Геологическая энциклопедия - буровое долото

(a. drilling bit, bore bit; н. BohrmeiОІel; ф. trepan, outil de forage; и. broca, trepano) осн. элемент бурового инструмента для механич. разрушения г. п. в процессе бурения скважины. Термин "долото" сохранился от раннего периода развития техники бурения, когда единств. способом проходки скважины было ударное бурение, при к-ром Б. д. имело сходство с плотничным инструментом того же наименования. По назначению различают 3 класса Б. д.: для сплошного бурения (разрушение г. п. по всему забою скважины), колонкового бурения (разрушение г. п. по кольцу забоя скважины с оставлением в её центр. части керна) и для спец. целей (зарезные долота, расширители, фрезеры и др.). По характеру воздействия на г. п. Б. д. делятся на 4 класса: дробящие, дробяще-скалывающие, истирающе-режущие и режуще-скалывающие. По виду рабочей (разрушающей г. п.) части выделяют шарошечные и лопастные Б. д.

Шарошечными Б. д. осуществляется б.ч. общего объёма бурения нефтяных, газовых и взрывных скважин. Шарошечное Б. д. (или бурильная головка для колонкового бурения) состоит из (одной, двух, трёх, четырёх или шести конич.) сферич. или цилиндрич. шарошек, смонтированных на подшипниках качения или скольжения (или их комбинации) на цапфах секций Б. д. Осн. разновидность шарошечных долот для сплошного бурения трёхшарошечное долото (рис. 1, а), при бурении глубоких скважин получило распространение также одношарошечное Б. д. (рис. 1, б).

Рис. 1. Шарошечные долота: а трёхшарошечное; б одношарошечное; 1 наружная конусная присоединительная резьба (ниппель); 2 секция (лапа) долота; 3 шарошки; 4 опора долота; 5 зубья шарошек.

В зависимости от конструкции корпуса шарошечные Б. д. разделяют на секционные и корпусные. В секционных корпус сваривается из отдельных (двух, трёх или четырёх) секций (лап), на цапфах к-рых монтируются шарошки; в корпусных корпус литой, к нему привариваются лапы со смонтированными на их цапфах шарошками. Для присоединения Б. д. к бурильной колонне у секционных долот предусматривается наружная конусная резьба (ниппель), у корпусных внутр. конусная резьба (муфта). В СССР выпускаются 13 типов шарошечных долот сплошного бурения диаметрами 46-508 мм (ГОСТ 20692-75). По принципу воздействия на г. п. шарошечные Б. д. делятся на дробящие и дробяще-скалывающие. Б. д. дробящего действия характеризуются миним. скольжением зубьев при перекатывании шарошек по забою и отсутствием фрезерующего действия по стенке скважины периферийными зубьями; различают следующие их типы: Т для бурения твёрдых пород, ТЗ твёрдых абразивных пород, ТК твёрдых пород с пропластками крепких, ТКЗ твёрдых крепких абразивных пород, К крепких пород, OK очень крепких пород. Шарошечные Б. д. дробяще-скалывающего действия характеризуются увеличением скольжения зубьев при перекатывании шарошек по забою и стенке скважины. Типы Б. д. дробяще-скалывающего действия: M для бурения мягких пород, МЗ мягких абразивных пород, MC пород мягких с пропластками ср. твёрдости, МСЗ мягких абразивных пород с пропластками ср. твёрдости, С пород ср. твёрдости, СЗ абразивных пород ср. твёрдости, CT пород ср. твёрдости с пропластками твёрдых. Породоразрушающим элементом (вооружением) шарошечных Б. д. служат фрезерованные зубья или запрессованные твердосплавные зубки и комбинации зубьев с зубками на поверхности шарошек. Для повышения износостойкости фрезерованных зубьев шарошек от абразивного износа их наплавляют твёрдым сплавом, состоящим из зёрен карбидов вольфрама. Для уменьшения износа долота по диаметру периферийные венцы долот типов С, CT и Т имеют Гили Т-образную форму. Геом. форма и параметры зубьев (высота, длина, шаг, а также смещение осей шарошек) различны (уменьшаются от типа M к типу Т) и зависят от физ. свойств разбуриваемых г. п. Совр. вооружение шарошек Б. д. выполняется из вставных твердосплавных зубков с призматич. (типы МЗ, СЗ, МСЗ и ТЗ) и сферич. (тип ТК) рабочими головками. Опора шарошечных Б. д. в процессе вращения шарошки обеспечивает передачу осевой нагрузки от бурильной колонны через цапфы и тела качения вооружению шарошки, находящемуся в контакте с г. п. забоя скважины. В опорах Б. д. в качестве радиальных используются подшипники роликовые, шариковые и скольжения, радиально-упорных шариковые подшипники, упорных подшипники скольжения. На рис. 2 показаны наиболее известные схемы опор, к-рые применяют в шарошечных Б. д. В каждой опоре имеется замковый шариковый подшипник, удерживающий шарошку на цапфе и воспринимающий осевую составляющую нагрузки на долото.

