Породоразрушающий инструмент – назначение, классификация и типы. Как классифицируются долота по характеру разрушения породы.

Инструменты ISM выделяются благодаря своей усиленной износостойкости, что делает их значительно более долговечными по сравнению с обычными режущими инструментами и лезвиями. Кроме того, они обеспечивают более экономичный вариант и более высокую эффективность при бурении по сравнению с алмазными инструментами. Высокая надежность этих инструментов делает их идеальными для различных задач.

Буровые долота: классификация породоразрушающего инструмента

Существует несколько категорий буровых долот, которые различаются по своему назначению, производительности и способности разрушать породу. Эти характеристики зависят от конкретного применения инструмента и условий, в которых он используется:

Сплошные долота;
Долота с отбором крена;
Долота специального назначения;

Лопастные долота;
Шарошечные долота;
Ступенчатые долота;
Пикообразные долота.

Основной задачей буровых долот является создание скважины необходимой глубины. Важно отметить, что эксперты рекомендуют приобретать данный инструмент в комплекте с буровой установкой для достижения максимальной эффективности.

Режуще-скалывающие долота;
Дробяще-скалывающие долота;
Режуще-истирающие долота.

Эти инструменты обеспечивают разрушение и резку породы, в то время как лопаты могут быть созданы вручную. Тем не менее, оптимальным вариантом будет довериться профессионалу, который сможет правильно выбрать инструмент для конкретной задачи. Лопастные долота, например, отлично подходят для работы с мягкими и рыхлыми породами. Однако одним из важных нюансов является то, что при глубоком бурении диаметр скважины может уменьшаться. Такие инструменты лучше всего подходят для бурения на небольшую глубину — обычно не более 50 метров.

ЛОПАСТНЫЕ ДОЛОТА

Изучим два основных типа лопастных долот:

О технических особенностях

Первый тип лопастного бура состоит из корпуса и дополнительной резьбы, которые сварены между собой для повышения прочности конструкции. Второй тип — цилиндро-конический бур, предназначенный для колонкового бурения. Он оборудован конусом и буровой головкой, что позволяет извлекать керн со дна скважины без необходимости поднимать бурильную трубу. Оборудование для дробления породы, которое используется в этом процессе, делится на:

М — для работ с мягким грунтом;
МС — для средней твердости.

Как правило, установка для колонкового бурения характеризуется наличием кернодробилки, которая необходима для эффективного вращательного бурения. Кернодробилки могут быть как алмазными, так и твердосплавными. Эти изделия имеют тороидальные канавки, расположенные на внутренней стороне буртика, которые способствуют переходу от нисходящего потока бурового раствора к восходящему.

Кроме того, небольшие блоки используются для обработки мягких почв и межпластовых пород. В процессе работы рабочий забой промывается специальным раствором для повышения эффективности. Данные установки чаще всего используются для разведочного бурения и могут функционировать до 15 часов без перерыва.

Что касается режущих инструментов, они могут справляться с бурением даже в загрязненных условиях. Центральная часть инструмента играет критически важную роль — от ее исправности зависит успех выполнения работы. Если она выходит из строя, работа останавливается. Буровое долото является неотъемлемым компонентом специализированного оборудования для непрерывного бурения нефтяных, газовых, водяных скважин, а также для других промышленных, технических и строительных задач. Оно эффективно разрушает грунт в ограниченной зоне воздействия буровой коронки и проникает на нужную глубину. Поэтому буры классифицируются как породоразрушающее оборудование.

Назначение буровых долот: общие сведения

Трехконусные буровые долота предназначены для непрерывного бурения в очень твердых породах и имеют следующие компоненты: 1 — наружная конусная соединительная резьба (ниппель), 2 — часть бурового долота (хвостовик), 3 — каналы в хвостовике для поддержки продувки, 4 — вал хвостовика, 5 — твердосплавные зубья с полусферической рабочей зоной, 6 — стопорный штифт, 7 — роликовые конусы, 8 — роликовые подшипники, 9 — центральный канал для продувки в забой и конусах.

Каждый компонент бурового оборудования имеет множество различных конструкций и модификаций, которые определяются специфическими особенностями и методами бурения разных пород, а также целями, поставленными перед ними. В зависимости от конструкции режущего инструмента разрушение породы происходит либо ударами, либо толчками.

