6. Долота, забойные двигатели, режим бурения, приборы и устройства для осуществления контроля за параметрами режима бурения.

Долото – это инструмент при помощи которого разрушается горная порода, и образуется собственно скважина.

По характеру разрушения породы все буровые долота класси­фицируются следующим образом.

1.Долота режуще-скалывающего действия. Лопастные долоты. Пред­назначены они для разбуривания мягких пород.

2.Долота дробяще-скалывающего действия. Шарошечное долоты. Перечис­ленные долота и бурильные головки предназначены для разбури­вания неабразивных и абразивных средней твердости, твердых, крепких и очень крепких пород.

3.Долота истирающе-режущего действия. PDS долоты. разрушающие породу алмазными зернами или твердосплавными штырями, располагаю­щиеся в торцовой части долота или в кромках лопастей долота. До­лота с алмазными зернами и твердосплавными штырями в торце­вой части применяются для бурения неабразивных пород средней твердости и твердых; долота лопастные армированные алмазными зернами или твердосплавными штырями — для разбуривания пере­межающихся по твердости абразивных и неабразивных пород.

По назначению все буровые долота классифицируются по трем классам:

долота для сплошного бурения, разрушающие породу в одной плоскости или ступенчато;

бурильные головки для колонкового бурения, разрушающие породу по периферии забоя;

долота для специальных целей (зарезные, расширители, фрезе­ры и др.).

Забойные двигатели.

Турбобур — это забойный гидравлический двигатель, предназначенный для бурения скважин в различных ге­ологических условиях. В рабочих колесах турбобура гидравлическая энергия бурового раствора, движущегося под давлением, превра­щается в механическую энергию вращающегося вала, связанного с долотом.

Основная часть турбобура — турбина, состоящая из большого числа (более сотни) совершенно одинаковых ступеней. Каждая ступень турбины, в свою очередь, состоит из двух частей: враща­ющейся, соединенной с валом турбобура, называемой ротором, и неподвижной, закрепленной в корпусе турбобура, называемой статором. Статор 1 представляет собой гладкое стальное кольцо, на внутренней поверхности которого имеются изогнутые лопатки 3. Концы лопаток соединяются внутренним ободом 4. Ротор состоит из кольца 6 и лопаток 2, подобных лопаткам статора, но обращенных выпуклостью в другую сторону. Наружные концы ло­паток ротора соединены ободом 5. Между статором и ротором имеет­ся зазор, обеспечивающий свободное вращение ротора в статоре.

Конструкция винтового (объемного) забойного двигателя (ВЗД). Рассмотрим устройство винтового забойного двигателя Д1 -195. Двигатель предназначен для бурения нефтяных и газовых скважин долотами диаметром 215,9...244,5 мм при температуре на забое не выше 120 “С.

Винтовой забойный двигатель Д1-195 относится к машинам объемного (гидростатического) действия. По сравнению с други­ми типами забойных гидравлических двигателей винтовой двига­тель имеет ряд преимуществ:

низкая частота вращения при высоком крутящем моменте на валу двигателя позволяет получить увеличение проходки за рейс долота (в сравнении с турбинным бурением);

существует возможность контроля за работой двигателя по из­менению давления на стояке насосов;

перепад давления на двигателе создает возможность примене­ния высокопроизводительных гидромониторных долот.

По принципу действия ВЗД представляет собой планетарно­роторную гидравлическую машину объемного типа с внутренним косозубым зацеплением.

Двигатель содержит ротор и статор. Стальной статор внутри имеет привулканизированную резиновую обкладку с винтовыми зубья­ми левого направления. На стальном роторе нарезаны наружные винтовые зубья также левого направления. Число зубьев ротора на единицу меньше числа зубьев статора, в результате чего для осуществления зацепления ось ротора смещена относительно оси статора на величину эксцентриситета, равную половине высоты зуба. Шаги винтовых линий ротора и статора прямо пропор­циональны числу зубьев. Специальный профиль зубьев ротора и статора обес­печивает их непрерывный контакт между собой, образуя на длине шага статора единичные рабочие камеры.

