Большинство шарошечных долот , выпускаемых различными фирмами мира, имеют две основные схемы промывки — центральную или боковую (гидромониторную). При этом стандартной является боковая промывка через сменные гидромониторные насадки. Вариантами боковой промывки является промывка через миниудлиненные и удлиненные (приближенные к забою) насадки. При этом миниудлиненные насадки, имея длину, в 2,5-4 раза превосходящую длину стандартной насадки, взаимозаменяемы с ними по посадочным размерам, т. е. в одно гнездо гидромониторного канала долота может устанавливаться как стандартная, так и миниудлиненная насадка. Как стандартные, так и миниудлиненные насадки производства зарубежных фирм изготавливаются, как правило, из вольфрамокобальтового твердого сплава, обеспечивающего необходимую износостойкость насадок даже в условиях прокачки через них скоростных потоков промывочной жидкости с большим содержанием абразивных частиц.
Максимально удлиненные насадки состоят из стальных приварных патрубков, подводящих промывочную жидкость к забою скважины, на выходе которых установлены стандартные или миниудлиненные твердосплавные гидромониторные насадки. Наружные поверхности патрубков, обращенные к стенкам скважины для предохранения от абразивного износа, как правило, армируются износостойкой наплавкой на основе карбида вольфрама или (и) твердосплавными зубками.
Центральная промывка
Центральная промывка через округлое отверстие в центре долота (в котором может устанавливаться насадка) обычно применяется в долотах малого диаметра с негерметизированными опорами.
В долотах диаметром более 200 мм может применяться комбинированная промывка, сочетающая боковые и центральную гидро-1 мониторные насадки. Использование центральной насадки предотвращает налипание породы на шарошки (сальникообразование) и обеспечивает лучшую очистку забоя и повышение механической скорости бурения.
Центральные насадки могут быть как обычной цилиндрической, так и диффузорной формы (насадки Vortex фирмы Hughes Chris-tensen). Диффузорные насадки увеличивают турбулентность потока, устраняя застойные зоны на забое скважины, улучшают очистку шарошек и одновременно снижают возможность эрозии тела шарошек, обычно наблюдаемой при использовании стандартных центральных насадок.
Комбинированная промывка
ОАО «Волгабурмаш» применяет в некоторых своих долотах комбинированную промывку через патентованные удлиненные щелевые боковые насадки и трехщелевую центральную насадку, направляющие струи промывочной жидкости между шарошками. Щелевые насадки изготавливаются из специального износостойкого легированного чугуна.
Боковая промывка
Вариантом боковой промывки является асимметричная схема промывки с использованием двух миниудлиненных насадок. При этом гидромониторный узел на третьей лапе долота отсутствует, что дает увеличение площади проходного сечения вокруг долота и способствует более эффективному выносу шлама.
Крепление гидромониторных насадок
При всем существующем многообразии вариантов крепления гидромониторных насадок наибольшее распространение получили три способа:
Пружинным кольцом (фирмы Hughes Christensen, Reed и Varel) причем пружинное кольцо может устанавливаться как открыто, у торца насадки (стандартный вариант), так и скрытно, в канавке насадки (вариант для осложненных условий бурения), что предохраняет его от размыва и выпадения.
Резьбовым переходником (фирма Smith).
Обводным шплинтом (гвоздем) — фирмы Security DBS, ОАО «Волгабурмаш».
Уплотнение насадки во всех случаях осуществляется резиновым кольцом круглого сечения.
Источник
Системы промывки долот и их характеристики
6.7.1. Центральная система промывкивыполняется в долотах, предназначенных для разбуривания твердых и крепких горных пород при высокооборотном бурении (при вращении долота турбобуром).
Схема системы промывки приведена на рис. 6.14. Система промывки включает внутреннюю полость 1 долота, участок 2 сжатия струи жидкости и цилиндрическое промывочное отверстие 3. Основной геометрической характеристикой системы является диаметр d промывочного отверстия, а гидравлической характеристикой – скорость истечения жидкости из промывочного канала, определяемая по формуле vи = Q/(0,785d 2 ), где Q – расход промывочной жидкости. Из условия предупреждения эрозионного изнашивания промывочного отверстия и шарошек скорость vи 60 м/с. Последнее потребовало армировать промывочные каналы, чтобы снизить их эрозионное изнашивание (размыв). Долото с гидромониторной системой промывки показано на рис. 6.15.