Следует отметить, что данный бур не только разрушает твердый грунт в плоскости скважины, но и формирует стенки скважины. Чем глубже бур проникает в землю, тем больше нагрузки и жизненно важных факторов влияет на его компоненты, таких как циклические и статические нагрузки, моменты. Эти факторы могут привести к различным видам износа оборудования, включая истирание, ударное трение, усталость и коррозию.

В связи с вышеизложенным, буры производятся из высококачественной стали и твердосплавных сплавов. Поскольку это оборудование в большинстве случаев одноразовое, его конструкция ориентирована на обеспечении разумного срока службы. Важно отметить, что срок службы и качество оборудования напрямую зависят от применения правильных материалов для его производства.

04.02.2020

Породоразрушающий инструмент – назначение, классификация и типы

Уважаемые читатели портала!

Сегодня мы представляем вашему вниманию статью, посвященную породоразрушающему инструменту. В ней подробно рассмотрим назначение, классификацию и виды породоразрушающих инструментов.

Порододробильный инструмент (далее сокращенно ПРИ) — это оборудование, которое разрушает грунт (породу) в процессе бурения скважины. Он отвечает за формирование скважины, разбивая породу. Эффективность ПРИ зависит от свойств обрабатываемой породы, применяемого метода бурения и поставленных задач в конкретной ситуации.

Что такое породоразрушающий инструмент

Чтобы выбрать подходящий инструмент, совершенно необходимо определить, какой тип породы будет подвергаться бурению и какой именно метод бурения окажется наиболее подходящим для конкретного случая.

Классификация породоразрушающих инструментов осуществляется в зависимости от их назначения, производительности и специфики конструкции.

Некоторые из основных категорий:

Шарошечные буры, цилиндро-конические головки и твердосплавные буры используются для полнотелого бурения;
Цилиндроконические буры служат для бурения нефтяных, газовых и разведочных скважин. Они часто применяются в различных буровых операциях в горнопромышленном и строительном секторах.

В зависимости от конструкции и закалки буры могут использоваться для бурения мягких и среднетвердих пластов, а также для бурения бетонных пробок, металлических обсадных труб и для расширительных работ.

Что такое ионизация воды и для чего оно нужно: отвечает специалист. Ионизатор воды что это?

2. При кольцевом бурении отверстия могут сверлиться с помощью твердосплавных, алмазных сверл или буровых коронок.

3. Буровой шлам используется для других целей под руководством. Например, сверла, фрезы, калибраторы и выравниватель.

Лопастные фрезы изготавливаются из:

Классификация ПРИ по принципу разрушения породы

Режуще-скалывающие долота, которые разрушают породу за счет наклоненных в сторону вращения долота лопастей. Они применяются для работы в мягких, пластичных и слабообразующих породах;
Дробяще-скалывающие (или ПРИ дробяще-скалывающего действия) инструменты. Они разрушают породу за счет зубьев или штырей, расположенных на шарошках, которые вращаются вокруг своей оси. Эти долота отлично подходят для работы с породами любой твердости, включая средние, твердые и очень крепкие породы;
Истирающе-скалывающие или истирающе-резучие. Они разрушают породу с помощью алмазных зерен или штырей из твердых сплавов, размещенных в торцевой части долота и довольно эффективны при бурении пород средней твердости.

Классификация ПРИ по конструкции

Опорные — на опоре закреплена шарошка с вооружением;
Безопорные — не имеющие подвижных частей;
Если рассмотреть тип конструкции рабочих элементов, можно выделить три основных типа:

Лопастные;
Шарошечные;
Матричные.

Материалы, применяемые для изготовления долот

Фрезы с цилиндрическим конусом изготавливаются из следующих материалов:

Корпус — углеродистая, нелегированная сталь, может быть как штампованной, так и кованой;
Лопасти — сталь, в состав которой входят легирующие добавки, такие как хром, кремний и марганец;

Теги: породоразрушающие инструменты, буровые породоразрушающие инструменты, алмазные породоразрушающие инструменты. Компания: НефтеГазИнформ

Детали — из стали различных марок;
Шарошки — из конструкционной стали, легированной стали, цементируемой малоуглеродистой стали.

