Буровое долото – основной элемент бурового инструмента для механического разрушения горной породы на забое скважины в процессе ее проходки. Долото, как правило, закрепляют в конце бурильной колонны, которая передает ему осевое и окружное усилие, создаваемое буровой установкой. В основу классификаций этого оборудования положены два признака: назначение и характер воздействия на породу.
По назначению различают три класса буровых долот: для сплошного бурения (разрушение породы по всему забою скважины), для колонкового бурения (разрушение породы по кольцу у стенок скважины с оставлением в ее центральной части керна), для специальных целей (разбуривание цемента в колонне труб, расширение скважины и др.). По характеру воздействия на породу буровое долото делится на четыре класса: дробящего действия, дробящескалывающего, истирающережущего и режущескалывающего. Основные элементы бурового долота – корпус и рабочая (разрушающая) часть. Последняя определяет три типа буровых долот, широко применяемых в промышленности: шарошечные, алмазные и лопастные. Шарошечными долотами осуществляется свыше 90% объема бурения скважин на нефть и газ.
Эти долота наиболее производительны при бурении геологоразведочных (сплошным забоем) и взрывных скважин в крепких породах. Шарошечное буровое долото (или колонковая бурильная головка) состоит из одной, двух, трех и более конических, сферических или цилиндрических шарошек, смонтированных на подшипниках качения или скольжения или же их комбинации на цапфах секций. На наружной поверхности шарошки имеют породоразрушающие элементы – фрезерованные зубья или запрессованные (запаянные) твердосплавные зубки или комбинации зубьев и зубков. Для повышения износостойкости фрезерованные зубья армируются твердым сплавом. Геометрическая форма и параметры породоразрушающих элементов (высота и длина зубьев, угол заострения и притупления их вершин, частота расположения зубьев на каждом венце шарошек) для различных буровых долот различны и зависят от физических свойств горных пород. Зубья на конусах шарошек, как правило, имеют клиновидную форму, твердосплавные зубки — клиновидную или полусферическую рабочие поверхности. В зависимости от конструкции корпуса шарошечные буровое долота разделяются на секционные и цельнокорпусные.
В секционных долотах корпус сваривается из отдельных (двух, трех и четырех) секций, на цапфах которых монтируются свободно вращающиеся шарошки. В цельнокорпусных буровых долотах корпус литой, к нему привариваются лапы с шарошками. Для присоединения долота к бурильной колонне у секционных предусмотрена наружная конусная резьба (ниппель), у корпусных – внутренняя конусная резьба (муфта). Секции (лапы) и шарошки долот изготовляются из хромоникельмолибденовых, хромоникелевых и никельмолибденовых сталей. Шарошечные долота в России нормализованы по типам и диаметрам (46 ÷ 490 мм) и изготовляются 14 типов для разбуривания мягких, средней твердости, твердых, крепких и очень крепких пород. Самое широкое распространение имеют трехшарошечные буровые долота. В ограниченных объемах применяются вставные двух – и трехшарошечные долота для бурения скважин турбинным и роторным способами, позволяющие опускать новое и поднимать отработанное долото внутри колонны бурильных труб без подъема последних на поверхность, а также многошарошечные долота для бурения скважин ∅ 346 – 2600 мм реактивно-турбинным способом.
Алмазные буровые долота (и бурильные головки) состоят из твердосплавной алмазонесущей рабочей части (матрицы) и стального корпуса с внутренней присоединительной конусной замковой резьбой. Долота буровые отличаются друг от друга формой рабочей части, качеством алмазов и системой промывки. Матрицы изготавливаются методом порошковой металлургии из различных металлических порошков. Эти порошки обеспечивают хорошее удержание алмазов и позволяют получать матрицы различной твердости и износостойкости. Матрица на основе вольфрама, его карбида и меди обеспечивает достаточную прочность, износостойкость и высокую теплопроводность матричного материала. Для изготовления буровых долот (бурильных головок) применяются технические алмазы массой 0,05—0,34 кар (на долото буровое ∅ 188 мм расходуется 400 – 650 кар, или 2000 – 2500 зерен алмазов). Алмазные буровые долота и бурильные головки изготовляются ∅ 140, 159, 188, 212, 241 и 267 мм двух модификаций: однослойные типов ДР, ДТ, ДК, КТ и КР с размещением алмазов в поверхностном слое рабочих кромок матрицы по определенным схемам и импрегнированные типа ДИ с примерно равномерным распределением мелких зерен алмазов в матричном материале. Алмазные долота целесообразно при- менять при больших (> 3000 м) глубинах скважин. Как правило, стойкость такого долота в 20 – 30 раз превышает стойкость шарошечного. С 1967 г. широко применяются буровые долота типа «ИСМ», рабочие поверхности которых армированы вставка- ми из сверхтвердого материала «Славутич» (верхняя часть вставок или 30% высоты – из «Славутича», нижняя – из твердосплавных порошков, спеченных методом порошковой металлургии).
Вставки закрепляются пайкой в ребрах корпуса заподлицо. Эти долота изготовляются ∅ 138, 142, Долото, армированное вставками из сверх- твердого материала «Славутич» .Лопастное буровое долото состоит из кованого корпуса, к которому привариваются три лопасти и более. У двухлопастного долота корпус и лопасти отштамповываются как одно целое. Передние грани лопастей армируются твердосплавными пластинами прямоугольной формы и зерновым сплавом релит, а боковые — твердосплавными цилиндрическими зубками. Лопастные долота применяются для разбуривания мягких и средней твердости пород. Они выпускаются по техническим нормалям трехлопастными типа 3Л ∅ 118 ÷ 445 мм, двухлопастными 2Л ∅ 76 ÷ 161 мм и многолопастными ИР ∅ 76 ÷ 269 мм, пикообразными ПЦ и ПР ∅ 97 ÷ 445 мм. В ряде случаев изготавливают долото типа РХ («рыбий хвост»), являющееся разновидностью двух- лопастных долот. К лопастным относятся также долота для ударно-канатного бурения. Для вспомогательных работ выпускаются фрезерные буровые долота типа ФР в виде плоскодонных фрезеров, нижняя рабочая поверхность которых оснащена твердо- сплавными зубками или пластинками, вы- ступающими над корпусом долота.
Современные буровые долота – это особо сложные изделия, изготовленные из высококачественных сталей, твердых сплавов и других материалов, содержащие в опорах тяжелонагруженные радиальные и торцовые подшипники качения и скольжения, имеющие мощное стальное или цельнотвердосплавное породоразрушающее вооружение шарошек, сложные промывочные узлы с износостойкими минерало- или металлокерамическими насадками. От долота, основного элемента бурения, зависит скорость и качество проходки скважины, поэтому данный тип оборудования требует к себе серьезного отношения.
Комментарии 0