§ 6. Алмазные расширители
Алмазные расширители служат для предупреждения уменьшения диаметра скважин, возникающего за счет износа алмазных коронок, т. е. для их калибровки или увеличения диаметра. Кроме того, применение расширителей способствует стабилизации нижней части п\ рового снаряда, что уменьшает возможность проявления вибраций. Все это повышает срок службы алмазных коронок и соответственно уменьшает расход алмазов, позволяет вести бурение на более производительных форсированных режимах, сводит до минимума затраты времени на расширение суженных участков ствола скважины, уменьшает количество аварий, возникающих из-за повреждений коронки в суженной части ствола скважины и т. д. С одним расширителем может быть отработано несколько коронок. Все это вместе взятое оправдывает расход алмазов, связанный с применением расширителей.
В практике бурения скважин используется ряд конструкций расширителей и калибраторов, разработанных для различных типов буровых снарядов — одинарных, двойных и ССК. К ним относятся: РСА, РДТ, РУТ, Р-03, PACK, РЦК, КАНБ.
Расширители типа РСА-1, PACK, Р-03, РЦК (рис. 2.11, а) представляют собой стальной полый корпус, имеющий на обоих концах стандартную присоединительную резьбу—наружную и внутреннюю — под коронку и колонковую трубу соответственно. В корпус 1 расширителя впаиваются штабики 2 (пластинки) матрицы, армированной алмазными зернами. Форма штабиков может быть различной. Между штабиками фрезеруют каналы для циркуляции очистного агента. В некоторых случаях внутри корпуса расширителя делают конусную проточку под кернор- ватель.
Наибольшее распространение получили расширители полосчатого типа, у которых штабики, имеющие форму пластинок, расположены параллельно оси корпуса расширителя. Для изготовления штабиков используют естественные алмазы XV, XXXIV или XXXVI группы или синтетические с зернистостью
10—30 шт/кар. Твердость матрицы штабиков HRC = 20т25. Зерна алмазов имеют заданный выпуск. Наружный диаметр расширителей больше на 0,4 мм диаметра коронки с соответствующим допуском.
Калибратор КАНБ (рис. 2.11, б) состоит из корпуса 7 со съемными стальными кольцами 3, 4 и 5, на наружной поверхности которых расположены металлокерамические штабики 6 с алмазными резцами. Кольца удерживаются на корпусе шайбой 2, прижимаемой бурильной трубой 1 при сборке бурового снаряда.
Глава 3
ШАРОШЕЧНЫЙ ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
§ 1. Общие сведения о шарошечном породоразрушающем инструменте
Породоразрушающий инструмент шарошечного типа находит широкое применение при бурении скважин в любых горных породах — от мягких до очень твердых и хрупких. Таким инструментом осуществляется бурение в основном эксплуатационных и разведочных скважин на нефть, газ и воду, а также геологоразведочных скважин на твердые полезные ископаемые как с получением керна (шарошечными коронками), так и без керна (шарошечными до* лотами).
Шарошечное
долото (рис. 3.1) может состоять из
специального корпуса или из секций,
образующих при сварке корпус с внутренней
или наружной присоединительной резьбой,
лап, цапф с подшипниками опоры и шарошек
с вооружением. В долотах, имеющих
специальный корпус, устанавливают
промывочную плиту с промывочными
каналами. Секционные долота имеют
обычно центральный канал для прохода
промывочной жидкости.
Рис. 3.1. Конструкции шарошечного долота:
1 — спинка долота; 2 — лапа; 3 — присоединительная резьба; 4 — сварочный шов; 5 — сборочный штифт; б —упорный торец;
— ребро лапы; Д —шарошка; 9 — замковый палец; J0—шпонка; 11 — цапфа; 12 — роликовый подшипник; 13 — шариковый подшипник; 14 — вооружение (зубья) шарошки; 15 — вершина шарошки
Долота, имеющие специальный корпус, называются корпусными, а секционные получили название бескорпусных.
При вращении такого породоразрушающего инструмента шарошки, вращаясь в свою очередь вокруг своих осей, наносят зубьями удары по забою, что приводит к разрушению породы в основном
под действием динамических нагрузок. Кроме того, в этом процессе участвует и статическая сила — осевая нагрузка. Под действием всех сил (динамических и статических) процесс разрушения горной породы может сводиться в основном к раздавливанию (смятию), дроблению и скалыванию. Причем, эти процессы протекают в сочетании друг с другом. Превалирование того или иного из них зависит как от свойств разрушаемой породы (главным образом пластичности, хрупкости), так и от кинематики и динамики работы ПРИ, определяемой его конструктивными элементами. В определенных условиях может проявляться и процесс резания.
По механизму разрушения породы шарошечный ПРИ можно разделить на три основных группы: раздавливающе-режуще-ска- лывающего (РРС), дробяще-раздавливающего (ДРД) и дробяще- скалывающего действия (ДСД). Основной отличительной особенностью ПРИ рассматриваемого типа является форма и размеры вооружения (зубьев) шарошек, а также схема расположения последних. С учетом характера разбуриваемых таким инструментом пород разработано пять основных типов шарошечных долот: М — для пород мягких; С — для пород средней твердости; Т — для твердых; К —для крепких и ОК —для очень крепких пород.
Для бурения скважин в толщах переслаивающихся пород с меняющимися свойствами (твердость, абразивность, трещиноватость) используют конструкции ПРИ с вооружением комбинированного типа, более пригодные для разрушения пород разной твердости и абразивности. К такому инструменту относятся долота типа МС, предназначенные для перемежающихся пород мягких и средней твердости; СТ —средней твердости и твердых; ТК — твердых и крепких; М3, МСЗ, СЗ, ТЗ и ТКЗ —для пород соответствующей твердости, но абразивных. Таким образом, по рассмотренным основным признакам разработано 13 типов долот.
Основными достоинствами ПРИ шарошечного типа являются: большое количество породоразрушающих элементов, участвующих в работе (с постоянным обновлением), их большая стойкость (в отношении абразивного износа) в связи с более благоприятным процессом взаимодействия с породой; действие динамических нагрузок, способствующих более эффективному разрушению твердых и особенно хрупких пород; реализация процесса резания и гидромониторного эффекта при разрушении мягких пород.