Корпус — из конструкционной углеродистой стали;
Рабочая фасонная поверхность (матрица) — выполняется из порошкообразного или зернистого твердого сплава;

Существует множество категорий буровых коронок, которые различаются по своему применению и функционалу.

Классификация породоразрушающего инструмента

Инструменты классифицируются в зависимости от свойств материала, формы, состава компонентов, положения отдельных частей относительно оси, интенсивности выброса породы при работе и по другим критериям.

Классификация позволяет выделить три типа инструментов:

В зависимости от типа материала, из которого изготовлен породоразрушающий инструмент, его делят на следующие категории:

Сплошные инструменты, используемые для углубления ствола. Разрушение пластов может происходить в одной плоскости или поэтапно.
Головки, предназначенные для углубления, работающие вокруг забойной зоны.
Специальные долота, которые используются в уже готовых скважинах.

Буры также классифицируются в зависимости от конструкции буровых устройств и мощности струи бурового раствора. Существует два типа таких буров: стандартные буры и струйные буры. Стандартные буры характеризуются тем, что вырабатываемый раствор выходит через специальные грязевые отверстия в центре инструмента. Оттуда раствор поступает на лопасти, и лишь небольшой процент жидкости достигает забоя. В струйных бурах буровой раствор попадает в нижний забой через боковые отверстия, что также улучшает разрушение породы.

Оборудование из стали;
Твердосплавные устройства;
Алмазно-твердосплавное оборудование;
Алмазное оборудование.

Иншим способом классификации буровых долот является степень воздействия на пласт. Это воздействие приводит к разрушению породы при вращении долота. Можно выделить следующие типы породоразрушающего инструмента:

Исходя из описанных различий, следует отметить, что выбор породоразрушающего инструмента должен зависеть от условий, типов работающих пластов, вида работ и других факторов.

Дробящие устройства;
Шарошечные устройства, комбинирующие функции дробления и скола;
Лопастные долота;
Фрезерные;
Истирающие с функцией резки;
Истирающие с функцией разрезания и алмазной обработкой;

Цилиндрическая конусная дробилка является одним из самых популярных инструментов, который применяется для бурения путем разрушения или сдвига породы. Этот тип инструмента можно использовать практически без ограничений в породах различной твердости.

Типы породоразрушающего инструмента

Конструктивно конусно-валковая дробилка состоит из вала, частей, сваренных между собой, и вращающихся конусов с зубьями. В процессе бурения конусы разбивают породу. Вращение фрезы позволяет инструменту ввинчиваться в верхнюю часть грунта, в результате чего отколовшиеся от общего пласта куски породы разбиваются на более мелкие части.

Более эффективным представляется инструмент для резки породы, который сочетает в себе функции дробления и резки. В такой конструкции дробление сочетается со скольжением режущих кромок по поверхности скважины, что приводит к дополнительному дроблению обрабатываемого пласта. Такие резцы наиболее эффективны для работы в твердых и среднетвердых породах.

В масштабе рынка цилиндрические конические фрезы различаются по количеству использованных конусов. Одноконусные инструменты предназначены для глубинного бурения и обычно имеют усиленные держатели с высокой износостойкостью. Такие инструменты лучше всего подходят для обработки известковых и карбонатных пород с высокой хрупкостью. Двухцилиндровые фрезы чаще всего используются для поискового и разведочного бурения.

Также выделяются треугольные стамески, которые считаются наиболее известными благодаря своей практичной форме, идеально подходящей для создания классических круглых отверстий. Они имеют три зубила, что обеспечивает правильный баланс инструмента. Существуют и четырехгранные стамески, предназначенные для работы в сложных условиях.

Лезвийные стамески, в свою очередь, обладают простой конструкцией и просты в процессе изготовления и обслуживания. Они также могут различаться по твердости породы и более всего подходят для работы с мягкими почвами и с вязкими породами, которые хорошо поддаются деформации. Эти инструменты способны проходить до 1,5 километра за один заход. Однако у данной конструкции есть и недостаток: диаметр скважины иногда требуется увеличивать, а сами инструменты изнашиваются быстрее, что приводит к необходимости их частой замены.

