость увеличения проходки на долото в связи с ростом глубин скважин обуслав­ливает все более широкое применение безопорных долот ре — жуще-истирающего действия. К ним относятся алмазные и мно­голопастные долота, армированные твердыми сплавами и сверх­твердыми материалами.

Предусмотренный норма­лями. Диаметр долота, мм

Исполнение долот по действующим нормалям

і Предусмотренный норма­лями. Диаметр долота, мм

Исполнение долот по действующим нормалям

Двухлопастные

Трехлопастные

Одношарошечные

Двух шарошечные

Трехшарошечные

Бурильные головки шарошечные

Двухлопастные

Трехлопастные

Одношарошечные

Двухшарошечные

Трехшарошечные

Бурильные головки шарошечные

46,0

215,5

©

©

59,0

+

222,3

76,0

©

+

+

228,6

93,0

©

+

+

+

243,0

©

97,0

©

244,5

©

+

98,4

250,8

108,0

269,0

©

112,0

©

+

+

+

269,9

©

+

118,0

©

©

295,0

©

©.

120,6

311,1

132,0

©

©

+

+

+

320,0

©

©

135,0

139,7

+

+

346,0

©

140,0

©

©

349,2

+

142,9

+

+

370,-0

©

145,0

©

374,6

146,0

+

381,0

149,2

+

393,7

©

151,0

©

©

+

394,0

©

158,7

+

444,5

+

161,0

©

©

445

©

165,1

+

+

+

469,9

171,4

+

490,0

+

187,3

©

508,0

+

190,0

©

190,5

©

©

196,9

200,0

212,7

©

214

+

©

Примечание. © — долота, выпускаемые серийио; -|—————- долота ‘опытные и! про­ мышленные.

Алмазные долота состоят из фасонной алмазонесущей го­ловки (матрицы), изготовленной аналогично матрицам алмаз­ных коронок методом порошковой металлургии, и стального корпуса с присоединительной замковой резьбой. По конструкции они подразделяются на однослойные радиальные, спиральные (рис. 8.5, а, б), ступенчатые, ступепчатые с торовидными вы­ступами, импрегнированные с торовидными выступами, импрег-

Присоединительная резьд’а

Рис. 8.5. Долота режуще истирающего действия;’ а — алмазное спираль­ного типа; б — алмааное радиального типа; в — твердосплавное типа ИСМ; г — твердосплавные типа ИР и ИРГ

нированные лопастные. Алмазные долота предназначены для бурения мягких, средней твердости и твердых пород в нижних интервалах скважин (с глубины 3000 м) и выпускаются диа­метрами 140, 159, 188, 212 и 267 мм. Начато внедрение долот, оснащенных синтетическими поликристаллическими алмазами марки СВ. Исключительно высокие показатели при бурении пород средней твердости дают создан­ные в последнее десятилетие долота ИСМ, оснащенные сверхтвердым ма­териалом славутич. Долото ИСМ (рис. 8.5, е) имеет шесть радиально расположенных коротких лопастей, ра­бочие поверхности которых укреплены штырями из сверхтвердого материала славутич, а наиболее уязвимые места корпуса защищены твердым сплавом группы ВК — Одно полностью отрабо­танное долото ИСМ заменяет в сред­нем 33—35 шарошечных долот, а ре­кордные проходки на одно долото пре­вышают 2000 м. В условиях Азербай­джана при бурении мягких, средней твердости и твердых пород хорошо за­рекомендовали себя долота типов ИР и ИРГ (рис. 8.5,г), состоящие из кор­пуса и приваренных к нему в два яруса шести лопастей, армированных штырями из твердого сплава. Проме­жутки между ними и передние грани лопастей наплавляются зернистым твердым сплавом.

