Состав буровой установки - рефераты, скачать рефераты, бесплатно рефераты

Рефераты. Состав буровой установки

убцы используют для бурения мягких пород, а круглые и по-лусферические вставки применяют для бурения средних и твер-дых пород. На рис. 4.1 показано долото штыревого типа с остроконечными вставными зубцами.

Подшипники опор долот. Эти элементы долота выполняют следующие функции: 1) воспринимают радиальную нагрузку; 2) воспринимают осевые нагрузки; 3) удерживают шарошки на лапах.

Первая функция осуществляется крайним и ближним к вер-шине цапфы подшипниками, вторая и третья функции -- ша-риковыми подшипниками и фрикционными упорными поверх-ностями.

Применяют два различных типа подшипников: качения (ан-тифрикционные) и скольжения (фрикционные).

Подшипники качения применяют в виде двух схем: ролик -- шарик --ролик (РШР) и ролик--шарик--подшипник скольжения (РШС).

Подшипник опоры типа ролик -- шарик -- ролик (рис. 4.10) включает роликовый подшипник (ближний к вершине цапфы), содержащий ролики (небольшие сплошные цилиндры), проме-жуточный шариковый и наружный роликовый подшипники. Шариковый замковый подшипник служит для закрепления ша-рошки на цапфе Диаметр подшипника определяется углом на-клона цапфы и типоразмером шарошки. Рациональное соотно-шение между диаметрами подшипников, роликов и шариков, толщиной корпуса шарошки определяется прочностью каждой составной части. Недостаток опоры долота со схемой РШР -- выкрашивание беговых дорожек на стороне большей нагрузки под действием высоких напряжений. Долговечность долота со схемой РШР меньше по сравнению со схемой, в которой приме-няют подшипники фрикционного типа (скольжения).

Схема ролик -- шарик -- ролик обычно используется в доло-тах диаметром более 311 мм в условиях, в которых требуются высокие скорости вращения.

Опора со схемой РШС (см. рис. 4.4) включает подшипник скольжения, установленный ближе к вершине цапфы. Внутрен-ний шариковый и наружный роликовый подшипники такого же типа, что и в схеме РШР. Подшипник скольжения состоит из специальной цементируемой втулки, запрессованной в гнездо передней части цапфы Поверхность цапфы покрыта специаль-ным твердым сплавом (стеллитом) так, что при вращении втулки на цапфе коэффициент трения незначителен, в резуль-тате чего уменьшается износ.

Подшипники скольжения стали применять в бурении, чтобы исключить недостатки опор со схемой РШР -- выкрашивание беговых дорожек. Кроме того, замена роликов подшипниками скольжения позволяет увеличить прочность шарошки вследствие большей толщины корпуса и цапфы за счет ее большего диа-метра.

Опоры по схеме ролик-- ша-рик-- подшипник скольжения ис-пользуют в долотах диаметром до 311 мм.

Рис. 4.11. Цапфа подшипника скольжения типа СШС [1]:

1 -- уравнительные отверстия; 2 -- резервуар со смазкой, 3 -- отверстие для заполнения смазкой, 4 -- канал для смазки, 5 -- замковый па-лец, 6 -- кольцевой слой смазки, 7 -- сальнико-вое уплотнение, 8 -- слой твердого сплава на цапфе, 9 -- лапа, 10-- мембрана для уравнивания давления; 11 -- слой специального покрытия для быстрого отвода тепла на внутренней поверхности шарошки, 12 -- шарошка, IS -- шариковый подшипник, /4 -- пята, 15 -- стой твердого сплава на нагруженной поверхности цапфы.

Фрикционные подшип-ники (скольжения). Основное их отличие состоит в том, что ро-лики подшипника, установленного ближе к вершине цапфы, и наруж-ного заменены подшипниками скольжения. Это дает возможность увеличить диаметр опоры, в результате чего получают более прочную опору. Опора по схеме подшипник скольжения -- ша-рик-- подшипник скольжения (СШС) приведена на рис. 4.11. Существует другой вариант «Хьюз», в котором шариковый подшипник заменен стальным кольцом.