Ковшовые буровые установки могут иметь разные количества ковшей. В нефтегазовой промышленности наиболее распространены инструменты с тремя режущими кромками, но встречаются и варианты с шестью. Среди этих инструментов выделяются монолитные алмазные инструменты, которые хорошо проявляют себя в пластах средней твердости и высокой продуктивности.

Разрушение, осуществляемое при помощи алмазного инструмента, достигается путем микрорезания. Однако стоит отметить, что алмазные инструменты капризны: очень важно избегать попадания посторонних веществ, таких как примеси и инородные частицы, в скважину. В противном случае алмазная крошка может ломаться и загрязнять буровой раствор.

Как выглядит нивяник обыкновенный. Как выглядит нивяник обыкновенный.

Породоразрушающий инструмент режущего типа является самым простым в своем роде, но он отличается высокой прочностью и износостойкостью. В отличие от предыдущего типа, фреза не боится инородных тела и загрязнений в скважине. Эти инструменты применяются, например, для удаления застрявших валунов и других крупных предметов, которые могут встретиться на дне скважины, а также для разрушения бетонных пробок и перемычек в самой скважине.

Важным аспектом является конструкция цилиндро-конического бурового долота.

Шарошечные буровые долота

Шарошечные буровые долота, будучи наиболее распространенной разновидностью породоразрушающего инструмента, активно используются в горной и геологоразведочной промышленности. Они обеспечивают формирование шпуров путем разрушения или дробления своих рабочих элементов. Эти инструменты эффективны как в абразивных, так и в неабразивных слоях горных пород. Цилиндроконические буры, в частности, могут применяться в породах практически всех степеней твердости.

Цилиндрическая конусная фреза в целом представляет собой довольно сложную конструкцию, где соединенные сваркой детали удерживают на своих штифтах вращающиеся конусы (цилиндрические или конические фрезы с зубьями специальной формы). Эти резцы, приводимые в движение буровым двигателем, создают дробящее или скользящее воздействие на породу в месте бурения.

При дроблении зубья режущего инструмента разрушают породу, и вращающаяся режущая кромка проникает в недра, вызывая разрушение породы. Данный тип долота эффективно работает в твердых и очень твердых породах.

Двухфланцевое долото состоит из следующих компонентов: 1 — корпус; 2 — лезвие; 3 — твердосплавные пластины; 4 — твердосплавные штифты; 5 — рейка.

Метод дробления и бурения более продуктивен, так как сочетается действие дробления со скольжением долота по дну скважины, что дополнительно приводит к сколам породы. Резцы этого типа эффективно работают в мягких, средне-твердых и твердых породах и демонстрируют хорошую производительность.

Цилиндрические конусные фрезы могут отличаться как по типу режущей структуры, так и по количеству конусов. Буры бывают с одним, двумя, тремя и даже четырьмя конусами. От количества используемых конусов зависит их функциональность, и разных фрезы могут использоваться в зависимости от конкретных задач.

Одноконусные инструменты чаще применяются для бурения глубоких скважин. В сложных условиях работы они требуют наличия необходимых технических характеристик: высокой прочности хвостовиков и конусов, а также надежного держателя. А наилучший результат такие инструменты достигают в рыхлых породах, таких как карбонаты, доломиты и различные известняки. Двухцилиндровые конические инструменты чаще всего используются в разведочном бурении для предоставления достоверной информации о геологическом строении.

Конструкция автоматического бурового станка.

Наиболее востребованы конические долота, которые благодаря своей конструкции оптимально вписываются в поперечное сечение круглого ствола скважины. Три конуса, равномерно распределенные по корпусу долота, обеспечивают оптимальное выравнивание и устойчивость вращающегося инструмента в скважине.

Относительно новый четырехконусный инструмент, диаметр которого составляет 295,3 мм, был специально разработан для бурения в сложных технических и геологических условиях.

Совсем недавно в России начали разработку буров с несколькими конусами, диаметр которых может достигать 555 мм. Эти инструменты применяются для бурения скважин большого диаметра и промывки забоя скважин буровым раствором.

Конструкция буровой установки и расход бурового раствора.

Лопастные долота

Лопастные инструменты, в отличие от цилиндрических конусных, обладают относительно простой конструкцией и технологией. Они также отличаются по твердости буримого материала, что делает их идеальными для работы на высоких скоростях в мягких, вязких и несцементированных породах, обладающих высокой степенью песчанистости и пластичности.