Рис. 6.15. Шарошечное долото с гидромониторной системой промывки
Армирующим элементом системы промывки является гидромониторная насадка 3, которая входит в состав гидромониторного узла (ГМУ). Насадки готовятся из твердого сплава или минералокерамики. Насадки уплотняются относительно гнезд в корпусе долота резиновыми кольцами 4 круглого сечения и крепятся в нем. Крепление должно быть надежным и обеспечивать смену насадок на буровой. На рис.6.15,а показан ГМУ с креплением насадки разрезным пружинным кольцом. В настоящее время предпочтение отдается креплению резьбовыми втулками (рис.6.15,б) конструкции «Волгабурмаш» и штифтами (гвоздями) (рис. 6.15,в) в соответствии с лицензией фирмы Dresser.
Резьбовая втулка имеет шлиц, который позволяет при необходимости быстро заменить насадку. В случае крепления насадки гвоздем последний забивается в канавку неполностью, как показано на рис. 12,в, что также обеспечивает быструю замену насадки. Основными геометрическими параметрами насадок являются диаметр d выходного отверстия и его площадь f. Параметры применяемых насадок приведены в табл. 6.5.
Параметры насадок завода «Волгабурмаш»
d, мм
6,4
7,1
7,9
8,7
9,5
10,3
11,1
f, мм 2
d, мм
11,9
12,7
14,3
15,9
17,5
19,1
20,6
22,2
f, мм 2
Зная диаметр d, нетрудно рассчитать скорость истечения жидкости из насадки, если известен расход Q или необходимый расход Q для обеспечения заданной скорости истечения жидкости.
Достоинство – гидромониторная струя жидкости активно воздействует на забой, повышая механическую скорость бурения.
Недостаток – гидромониторному воздействию подвергается только периферийная часть забоя. Центральная часть забоя промывается радиальными потоками, направленными к оси скважины. Далее потоки встречаются и движутся вверх к периферии мимо нисходящих струй жидкости. На рис. 6.15,а движение жидкости показано стрелками. В результате в зоне работы шарошек образуется вихрь, в котором вращается часть жидкости со шламом. Частично этот недостаток устраняется при асимметричной системе промывки.
Источник
3.1.4. Промывочные устройства шарошечных долот
Большинство шарошечных долот, выпускаемых различными фирмами мира, имеют две основные схемы промывки – центральную или боковую (гидромониторную). При этом стандартной является боковая промывка через сменные гидромониторные насадки. Вариантами боковой промывки является промывка через мини удлиненные и удлиненные (приближенные к забою) насадки. При этом мини удлиненные насадки, имея длину, в 2,5 – 4 раза превосходящую длину стандартной насадки, взаимозаменяемы с ними по посадочным размерам, т.е. в одно гнездо гидромониторного канала долота может устанавливаться как стандартная, так и мини удлиненная насадка. Как стандартная, так и мини удлиненные насадки производства зарубежных фирм изготавливаются, как правило, из вольфрамокобальтового твердого сплава, обеспечивающего необходимую износостойкость насадок даже в условиях прокачки через них скоростных потоков промывочной жидкости с большим содержанием абразивных частиц.
Максимально удлиненные насадки состоят из стальных приварных патрубков, подводящих промывочную жидкость к забою скважины, на выходе которых установлены стандартные или мини удлиненные твердосплавные гидромониторные насадки. Наружные поверхности патрубков, обращенные к стенкам скважины для предохранения от абразивного износа, как правило, армируются износостойкой наплавкой на основе карбида вольфрама или (и) твердосплавными зубками.
В долотах диаметром более 200 мм может применятся комбинированная промывка, сочетающие боковые и центральную гидромониторные насадки. Использование центральной насадки предотвращает налипание породы на шарошки (сальникообразование), обеспечивает лучшую очистку забоя, что приводит к повышению механической скорости бурения.
Нефтяные компании Омана применяют в некоторых своих долотах комбинированную промывку через патентованные удлиненные щелевые боковые насадки и трехщелевую центральную насадку, направляющие струи промывочной жидкости между шарошками. Щелевые насадки изготавливаются из специального износостойкого легированного чугуна.
Вариантом боковой промывки является асимметричная схема промывки с использованием двух мини удлиненных насадок. При этом гидромониторный узел на третей лапе долота отсутствует, что дает увеличение площади проходного сечения вокруг долота и способствует более эффективному выносу шлама.