Бурение с отбором керна осущест­вляют специальными инструментами, условно называемыми колонковыми долотами. Колонковое долото состоит из бурильной головки, корпуса и раз­мещенной внутри его колонковой трубы (грунтоноски). При турбинном бурении отбор керна осуществляют с помощью колонковых турбодолот КТДЗ и КТД4 со съемными грунто — носками без подъема бурильной

Рис. 8.6. Колонковое долото типа КАЭ:

1— корпус; 2, 3 — переходники; 4 — бурильная го­ловка; 5 — кериоприемная труба; 6 — башмак керно — прненной трубы; 7 — кериорватель; 8 — обратный клапан; 9 — фиксирующий шариковый замок; /0 — головка

колонны подобно тому, как это делается при использовании комплекса ССК в колонковом бурении. Колонковые долота для роторного бурения подразделяются по конструкции на три класса:

1) со съемной и вращающейся керноприемной трубой (типа КАЭ, рис. 8.6);

2) с несъемной и вращающейся керноприемной трубой (ти­пов «Недра II», 1В-ДК);

3) с несъемной и невращающейся керноприемной трубой (типов ДКНУ, СК, КС, ДКИР).

Рис. 8.7. Трехшарошечное долото для реактивно-турбинного бурения: 1 — корпус; 2 — промывочный канал; 3 — лапа в сборе с шарошкой

503П

ч

Бурильные головки колонковых долот в зависимости от свойств проходимых пород подобно долотам для сплошного бурения отличаются большим разнообразием конструкций. Наибольшее применение имеют шарошечные бурильные го­ловки дробяще-скалывающего и дробящего действия типов С, СТ, Т и К. Созданы также бурильные головки с твердосплав­ными зубками вместо фрезерованных зубьев типов СТЗ, ТЗ и ТКЗ. Все более широкое применение находят бурильные го­ловки истпрающе-режущего действия, оснащенные алмазами, твердыми сплавами и сверхтвердым материалом славутич.

К специальным относятся долота типа ДРБ для реактивно­турбинного бурения, вставные долота для турбинного и ротор­ного бурения без подъема бурильных труб, пикообразные и фрезерные долота, а также расширители.

Долота ДРБ изготовляются диаметром от 394 до 750 мм и применяются в установках реактивно-турбинного бурения для проходки скважин увеличенного диаметра (до 3,2 м). Долото состоит из корпуса с приваренными к нему тремя или шестью

лапами, на цапфах которых на подшипниках размещаются ша­рошки, имеющие зубья или вставные твердосплавные зубки только на периферийных венцах. На рис. 8.7 дано трехшаро-

Рис. 8.8. Двухшарошечное вставное долото для турбинного бурения:

/ — корпус; 2 —цилиндр со штоком; 3 — поршень; 4—хвостовик переводника; 5 — нижний поршень; 6 — клапан; 7 — ниж­няя лапа; 8 — верхняя лапа; 9 — собач­ка; 10 — толкатель

Рис. 8.9. Схема бурильной колонны: / — вертлюг; 2—переводник вертлюга;

3 — верхний переводник ведущей трубы;

4 — ведущая труба; 5 — нижний перевод­ник ведущей трубы; 6 — предохранитель­ный переводник; 7 — муфта бурильного замка; 5 —бурильная труба; 9 — ниппель бурильного аамка; 10—муфта для соеди­нения бурильных труб в свечах; И — Переводник для соединения с УБТ; 12,

Ц 13 — утяжеленные бурильные трубы (УБТ); 14 — переводник для соединения с долотом или забойным двигателем

шечное долото для реактивно-турбинного бурения. Это позво­ляет при ограниченной осевой нагрузке создавать значительные контактные напряжения. Особенности конструкции вставного
долота (рис. 6.8) определяются тем, что оно доставляется к за­бою и извлекается на поверхность по внутреннему каналу бу­рильной колонны. При выходе из башмака колонны долото занимает рабочее положение. После окончания бурения оно переводится в транспортное положение с помощью механизма разворота, входит внутрь бурильной колонны и извлекается на поверхность с помощью каната. Пикообразные долота пред­назначены для разбуривания цементных пробок, башмаков и других металлических деталей после цементирования, а также для расширения ствола скважины в мягких и вязких породах. Фрезерные долота типа ДФТС со спиральным расположением твердосплавного вооружения служат для разбуривания цемент­ных мостов и металла в скважине.