Буровой раствор, поступающий в двигатель от насосов буровой уста­новки, может пройти к долоту только в том случае, если ротор поворачива­ется относительно статора, обкатыва­ясь под действием неуравновешенных гидравлических сил. Ротор, совершая планетарное движение, по­ворачивается по часовой стрелке (абсолютное движение), в то время как геометрическая ось ротора перемещается относительно оси статора против часовой стрелки (переносное движение). За счет разности в числах зубьев ротора и статора переносное движение редуцируется в абсолютное с передаточным числом, равным чис­лу зубьев ротора, что обеспечивает пониженную частоту враще­ния и высокий крутящий момент на выходе.

Электробур — это буровая забойная маши­на, приводимая в действие электрической энергией и сооб­щающая вращательное движение породоразрушающему инстру­менту.

Электробур с долотом опускается в скважину на бурильных тру­бах. Колонна бурильных труб служит для поддержания электробу­ра, восприятия реактивного момента, подачи к забою бурового раствора и размещения в нем токоподвода. Вал электробура по­лый, через него буровой раствор попадает к долоту.

Электроэнергия к электробуру подается по кабелю, подве­денному к буровому шлангу, соединенному посредством токо­приемника с кабелем, вмонтированным в бурильные трубы. Токо­приемник представляет собой систему контактных колец и щеток, которые помещены в герметически закрытом корпусе, пред­охраняющем их от попадания бурового раствора. Подвод элект­роэнергии через контактные кольца и щетки позволяет вращать колонну бурильных труб, не нарушая подвода тока к электробуру. Кабель (трех- или двужильный) вмонтирован в бурильные трубы отрезками, которые при свинчивании труб автоматически соеди­няются специальными муфтами, укрепленными в бурильных зам­ках.

Конструкция электробура. Электробур состоит из маслонапол­ненного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и шпинделя.

Вращающий момент двигателя передается на вал шпинделя через зубчатую муфту 24. Стык валов уплотняется шарнирной втулкой 23 с резиновыми кольцами. Через центральное отверстие в валах дви­гателя и шпинделя пропускается буровой раствор.

Для снижения частоты вращения долота и повышения враща­ющегося момента, подводимого к долоту, применяют редукторные вставки, устанавливаемые между двигателем и шпинделем.

Режим бурения

Под режимом бурения понимается сочетание регулируемых па­раметров, влияющих на качество бурения, к числу которых отно­сятся: осевая нагрузка (давление) на долото Р_л, частота вращения долота я; количество прокачиваемого бурового раствора Q_p; пока­затели бурового раствора (плотность, вязкость, показатель филь­трации, статическое напряжение сдвига). Сочетание этих парамет­ров, позволяющее получать наиболее высокие качественные и ко­личественные показатели бурения, называется рациональным (или оптимальным) режимом бурения.

В процессе бурения часто приходится отбирать керн, бурить сква­жину в неблагоприятных геологических условиях (зонах, склон­ных к поглощениям, осложнениям, связанным с нарушением це­лостности ствола скважины и т.п.), забуривать в сторону от ранее пробуренного ствола и т.д. Режимы бурения, применяемые в таких случаях, указываются специальными режимами.

Приборы и устройства для осуществления контроля за параметрами режима бурения.

Датчик нагрузки на крюке

Предназначен для измерения нагрузки на крюке талевой системы (осевой нагрузки на долото).

Принцип действия основан на измерении силы натяжения талевого каната на «мертвом» конце с применением тензометрического датчика усилий.

Состоит из двух частей: трансформатора усилий и электронного преобразователя усилий. Электронный преобразователь усилий размещен в металлическом корпусе. К корпусу прикреплена втулка, на которой установлен выходной электрический разъем, защищенный от воздействия окружающей среды резиновым колпачком.

Электрический сигнал с тензометрического датчика усилий по проводам поступает к электронному блоку, где сигнал усиливается до стандартного уровня 0-5 В.

Датчик крутящего момента на роторе

Предназначен для измерения крутящего момента на роторе.

Принцип действия - Датчик измеряет реактивный момент редуктора привода роторного стола с помощью тензометрического преобразователя усилий.

Крепление - датчик устанавливается как стягивающее звено между основанием и роторным столом.