Рис. 2. Схемы опор шарошечных долот: а опора скольжения шариковый подшипник опора скольжения (СШС); б двухрядный шариковый подшипник роликовый подшипник (ШШР); в роликовый подшипник шариковый подшипник роликовый подшипник (РШР); г трёхрядный шариковый подшипник (ШШШ); д роликовый подшипник двухрядный шариковый подшипник (РШШ); е роликовый подшипник шариковый подшипник опора скольжения упорная пята (РШСу).

Число роликов и шариков в опоре шарошек и их размеры зависят от размера долота, схема опоры от режима бурения. Долота, использующиеся для высокооборотного бурения (более 250 об/мин), имеют опору с телами качения без герметизации (серия 1АВ), для среднеоборотного бурения (до 250 об/мин) опору по схеме ролик-шарик скольжение упорная пята без герметизации (серия 1АН) либо с герметизацией при помощи торцевой манжеты (серия 2АН). Долота для низкооборотного бурения (до 60 об/мин) имеют герметизированную маслонаполненную опору по схеме скольжение шарик скольжение упорная пята с радиальной уплотняющей манжетой. В долотах с герметизир. маслонаполненной опорой в утолщённой части лапы имеется спец. резервуар со смазкой, в к-рый вмонтирован эластичный мешок, изменяющий форму по мере увеличения давления при спуске долота в скважину и способствующий вытеснению смазки по смазочным каналам к трущимся элементам опоры. При этом уплотнит. манжета должна обеспечить герметичность опор со стороны торца шарошки. Это достигается жёсткостью торцевой манжеты и плотным прилеганием её к торцу шарошки.

Для подвода промывочной жидкости через долото к забою скважины в шарошечных Б. д. имеются спец. промывочные или продувочные устройства. В зависимости от конструктивного выполнения выделяют шарошечные Б. д. с центральной, боковой промывкой, а также продувкой воздухом. Б. д. с центр. промывкой имеют одно отверстие в центре долота либо 3 отверстия или щели в корпусе (промывочной плите), через к-рые промывочная жидкость направляется на шарошки в центр. часть скважины. В долотах с боковой промывкой (гидромониторные Б. д., рис. 3, а) промывочная жидкость через сопла направляется между шарошками в периферийную зону забоя скважины.

Рис. 3. Трёхшарошечное долото: а гидромониторное; б с продувкой опор воздухом; 1 наружное конусное присоединение; 2 секция (лапа) долота; 3 шарошка; 4 опора долота; 5 гидромониторный канал; 6 канал для продувки опоры воздухом; 7 зубья шарошек.

В Б. д. с продувкой воздухом (рис. 3, б), газом или воздушно-водяной смесью одна часть потока через центр. отверстие в корпусе долота подаётся на шарошки, другая по спец. каналам в лапах и их цапфах поступает в полость опор шарошек для их охлаждения и очищения от бурового шлама. При бурении взрывных скважин в долотах с продувкой воздухом применяют обратные клапаны, к-рые обеспечивают немедленное закрытие центр. продувочного канала долота после прекращения подачи воздуха и тем самым не допускают засасывания частиц породы в полость корпуса долота над входом в продувочные каналы лап.

Лопастные Б. д. предназначены для бурения вращат. способом мягких и ср. твёрдости пород.

