Файл: Арцимович, Г. В. Влияние забойных условий и режима бурения на эффективность проходки глубоких скважин.pdf

дающего агента в зону резания, применения специальных растворов с высокими теплоемкостью и теплопроводностью. Снижение доли мощности, расходуемой на теплообразование,

обеспечивается путем уменьшения коэффициента трения в зоне

контакта. Один из возможных вариантов решения этой задачи— переход на силовой режим бурения. Правомерность

такой рекомендации обосновывается тем, что на износостой­

кость вооружения в большей степени, чем осевая нагрузка,

влияют окружные скорости. Поэтому необходимо снижать

число оборотов и увеличивать осевую нагрузку. Соответст­

вующие нараметры выбираются для конкретных условий

бурения.

Второе направление — создание новых материалов повы­

шенной износостойкости — очень перспективно. Для оснаще­ ния бурового инструмента на протяжении десятков лет приме­ няются одни и те же марки твердых сплавов вольфрамо­ кобальтовой группы и в последние годы—алмазы. В настоящее

время в различных отраслях науки ведутся обширные работы

по созданию новых композиционных материалов. Работы в этой области обещают большие выгоды. Ниже приводятся ма­

териалы исследований по двум указанным направлениям.

Г л а в а У

РАЗРАБОТКА НОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ ДОЛОТ РЕЖУЩЕГО ТИПА

И ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРОВЕРКА РЕКОМЕНДАЦИЙ

§ 1. КОНСТРУКЦИЯ ДОЛОТА

При создании новой конструкции долота * в основу были по­ ложены следующие требования.

1. Конструктивно породоразрушающая часть долота долж

на иметь минимальную и достаточную площадь контакта с по­

верхностью забоя. Минимальную — для обеспечения требуе­

мых для объемного разрушения контактных давлений при обыч­

ных осевых нагрузках и достаточную — для поддержания

высокой износостойкости.

* Конструкция долота разработана инженером Э. Д. Скляровым.

2. Породоразрушающая часть долота для обеспечения вы­ соких контактных нагрузок должна быть прерывистой. Каждый

из выступов лезвия оснащается твердым сплавом так, чтобы в процессе работы у долота не было необходимости изнашивать промежутки между твердосплавными вставками для обнажения их. Кроме повышения контактного давления, такая конструк­ ция позволяет снизить моментоемкость долота и значительно улучшить охлаждение породоразрушающих элементов.

3.Для обеспечения высокой износостойкости число твердо­

сплавных элементов, работающих в одной линии резания,

должно увеличиваться от центра к периферии.

4.Форма твердосплавнох! вставки должна быть клинооб­ разной и располагаться в лопастях под определенным углом,

величина которого близка к углу равнодействующей сил взаи­ модействия долота с породой. Это обеспечивает более эффектив­ ное разрушение забоя и повышает эксплуатационную проч­ ность твердосплавных вставок.

5. Периферийная часть долота также должна быть оснащена твердосплавными элементами. При этом необходимо обеспе­

чить минимальную потерю диаметра при бурении и предупре­

дить возможность повреждения колонны при спуске долота

вскважину.

6.Форма лопастехх должна гарантировать достаточно хо­

рошее центрирование долота в скважине.

7.Для обеспечения интенсивной и своевременной очистки забоя от шлама долото должно быть снабжено гидромонитор­ ными элементами. Последние необходимо располагать на рас­ стоянии 50—60 мм от забоя. Струи жидкости должны перекры­ вать всю площадь забоя. Диаметр насадки определяется ис­ ходя из имеющегося насосного хозяххства, глубины скважины, характеристики бурильной колонны, эффективной скорости ис­

течения потока и т. и. Насадки должны изготавливаться из

износостойкого материала и быть сменными для подбора необ­

ходимого диаметра в соответствии с указанными выше тре­ бованиями.