При всем существующем многообразии вариантов крепления гидромониторных насадок наибольшее распространение получили три способа:
1. Пружинным кольцом (фирмы Hughes Christensen, Reed и Varel), при
чем пружинное кольцо может устанавливаться, как открыто, у торца насадки (стандартный вариант), так и скрыто, в канавке насадки (вариант для осложненных условий бурения), что предохраняет его от размыва и выпадения.
2. Резьбовым переходником (фирма Smith).
3. Обводным шплинтом (гвоздем) — фирмы Security DBS,
4. Oman Oil Drilling.
Уплотненные насадки во всех случаях уплотняются резиновым кольцом круглого сечения.
3. 2. Алмазный буровой инструмент
Алмазные долота предназначены для бурения скважин сплошным забоем. На торцевой части рабочей поверхности алмазных долот алмазные режущие элементы установлены по определенной схеме таким образом, что разрушение забойной поверхности происходит от оси до стенки скважины. Разрушенная порода удаляется с забоя буровым раствором, который поступает из внутренней полости бурильных труб в промывочные каналы долота и под его торцевую поверхность.
Алмазный буровой инструмент (АБИ) в соответствии с требованиями ГОСТ 26474 — 85 изготавливается пяти типов:
М – для бурения мягких пород;
МС – для бурения мягких пород с пропластками пород средней твер¬дости;
С – для бурения пород средней твердости;
СТ – для бурения пород средней твердости с пропластками твердых пород;
Т – для бурения твердых пород.
По конструктивному исполнению АБИ подразделяются на инструмент матричного вида и со стальным корпусом. В АБИ матричного вида природные, синтетические и другие породоразрушающие элементы закреплены в износостойком матричном слое способом порошковой металлургии.
В АБИ со стальным корпусом породоразрушающие элементы из композиционного материала, изготовленного на основе природных, синтетических алмазов и алмазно-твердосплавных материалов в виде пластин и цилиндров, закреплены в стальном корпусе с помощью пайки или запрессовки.
Источник
Системы промывки долот и их характеристики
Промывка забоя скважины при вращательном бурении – обязательный технологический процесс. Она предназначена для очистки забоя от выбуренной горной породы (шлама), охлаждения и очистки элементов долота.
При очистке призабойной зоны скважины от шлама необходимо решить две задачи: отделить шлам от забоя и вынести шлам в кратчайший срок в пространство над долотом. Отколотая частица горной породы прижимается к забою дифференциальным (угнетающим) давлением. Отделение частицы от забоя можно осуществить либо сдвигом или опрокидыванием ее силой, действующей в плоскости забоя, либо в результате смены знака прижимающей силы. Первая схема реализуется потоком жидкости, параллельным поверхности забоя скважины, а вторая − скоростным напором струи жидкости, воздействующей на забой вблизи частицы. Оторванная от забоя частица должна быстро удаляться из зоны работы шарошек.
В противном случае она возвращается на забой и повторно разрушается, т.е. непроизводительно расходуется энергия и дополнительно изнашивается инструмент.
В настоящее время в долотах реализуются две основные системы промывки – обычная (центральная) и гидромониторная (боковая).
Центральная система промывки выполняется в долотах,предназначенных для разбуривания твердых и крепких горных пород при высокооборотном бурении (при вращении долота турбобуром). Схема системы промывки приведена на рис. 5.56. Система промывки включает внутреннюю полость 1 долота, участок 2 сжатия струи жидкости и цилиндрическое промывочное отверстие 3. Основной геометрической характеристикой системы является диаметр d промывочного отверстия, а гидравлической характеристикой – скорость истечения жидкости из промывочного канала, определяемая по формуле
где Q – расход промывочной жидкости.
Из условия предупреждения эрозионного изнашивания промывочного отверстия и шарошек скорость v и 60 м/с. Последнее потребовало армировать промывочные каналы, чтобы снизить их эрозионное изнашивание (размыв).
Долото с гидромониторной системой промывки показано на рисунке 5.56. Для смещения промывочного отверстия к стенке скважины в лапе проштампован глубокий карман 1, в который просверлен подводящий канал 2.В нижней части канала расточено гнездо для гидромониторного узла.В гнездо вставлена насадка 3, уплотненная относительно лапы резиновым кольцом 6. От выпадения насадка удерживается разрезным пружинным кольцом 5. Комплект из насадки, уплотнения и крепления составляет гидромониторный узел (ГМУ).
Достоинство: гидромониторная струя жидкости активно воздействуетна забой, повышая механическую скорость бурения.