Расширители, оснащенные цилиндрическими шарошками или армированными твердым сплавом’ лопастями, применяют для проработки и калибровки ствола скважины, а также в сос­таве компоновок низа бурильной колонны при направленном бурении.

Бурильная колонна. Бурильная колонна состоит из ведущей трубы, бурильных труб, утяжеленных бурильных труб (У-БТ) и ряда соединительных элементов (рис. 8.9). В практике при­меняют бурильные трубы, изготовленные из сталей повышен­ного качества, а также легкосплавные трубы из алюминиевого сплава Д-16Т. Стальные бурильные трубы изготавливаются с высаженными концами и блокирующими (стабилизирую­щими) поясками, с приваренными соединительными концами. Размеры бурильных труб с высаженными внутрь концами при­ведены в табл. 8.2, а прочностная характеристика — в табл. 8.3. Трубы с наружной высадкой концов изготавливаются шести размеров по диаметру (кроме размеров 127 и 168 мм). Длина труб составляет 6,8 и 11,5 м. При бурении 2—3 трубы соеди­няют в свечи муфтами, а свечи между собой — бурильными замками. Трубы с внутренней высадкой концов соединяются замками с нормальным (ЗН) и широким (ЗШ) проходным се­чением, трубы с высаженными наружу концами — замками ЗУ с увеличенным проходным сечением, трубы с внутренней и на­ружной высадкой концов и стабилизирующими поясками — со­ответственно замками ЗШК и ЗУК — Концы труб для этой цели снабжены наружной слабоконической треугольной или трапе­цеидальной резьбой. Последняя применяется на трубах со ста­билизирующими поясками, расположенными непосредственно за резьбой и предназначенными для плотного обжатия телом замка. Отличительной особенностью труб этой конструкции яв­ляется также упор замковой детали в торец трубы, что обес­печивает повышенную жесткость и герметичность соединения.

При турбинном и роторном бурении широко применяются трубы с приваренными к высаженной наружу части соедини­тельными концами (трубы ТБПВ), отличающиеся минималь-

Размеры трубы, мм	Масса (теоретическая), кг
		Диаметр		Увеличение
Наружи ый	Толщине	проходного	I м гладкоА	массы трубы
диаметр	стенки	отверстия	трубы	за счет
		высадки		высадки концов
60	7	32	9,15	1,5
	8	24	11,3
	7	15	11,4
	9	34	14,2	2,0
	11	28	16,8
89	7	60	14,2
	9	49	17,8	3,2
	11	45	21,2
102	7-	74	16,4
	8	70	18,5	5,0
	9	66	20,4
	10	62	22,4
114	і	82	18,5
	8	78	20,9
	9	74	23,3	6,0
	10	70	25,7
	И	08	28,0
127	7	95	20,7
	8	91	23.5	6.5
	9	87	26,2
	10	83	28,9
140	8	105	26,0
	9	101	29,0	7,Г)
	10	97	32,0
	11	91	35,0
168	9	128	35,3	9,5
	10	124	39,0

Таблица 8 3

Характеристика прочности материалов бурильных труо Показатели Группа прочности сталей Сплав Д-16Т Д К Е Л м Предел прочности при растяже­ 6,5 7,0 7,5 8,0 9,0 4,5 нии, МПа Предел текучести, МПа 3,8 5,0 5,5 6,5 7,5 3,3 1.

ными гидравлическими сопротивлениями в силу неизменности проходного канала.