Благодаря своим уникальным конструктивным особенностям, такие инструменты способны достигать глубин до 1500 метров за один проход, при условии, что грунтовые условия являются приемлемыми.

Тем не менее, высокая скорость проходки, характерная для такого типа долота, требует периодического увеличения диаметра скважины перед использованием следующего инструмента. Более того, поскольку разрушающие элементы конического бура постоянно контактируют с породой, они быстро изнашиваются по сравнению с цилиндро-коническими долами.

Структура цилиндро-конического бура.

Согласно современным промышленным стандартам, в настоящее время выделяются следующие виды цилиндро-конических буров:

Однолопастные (пикообразные). Диаметр – от 98,4 до 444,5 мм. Осуществляют промывку с пространственной (обычной) помощью. Применяются для разрушения цементных пробок и металлических деталей низа обсадной колонны.
Двухлопастные. Диаметр – от 76,0 до 165,1 мм. Осуществляют проточную промывку. Используются на мягких и пластичных горных породах.
Трехлопастные. Диаметр – от 120,6 до 469,9 мм. Может быть использована как проточная, так и гидромониторная промывка.
Трехлопастные долота, имеющие истирающе-режущее действие. Диаметр варьируется от 190,5 до 269,9 мм. Изготавливаются с проточной и гидромониторной промывкой.
Шестилопастные долота с истирающе-режущим эффектом. Диаметр предполагает от 76,0 до 269,9 мм. Также могут быть выполнены с проточной и гидромониторной промывкой.

Алмазные буровые долота

Алмазные буровые долота являются в основном монолитными породоразрушающими инструментами, применяемыми для бурения в породах средней твердости. Они также используются в условиях, где пластичные породы чередуются с породами средней твердости и твердыми. Алмазная коронка осуществляет пробивку неабразивной структуры породы путем шлифования или микрорезания.

Как это видно из названия, главной особенностью этих долотов является наличие алмазных режущих элементов. Технические параметры и уровень производительности этих инструментов в значительной степени зависят от качества и количества использованных алмазов.

Важно учитывать определенные технологические нюансы при использовании алмазных буров. Ни один другой буровой инструмент не оказывается столь чувствительным к чистоте скважины и грунта, а также к интенсивности промывки, как алмазный бур. Если в процессе работы в передней части появляются известные твердые обломки или частицы металла, это может привести к разрушению алмазных вставок и их отделению от корпуса.

Побелка деревьев. Для чего нужна, когда и чем белить деревья. Побелка деревьев для чего.

Алмазные буровые инструменты подразделяются на группы в зависимости от формы и ориентации канавок, а также паза и других рабочих элементов. Существуют три типа алмазных буровых коронок: радиальные, спиральные и ступенчатые. В зависимости от расположения алмазных камней различают двух типов инструментов: однослойные и многослойные.

Как и любой другой инструмент, сверло имеет свои рабочие параметры, которые позволяют определить его пригодность для определенного применения. Самым важным среди них является, конечно же, срок службы. Однако он равен для всех, так как для создания элементов, предназначенных для решения столь сложных задач, всегда используются наиболее качественные материалы. Поэтому в данный момент нет причин говорить о недостатке качества.

Характеристики рабочих элементов

Читайте также: Электробритва. Электрическая электропила

Второй по значимости фактор — это диаметр сверла. Если прочность инструмента вызывает минимум сомнений, то при выборе необходимо подходить очень внимательно. На рынке представлено множество размеров, которые различаются в зависимости от типичной необходимости их применения. Существует широкий ассортимент сверл, покрывающий данные потребности, что делает выбор довольно простым.

К числу наиболее известных типов сверл можно отнести:

Инструмент для обработки камня и резки породы может быть создан вручную, однако лучшим решением будет довериться специалисту. Долото с лезвием предпочтительно применять для работы с мягкими и рыхлыми породами. Среди его особенностей стоит отметить, что при глубоком проникновении диаметр скважины может уменьшаться, что подходит для бурения на небольшую глубину, не превышающую 50 метров.