8.Для оснащения режущей части долот должны быть при­ менены низкокобальтовые твердые сплавы группы В К или

другие сверхтвердые материалы (например, алмазно-твердо­

сплавные, карбидкремниево-твердосплавные композиции).

В соответствии с указанными требованиями были разрабо­

таны долота и расширители с общим шифром РДГ — режущее долото гидромониторное. Ниже приводится описание конструк­

ции одного из долот этой серии (рис. 55).

К корпусу 1 долота привариваются три лопасти 5 , 7 и 10, имеющие длину, равную радиусу долота, и две укороченные

88

л-л

в

0160

лопасти 6 п 8. Корпус долота состоит из муфты и головки скрепленных резьбовым соединением с последующей сваркой для обеспечения герметичности. Режущие лезвия лопастей оснащены твердосплавными вставками 11 *. Периферийная

часть укороченных лопастей оснащена твердосплавными

пластинками 9.

Породоразрушающие элементы находятся в специальных выступах, образуя прерывистое лезвие. Вставки по длине лез­ вия расположены с переменным шагом, обеспечивающим коэф­

фициент перекрытия забоя режущими элементами от 5 до 1

в направлении от периферии к центру забоя. Прерывистое лез­ вие позволяет при сравнительно небольшой нагрузке на долото увеличить контактные давления на режущих элементах и сни­

зить моментоемкость долота. Кроме того, улучшаются условия

охлаждения породоразрушающих элементов, что повышает их

износостойкость.

При бурении лопасти образуют форму забоя — усеченный конус. Это улучшает центрирование долота и позволяет более

рационально распределить гидравлическую мощность, под­

* Форма вставок разработана канд. техя. наук Е. И. Асыченко.

99

7

водимую к долоту, при принятой схеме размещения гидромони­

торных насадок под различными углами к оси долота (10,

30, 45°). Угол встречи исходящей струи жидкости с поверх­

ностью забоя составляет 75—90°, что обеспечивает максималь­

ное использование гидромониторного эффекта. Расстояние от

торца насадок до поверхности забоя 50—60 мм. Насадки 2

размещаются в росточке головки корпуса, уплотняются резиновыми кольцами 3 и фиксируются пружинными коль­

цами 4.

Калибрующая часть каждой из пяти лопастей оснащена

тремя рядами цилиндрических твердосплавных штырей 12,

расположенных в шахматном порядке, с перекрытием. Такая

конструкция периферии способствует хорошей сохранности на­

ружного диаметра долота в процессе бурения.

Твердосплавные элементы изготавливаются из низкокобальтного сплава ВК6, что позволяет повысить стойкость во­ оружения долота. Крепление их в лопастях осуществляется пайкой с применением припоя Л62 на установках ТВЧ.

Учитывая износ твердосплавного вооружения в процессе

При передаче в массовое производство конструкция долота

претерпела некоторые изменения. Биконические периферий­

ные вставки были заменены пластинчатыми ввиду большей

стойкости последних при работе на периферии. Кроме того,

выступы с твердосплавными вставками и корпус лопасти на

высоте 30—50 мм были защищены наплавкой зернистого рэлита или сормайта во избежание размыва этих мест отраженной от забоя гидромониторной струей промывочной жидкости. Мера оказалась эффективной, размыв корпуса лопастей не наб­ людался.

§ 2. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ

Промышленная партия долот РДГ-13-5-5 выпущена Каменец Подольским заводом твердосплавного инструмента им’

Г. И. Петровского. С 1967 по 1971 г. заводом изготовлено и от­

правлено буровым организациям около 1000 долот РДГ-13-5-5.

В табл. 12 приведены показатели работы различных долот

при бурении скважин на площадях трестов «Полтаванефтегаз-

разведка» и «Черниговнефтегазразведка» Министерства гео­ логии УССР. Средняя проходка на долото РДГ-13-5-5 в 3,1 ра­ за превышает среднюю проходку на серийное трехшарошечное

100