Датчик давления промывочной жидкости на входе

Предназначен для измерения давления промывочной жидкости (ПЖ) на входе.

Принцип действия - Датчик представляет собой тензометрический преобразователь давления.

Крепление - Датчик подключается к нагнетательной линии через средоразделитель штатного манометра на буровой с помощью тройника.

Датчик уровня ПЖ в приёмной ёмкости

Предназначен для измерения уровня промывочной жидкости (ПЖ) в приемной емкости.

Принцип действия - Уровень в емкости измеряется по углу отклонения штока с поплавком. Возможна перенастройка диапазонов измерений в широких пределах.

Крепление - Датчик крепится к верхней кромке приемной ёмкости с помощью прилагаемого крепёжного приспособления; поплавок опускается в промывочную жидкость в середине ёмкости.

Датчик уровня ПЖ в приёмной ёмкости герконовый

Предназначен для измерения уровня промывочной жидкости (ПЖ) в приемной емкости.

Принцип действия - основан на выдаче сигнала стандартного уровня при изменении поплавка в емкости относительно штанги.

Крепление - Датчик крепится к емкости с использованием прилагаемых хомута и уголка.

Датчик потока (расхода) ПЖ на выходе

Предназначен для измерения потока (расхода) промывочной жидкости (ПЖ) на выходе из скважины.

Принцип действия - Поток измеряется по углу отклонения измерительной лопатки.

Крепление - датчик устанавливается на стенке желоба с помощью крепёжного приспособления, прилагаемого к датчику.

Датчик ходов насоса

Предназначен для измерения ходов бурового насоса.

Принцип действия - основным исполнительным узлом датчика ходов насоса является индуктивный датчик, который срабатывает от приближения металла, выдавая импульсы кратно ходам насоса.

Крепление - датчик крепится к корпусу насоса с помощью крепежного механизма, входящего в комплект датчика.

Датчик плотности ПЖ в емкости

Работа ДПл основана на измерении выталкивающей силы, дей­ствующей на гирю, погруженную в буровой раствор, с применением тензо­метрического датчика усилий (линейного перемещения). Величина переме­щения изменяется пропорционально плотности ПЖ.

Электрический сигнал с тензометрического датчика усилий через соединительные провода передается к электронной плате преобразователя, где сигнал усиливается до стандартного уровня 0 - 10В. Питание тензометри­ческого моста датчика усилий производится стабилизированным напряжени­ем +9В. Сигнал разбалансирования тензометрического моста, пропорцио­нальная выталкивающей силе, действующей на гирю, поступает в дифферен­циальный усилитель. Выходной усилительный каскад электронной схемы содержит цепь температурной компенсации, регулировки усиления и нулево­го уровня.

Датчик глубины

Предназначен для определения глубины скважины в процессе бурения.

Принцип действия - датчик преобразует угол поворота буровой лебедки в импульсы, прямо пропорциональные перемещениям крюкоблока.

Крепление - датчик устанавливается на станине буровой лебедки. Угол поворота буровой лебедки передается к датчику с помощью клиноременной передачи.

Датчик момента на ключе

Предназначен для измерения момента на машинном ключе бурового оборудования.

Принцип действия -датчик представляет собой тензометрический преобразователь усилий.

Крепление - датчик размещается между штоком пневмораскрепителя и тросом ключа.

Датчик оборотов ротора

Предназначен для измерения оборотов ротора.

Принцип действия - основным исполнительным узлом датчика оборотов ротора является индуктивный датчик, который срабатывает от приближения металла, выдавая импульсы кратно оборотам вала ротора.

Крепление - датчик размещается в непосредственной близости от карданного привода и крепится с помощью крепежного механизма (струбцины), входящего в состав датчика.

Датчик электропроводности

Предназначен для измерения электропроводности промывочной жидкости (ПЖ).

Принцип действия датчика основан на измерении электропроводности жидкостного витка связи индукционным трансформаторным методом.

Крепление - в желобе с помощью крепежного приспособления, прилагаемого к датчику.

Датчик температуры

Предназначен для измерения температуры промывочной жидкости (ПЖ) на входе (в приемной емкости) и/или на выходе (в желобе).

Крепление - Датчик крепится с помощью крепежного приспособления.