Смазка опор долот. Опоры шарошечных долот бывают не-герметизированные и герметизированные. Негерметизирован-ные опоры смазываются с помощью циркулирующего в сква-жине бурового раствора, поступающего через зазоры между шарошкой и цапфой. Для смазки долот с герметизированной опорой применяют специальную систему, размещенную внутри корпуса лапы. В последнем случае смазка буровым раствором не рекомендуется, так как буровой раствор содержит абразив-ные твердые вещества (песок, барит и т. д.), которые сокра-щают срок эксплуатации долота.

Негерметизированные опоры смазываются буровым раство-ром. Герметизированная опора состоит из подшипников, уплот-нения, резервуара со смазкой и компенсатора давления (см. рис. 411). Уплотнение представляет собой О-образное кольцо, помещенное между шарошкой и самой нижней точкой подшип-ника. Уплотнительное кольцо создает герметизацию, преду-преждающую попадание бурового раствора на опору или вы-ход смазки. Резервуар обеспечивает подачу консистентной

смазки в опору через канал. Движение консистентной смазки регулируется системой компенсирования давления.

Компенсатор давления включает гибкую мембрану, которая действует в пределах металлического протектора и удержива-ется стальной крышкой с отверстиями. Компенсатор под-держивает одинаковое давление внутри и снаружи опоры. Механизм компенсирования давления снабжен предохранитель-ным клапаном. Последний защищает уплотнение опоры и ком-пенсатор от повреждения, когда высокая температура способст-вует разложению смазки на газообразные компоненты, в ре-зультате чего увеличивается внутреннее давление.

КЛАССИФИКАЦИЯ БУРОВЫХ ДОЛОТ
Конструкции долот с фрезерованными зубцами или штыре-вые долота могут быть изготовлены при различных сочетаниях диаметра, форм и типа зубцов, величины смещения, типа под-шипника и механизма смазки. Существует несколько фирм-изготовителей долот, которые выпускают собственные модифи-кации конструкций долот. Таким образом, для одного типа пород имеется несколько конструкций долот различных изгото-вителей.

Международная ассоциация буровых подрядчиков (IADC, или МАБП) в 1972 г. разработала сравнительную классифика-цию для различных типов долот. Основные положения этой классификации приведены в табл. 4.1, в которой каждое до-лото обозначается с помощью трех индексов.

Первый индекс (или цифра) определяет классификацию се-рии, которая относится к вооружению долота. Для долот с фре-зерованными зубцами первый шифр имеет цифры от 1 до 3, который характеризует породу -- мягкая, средняя и твердая соответственно.

Мягкие породы (цифра 1) требуют длинных, тонких зубцов с большим шагом между ними для эффективного бурения. Средние породы (цифра 2) требуют коротких зубцов с мень-шим шагом между ними, чтобы выдерживать высокие контакт-ные нагрузки.

Твердые породы (цифра 3) требуют очень коротких зубцов с малым шагом для максимального срока службы долота и эф-фективного бурения.

Для штыревых долот первый индекс -- цифры 5--8. Эти цифры соответствуют увеличению твердости породы (см. табл. 4.1).

Второй индекс относится к классу твердости горной породы в пределах каждой группы и имеет номера от 1 до 4. Эти но-мера соответствуют твердости пород от самых мягких до самых твердых в пределах каждой серии.

Третий индекс (от 1 до 9) определяет механические особен-ности [2] долота, например, опоры герметизированные и негерметизированные.

В табл. 4.2 и 4.3 приведены сравнительные характеристики для фрезерованных и штыревых долот четырех фирм-изготови-телей.

В качестве примера использования табл. 4.2 рассмотрим долото с шифром 134. Из табл. 4.2 можно видеть, что шифр до-лота 134 указывает на то, что долото с фрезерованными зуб-цами подходит для мягких пород (класс 3). Этот тип долота характеризуется герметизированной опорой и может быть за-казан у четырех приведенных ниже производителей следующим образом.