Недостаток: гидромониторному воздействию подвергается толькопериферийная часть забоя. Центральная часть забоя промывается радиальными потоками, направленными к оси скважины. Далее потоки встречаются и движутся вверх к периферии мимо нисходящих струй жидкости. На рисунке 5.56 движение жидкости показано стрелками. В результате в зоне работы шарошек образуется вихрь, в котором вращается часть жидкости со шламом. Частично этот недостаток устраняется при асимметричной системе промывки, а также при применении удлиненных насадок. Асимметрия достигается тем, что, например, трехшарошечное долото оснащено только двумя боковыми ГМУ. В этом случае поток жидкости движется по забою в сторону пространства между секциями долота, где нет ГМУ.
Рис. 5.56. Гидромониторная система промывки долота
Насадки готовятся из твердого сплава или металлокерамики.Удлиненные насадки могут быть выполнены из специального чугуна. Крепление должно быть надежным и обеспечивать смену насадок на буровой. Крепление разрезным пружинным кольцом самое простое, но не удовлетворяет удобству смены насадок на буровой. В настоящее время предпочтение отдается креплению резьбовыми втулками (рис. 5.57 а) конструкции «Волгабурмаш» и штифтами (гвоздями) (рис. 5.57 б) в соответствии с лицензией фирмы Dresser.
При креплении резьбовой втулкой в лапе 1 с подводящим каналом 2 гнездо для ГМУ выполняется с резьбой. Насадка 3 вкладывается в резьбовую втулку, сверху ставится резиновая прокладка 4, и вся сборка ввинчи-вается в гнездо. Резьбовая втулка имеет шлиц 5, который позволяет при необходимости быстро заменить насадку.
Рис. 5.57. Конструкции ГМУ ОАО «Волгабурмаш » с резьбовым креплением(а) и с креплением гвоздем (б)
В случае крепления насадки гвоздем (рис. 5.57 б) в гнезде выполняются канавки для уплотнительного кольца и гвоздя 5. На насадке выполнена ответная канавка, которая при установке насадки 3 в лапу образует с канавкой в гнезде кольцевую полость. В эту полость через отверстие в лапе забивается гвоздь, причем забивается в канавку не полностью, а как показано на рисунке 5.57,б, что обеспечивает при необходимости легкое извлечение гвоздя и быструю замену насадки. Основными геометрическими параметрами насадок являются диаметр d о выходного отверстия и его площадь f. Параметры изготавливаемых ОАО «Волгабурмаш» насадок приведены в таблице 5.15.
Параметры насадок завода «Волгабурмаш»
d о, мм
6,4
7,1
7,9
8,7
9,5
10,3
d о, мм
11,9
12,7
14,3
15,9
17,5
19,1
20,6
22,2
f, мм 2
111
127
160
198
240
286
333
387
Зная диаметр d о, нетрудно рассчитать скорость истечения жидкости из насадки, если известен ее расход Q в общем случае или необходимый расход Q для обеспечения заданной скорости истечения жидкости. Например, по величине выбранного расхода жидкости Q и заданной скорости истечения vи рассчитываются диаметры насадок и перепад давления на гидромониторном долоте. Вначале рассчитывается площадь канала f насадки. В случае трехшарошечного долота
f = Q/(3vи).
(5.31)
Из таблицы 5.15 выбираются стандартные насадки ближайшего большего диаметра. Для выбранного диметра насадок рассчитывается соответствующий перепад давления на долоте по формуле
рд = , МПа, (5.32)
где Q – выбранный расход промывочной жидкости, м 3 /с ; ρ – плотность бурового раствора для заданного интервала бурения, кг/м 3 ; μ – коэффициент расхода (для шарошечных долот μ = 0,9); f – площадь канала выбранной стандартной насадки, м 2 .
При бурении долотами большого диаметра возникает проблема очистки центральной части забоя и шарошек от налипающего шлама. В этом случае долото оснащается комбинированной системой промывки, т.е. наряду с боковыми насадками долото имеет центральный промывочный канал, оснащенный ГМУ. Комбинированная система промывки также может быть асимметричной. Применение асимметричной системы промывки нежелательно, когда возможно образование сальника на долоте ( налипание липкого шлама и глинистой корки промывочной жидкости не только на шарошки, но и на корпус долота).
Дата добавления: 2019-02-22 ; просмотров: 2320 ; Мы поможем в написании вашей работы!
, МПа, (5.32)