Пониженными гидравлическими сопротивлениями обладают также легкосплавные бурильные трубы (ЛБТ), отличающиеся чистотой внутренней поверхности в силу изготовления их мето-

Рис. 8.10. Сбалансированные утяжеленные бурильные трубы (УБТС): а — УБТС с обычной замковой резьбой; б — УБТС со специальной разгруженной резьбой

дом прессования. Обладая достаточной прочностью, легкосплав­ные трубы примерно вдвое легче стальных, поэтому критиче-

Таблица 8.4 Техническая характеристика утяжеленных бурильных труб (Н-2Э1—49, ТУ-39-076—74, ТУ-14-3-164—73, ТУ-51-774—77) Наружный диаметр, мм Внутренняя диаметр, мм Длина трубы, м Масса 1 м трубы, кг 108 38 8,0 63,0 120 64 6,5 63,5 133 64 6,5 84,0 146 68; 74; 75 6,5; 8; 12 96—103 178 80; 90 6,5; 12 144—156 197 90 12 188 203 80; 100 6,5; 12 192,5; 214 229 90 6,5 273 254 100 6,5 336 273 100 6,5 398 299 100 6,5 489

а 5

Заммобая резьба Резьба 6 нитон (левая) на 25,4 мм (лебая)

ггЬп

2 — АТ

Я!

ская глубина спуска колонны ЛБТ в глинистом растворе плот­ностью 1,2 г/см3 составляет 15000 м против 5000 м для сталь­ных труб. Легкосплавные трубы соединяются стальными бу­рильными замками облегченного типа, навинчиваемыми на трубы с помощью трубной резьбы. Утяжеленные бурильные трубы устанавливают между доло­том (или забойным двигателем) ■ и бурильными трубами. Они предназначены для создания осевой нагрузки на долото н увеличения жесткости нижней части бурильной колонны. В практике применяют гладкие по всей длине трубы, трубы с ко­нусной проточкой, сбалансиро­ванные УБТ, а также УБТ фи­гурного сечения (квадратного, со спиральными или продоль­ными канавками). Увеличенная толщина стенок УБТ позволяет нарезать на их концах кониче­ские замковые резьбы, обеспечи­вающие непосредственное соеди­нение труб в колонну. Сбалан­сированные УБТ могут иметь разгружающую канавку, снима­ющую концентрацию напряже­ний в месте сочленения резьбы с телом трубы (рис. 8.10). Диа­метр круглого сечения УБТ под­бирается на 40—50 мм меньше диаметра долота, размер УБТ квадратного сечения по диаго­нали может быть принят равным диаметру долота. Длина колон­ны УБТ выбирается так, чтобы

Замнобая резьба Резьба 8 нитон (правая) на 25, Ь мм (правая)

Рис. 8.11. Ведущая труба: а — в собранном виде: І — переводник верх­ний; 2 —ведущая труба; 3 — переводник нижний; б — без переводников ее масса на 20—25 % превышала необходимую нагрузку на до­лото. Размеры и масса УБТ из гладких труб и с конусной про­точкой приведены в табл. 8.4. Сбалансированные УБТ изго­тавливаются диаметром от 89 до 299 мм длиной 6 м. Ведущие трубы предназначены для передачи крутящего мо­мента от ротора к бурильной колонне при роторном бурении. и восприятия реактивного момента при использовании забой­ных двигателей. Они имеют квадратное поперечное сечение

(рис. 8.11). На верхний конец ведущей трубы с левой замковой резьбой навинчивают верхний переходник (ПШВ) с внутренней левой замковой резьбой для соединения с вертлюгом, на ниж­ний конец с правой замковой резьбой-—нижний переходник (ПШН) для соединения с бурильными трубами. Разработаны конструкции резьбовых соединений ведущих труб со стабилизи­рующими поясками.

Для правильной эксплуатации бурильных труб в каждом управлении буровых работ организуют трубную базу, в функ­ции которой входят: 1) прием поступающих труб и соедини­тельных элементов; 2) группирование труб в комплекты;

3) наблюдение за работой труб на буровых; 4) ремонт труб. Трубная база оснащается стеллажами и тельферными кранами, токарными станками, сварочными аппаратами ц другим обору­дованием.

Комментарии запрещены.