Фирма.............. «Смит» «Хьюз» «Рид» «Секьюрити»

Марка долота (шифр 134)..... SDG XIG S13 S44

Марки штыревых долот с шифром 627 приве-дены ниже. '

Фирма ............... «Хьюз» «Рид» «Смит»

Марка долота (шифр 627) ...... 155 FP62 F5

АЛМАЗНЫЕ ДОЛОТА

Режущие элементы алмазного долота состоят из большого количества небольших алмазов, расположенных на корпусе из карбида вольфрама. В долоте нет движущихся частей, и оно обычно применяется для бурения твердых и абразивных пород, а также когда требуется значительная проходка, чтобы сокра-тить время на спуск и подъем. Это особенно важно для глубо ких скважин (в морском бурении), где стоимость времени ра-боты буровой установки очень велика. Алмазные долота используют при бурении с отбором и без отбора керна. При буре-нии с отбором керна долото применяют в сочетании с грунтоноской, чтобы получить образцы породы.Алмаз -- твердый материал и имеет твердость 10 ед. по шкале Мооса. В этой классификации 1 соответствует мягким породам (например, тальк), а 10 -- очень твердым минералам (например, алмаз).

Теплопроводность алмаза также самая высокая среди мине-ралов, что позволяет алмазному вооружению быстро охлаж-даться. Это свойство важно для предупреждения разрушения алмазов при быстром нагревании и термическом растрески-вании.

На рис. 4.16 приведены алмазные долота с различными про-филями конусов.

Размер алмазов определяет тип буримой породы. Для буре-ния мягких пород используют крупные алмазы, а для твердых небольшие, так как они не могут вдавливаться глубоко.

Большинство алмазных долот изготовляют для колонкового бурения, так как долота типа PDC менее дороги и имеют вы-сокие производственные показатели. В алмазном колонковом долоте выполнено центральное отверстие, соответствующее диаметру керна. При колонковом бурении КНБК. Включает алмазное колонковое долото, грунтоноску, УБТ и бурильную колонну до поверхности..

Рис 4.16 Алмазные до лота с различными про-филями конусов.

БУРЕНИЕ ВЕРТИКАЛЬНЫХ И НАПРАВЛЕННЫХ СКВАЖИН.
БУРЕНИЕ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СКВАЖ.ИН
ПРИЧИНЫ ИСКРИВЛЕНИЯ СТВОЛА СКВАЖИНЫ

В роторном бурении основными элементами бурильной колонны являются долото, стабилизаторы, УБТ и бурильная колонна до устья скважины

Разрушение породы осуществляется под действием осевой нагрузки на зубцы долота за счёт веса труб и вращения ротора Действующая нагрузка на долото превышает предел прочности на сжатие и разрушает поверхность породы, а вращение обеспечивает срезающее и разрывающее действие В результате дей-ствия этих двух факторов образуются частицы породы различных размеров, которые вымываются на поверхность потоком бурового раствора или воздуха После этого зубцы долота внедряются в новую поверхность породы, позволяя таким образом углублять скважину.

Направление оси скважины зависит от состава нижней ча-сти бурильной колонны и характеристики пласта. На рис. 8.1 показано, как под действием приложенных усилий бурильная колонна изгибается и в некоторой точке (точка касания) кон-тактирует со стенками скважины.

Направление скважины обусловлено силами W, F. Силы W и F могут быть количественно определены в любом месте ствола скважины. Сила реакции забоя значительно изменяется в пре-делах одного типа пород, что затрудняет ее количественное оп-ределение и прогнозирование. Сила реакции забоя зависит от типа долота и осевой нагрузки.

Рис 8 1 Схема действия механических факторов на искривление ствола скважины / -- ось скважины 2 -- ось УБТ La -- активная длина УБТ, А -- точка касания / -- угол искривления № -- осевая нагрузка на долото F -- отклоняющая (маятниковая) сила.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ
Технологические факторы, способствующие отклонению скважины от вертикали, включают осевую нагрузку W и откло-няющую силу F (см. рис. 8.1). Осевая сила представляет общую нагрузку на долото и по характеру является сжимающим уси-лием. Бурильная колонна изгибается под действием нагрузки W и в результате ось УБТ отклоняется от оси скважины.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5