Рис. 4. Лопастные долота: а двухлопастное; б трёхлопастное; в пикообразное; г шнековое; 1 -корпус; 2 лопасть долота; 3 промывочные каналы; 4 армировка долот.

Лопастное Б. д. (рис. 4, а, б, в) состоит из кованого корпуса с присоединит. резьбой, к к-рому привариваются 3 и более лопастей. У двухлопастного долота корпус и лопасти отштамповываются как одно целое. Для повышения износостойкости долот лопасти армируются твёрдым сплавом. Пластинки твёрдого сплава заплавляются на передней грани лопастей в специально профрезерованные пазы. Боковые (калибрующие стенку скважины) грани лопастей армируются цилиндрич. зубками (сплав ВК8-В), запрессовываемыми в просверленные отверстия. Промежутки между зубками наплавляются твёрдым сплавом. В СССР лопастные долота (ГОСТ 26-02-1282-75) с промывкой изготовляют с цилиндрич. отверстиями в корпусе (тип 2Л, диаметры 76-165,1 мм, скорость движения промывочной жидкости до 50 м/с) и сменными гидромониторными насадками в корпусе (тип ЗЛ, диаметры 120,6-469,9 мм, скорость промывочной жидкости не менее 90 м/с). Истирающе-режущие Б. д. (тип ЗИР) имеют диаметры 190,5-269,9 мм. Пикообразные Б. д. (тип П, диаметры 98,4-444,5 мм) изготовляют двух разновидностей: Ц для разбуривания цементных пробок и металлич. деталей низа обсадных колонн; R для расширения ствола скважины. К лопастным относятся также Б. д. для ударно-канатного бурения. Для бурения без промывки скважины применяют шнековые долота (рис. 4, г).

Для вспомогат. работ (разбуривания цементных мостов, металла в скважине) выпускаются фрезерные Б. д.: тип ФР в виде плоскодонных фрезеров, нижняя рабочая поверхность к-рых оснащена твердосплавными зубками или пластинками, выступающими над корпусом Б. д.; тип ДФТС с расположением твердосплавных зубков по 3 спиралям, имеющим плавный переход от центр. канала долота на рабочую сферу.

Для бурения скважин с отбором керна применяют шарошечные и лопастные бурильные головки, к-рые изготовляют для спец. керноприёмных устройств со съёмным и несъёмным керноприёмниками. Колонковые долота со съёмным керноприёмником позволяют отбирать с забоя скважины керн без подъёма бурильной колонны.

Керноприёмник с керном извлекают из скважины шлипсом, спускаемым в бурильные трубы со спец. лебёдки, а бурильную головку поднимают только после её износа вместе с колонной. При работе колонковыми долотами с несъёмным керноприёмником для выноса керна из скважины необходимо поднимать всю бурильную колонну; при этом часто головки оказываются неизношенными. Кернообразующие элементы долот передают на керн миним. поперечные усилия, что снижает вероятность его разрушения; промывочные каналы в бурильных головках расположены так, что струя промывочного раствора минует керноприёмник.

Б. д. и бурильные головки изготовляют из прочных и износостойких материалов, т.к. в процессе бурения на долото действуют осевые и ударные нагрузки, вращающий момент, а также давление и хим. активность промывочной жидкости. Для секций (лап) и шарошек Б. д. применяют хромникельмолибденовые, хромникелевые и никельмолибденовые стали. Выпускаются Б. д. и бурильные головки, оснащённые природными или синтетич. алмазами (см. Алмазное бурение). Нек-рые типы долот изготовляют из сталей электрошлакового и вакуумно-дугового переплавов.

Совершенствование Б. д. осуществляется в направлении улучшения их конструкций: создания новых схем опор с герметизир. маслонаполненными опорами для низкооборотного и высокооборотного бурения; применения новых форм твёрдосплавных зубков; изыскания более износостойких материалов; повышения точности изготовления деталей и сборки Б. д., а также применения более совершенных схем подвода промывочной жидкости к забою скважины. См. также Буровая коронка.

Литература: Палий П. А., Корнеев К. Е., Буровые долота, (3 изд.), М., 1971.

Ю. Е. Владиславлев.