• Алмазные буровые долота, имеющие прочное напыление, позволят легко справляться даже с самыми сложными задачами. Этот вид инструмента используется в исключительных случаях, когда другие варианты оказываются неэффективными. Однако из-за значительной стоимости их нецелесообразно использовать без крайней необходимости, так как с течением времени напыление подвержено износу.
• Буровые долота PDC подходят для ситуаций, когда требуется бурение больших глубин без остановок. Они подходят как инструмент, когда критично выполнить проходку определенного участка за одну смену.
• Стандартные шарошечные элементы применяются во всех остальных случаях.

ЛОПАСТНЫЕ ДОЛОТА

О технических особенностях

Лопастной бур первого типа состоит из корпуса и дополнительной резьбы, которые связываются сваркой, придавая всей конструкции дополнительную прочность. Цилиндро-конический бур второго типа, в свою очередь, подходит для колонкового бурения, так как оснащен конусом и буровой головкой. Это позволяет извлекать керн прямо со дна скважины без поднятия бурильной трубы. Оборудование для дробления породы делится на:

М — предназначается для работы с мягким грунтом;
МС — для средне-твердых грунтов.

Установка для колонкового бурения выделяется наличием кернодробилки, необходимой для данного вида вращательного бурения, среди которых отличаются алмазные и твердосплавные. Эти изделия имеют тороидальные канавки, размещенные на внутренней стороне буртика, важные для перехода от нисходящего потока к восходящему.

К тому же, небольшие блоки используются для работы с мягкими почвами и межпластовыми породами. В процессе работы рабочий забой обрабатывается специальным раствором.

Эти установки зачастую применяются для разведочного бурения и могут функционировать до 15 часов без перебоев.

Что касается режущих инструментов, следует отметить, что они могут бурить даже в загрязненных условиях. Центральная часть инструмента, обладая важнейшим значением, решает задачу обеспечения качества выполненной работы. Если она выходит из строя, выполнение работы останавливается. Буровое долото является базовым элементом специализированного инструмента, предназначенного для непрерывного бурения нефтяных, газовых и водяных скважин, а также для других промышленных и строительных нужд. Его функциональность заключается в разрушении грунта на ограниченной поверхности воздействия буровой коронки и проникновении на необходимую глубину. По этому основному назначению многие буры относятся к категории породоразрушающего оборудования.

Породоразрушающий инструмент (ПРИ): принципы классификации

Лопастные долота: а — трехлопастное; б — двухлопастное; в — типа RH; г — типа IP; д — типа FR; е — ковшовое.

Эти отличия обуславливаются, в частности, физическими свойствами материала, таким как твердость, износостойкость и другими факторами, а также формой, количеством элементов инструмента и их расположением относительно оси режущей кромки.

По этой причине все породоразрушающие инструменты традиционно делятся на три типа:

Классификация по типу материала для обработки включает:

Инструменты сплошного бурения — предназначены для углубления скважин и разрушения породы по всему размеру скважины
Головки колонкового бурения — служат для углубления скважин, разрушая породу по границе забоя;
Долота специального назначения — к ним относятся фрезерные и расширительные головки, используемые в уже пробуренных скважинах.

Также следует отметить, что существует ряд стандартов и норм, которые регулируют выбор и применение тех или иных инструментов. При этом учитываются такие параметры, как скорость бурения, характеристика породы, которая должна быть пробурена, и целевые функции бурения.

Помимо этого, буровые установки могут быть различны по конструкции систем бурового раствора и уровню используемой струи бурового раствора. На данный момент имеются два типа: обычные (проточные) и струйные (реактивные) буры.

Первая группа характеризуется тем, что буровой раствор проходит через специальные отверстия в центре долота, направляясь к режущим кромкам, при этом сам раствор достигает только части поверхности забоя скважины. Напротив, сопловые элементы строятся так, чтобы жидкости достигали поверхности забоя через боковые отверстия между конусами. Это облегчает не только очистку забоя, но и уменьшает породы.

Наиболее важные группы инструментов различаются по принципу воздействия на породу, которое вызывает процесс разрушения в момент вращения.

Как видно из приведенной классификации, в каждом конкретном случае используется соответствующий породоразрушающий инструмент. Полезно более детально рассмотреть некоторые специализированные и эксплуатационные параметры этих буровых компонентов.