Долото бурове
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Долото бурове

Долото бурове, основний елемент бурового інструменту для механічного руйнування гірської породи на забої свердловини в процесі її проходки. Термін «долото» зберігся від раннього періоду розвитку техніки буріння, коли єдиним способом проходки свердловин було ударне буріння, при якому Д. би. мало схожість з теслярським інструментом того ж найменування. Д. би., як правило закріплюють в кінці бурильної колони, яка передає йому осьове і окружне зусилля, що створюється буровою установкою (в разі ударного буріння Д. би. підвішується на канаті і завдає ударів по забою свердловини за рахунок енергії вільного падіння).

  В основу класифікацій Д. би. покладено дві ознаки: призначення і характер дії на породу. За призначенням розрізняють 3 класи Д. б.: для суцільного буріння (руйнування породи по всьому забою свердловини), для колонкового буріння (руйнування породи по кільцю в стінок свердловини із залишенням в її центральній частині керна ) і для спеціальних цілей (розбурювання цементу в колоні труб, розширення свердловини і ін.). По характеру дії на породу Д. би. діляться на 4 класи: дії, що дробить, дробяще-ськолює, істірающе-ріжучого і режуще-ськолюючого. Основні елементи Д. би. ( мал. 1 ) — корпус і робоча (руйнівна) частина; остання визначає трьох типів Д. би., широко вживаних в промисловості: шарошечниє, діамантові і лопатеві.

  Шарошечнимі Д. би. здійснюється понад 90% об'єму буріння на нафту і газ; ці Д. би. найбільш продуктивні при бурінні геологорозвідувальних (суцільним забоєм) і вибухових свердловин в міцних породах. Вперше Д. би. з конічними шарошкамі було винайдено у США (1909). Шарошечноє Д. би. (або колонкова бурильна голівка) складається з однієї, два, три і більш конічних, сферичних або циліндрових шарошек, змонтованих на підшипниках кочення або ковзання або ж їх комбінації на цапфах секцій Д. би. На зовнішній поверхні шарошки мають породоразрушающие елементи — зуби, що фрезеруються, або запресовані (запаяні) твердосплавні зубки або комбінації зубів і зубків. Для підвищення зносостійкості зуби, що фрезеруються армуються твердим сплавом. Геометрична форма і параметри породоразрушающих елементів (висота і довжина зубів, кут загострення і притуплювання їх вершин, частота розташування зубів на кожному вінці шарошек) для різних Д. би. різні і залежать від фізичних властивостей гірських порід. Зуби на конусах шарошек, як правило, мають клиновидну форму; твердосплавні зубки — клиновидну або півсферичну робочі поверхні. Залежно від конструкції корпусу, шарошечниє Д. би. розділяються на секційних і суцільнокорпусних. У секційних Д. би. корпус зварюється з окремих (два, три і чотири) секцій, на цапфах яких вмонтовуються шарошки, що вільно обертаються. У суцільнокорпусних Д. би. корпус литий, до нього приварюються лапи з шарошкамі. Для приєднання Д. би. до бурильної колони в секційних передбачено зовнішнє конусне різьблення (ніпель), в корпусних — внутрішнє конусне різьблення (муфта). Секції (лапи) і шарошки Д. би. виготовляються з хромоникельмолібденових, хромонікелевих і никельмолібденових сталей. Шарошечниє Д. би. у СРСР нормалізовані по типах і діаметрах (від 46 до 490 мм ) і виготовляються 14 типів для розбурювання м'яких, середньої твердості, твердих, міцних і дуже міцних порід. Найширше поширення мають трехшарошечниє Д. би. У обмежених об'ємах застосовуються вставні двух- і трехшарошечниє Д. би. для буріння свердловин турбінним і роторним способами, що дозволяють опускати нове і піднімати відпрацьоване Д. би. усередині колони бурильних труб без підйому останніх на поверхню, а також многошарошечниє Д. би. для буріння свердловин діаметрами 346—2600 мм реактивно-турбінним способом.

  Діамантові Д. би. (і бурильні голівки) складаються з твердосплавної алмазонесущей робочої частини (матриці) і сталевого корпусу з внутрішнім приєднувальним конусним замковим різьбленням. Д. би. відрізняються один від одного формою робочої частини якістю алмазів і системою промивання. Матриці цих Д. би. виготовляються методом порошкової металургії з різних металевих порошків. Ці порошки забезпечують хороше утримання алмазів і дозволяють отримувати матриці різної твердості і зносостійкості. Матриця на основі вольфраму, його карбіду і міді забезпечує достатню міцність, зносостійкість і високу теплопровідність матричного матеріалу. Для виготовлення Д. би. (бурильних голівок) застосовуються технічні алмази масою 0,05—0,34 кари (на Д. би. діаметром 188 мм витрачається 400—650 кар , або 2000—2500 зерен алмазів). Діамантові Д. би. і бурильні голівки в СРСР виготовляються діаметрами 140, 159, 188, 212, 241 і 267 мм двох модифікацій: одношарові типів «ДР», «ДТ», «ДК», «КТ» і «КР» з розміщенням алмазів в поверхневому шарі робочих кромок матриці за певними схемами і імпрегнірованниє типа «ДІ» з приблизно рівномірним розподілом дрібних зерен алмазів в матричному матеріалі. Діамантові Д. би. доцільно застосовувати при великих (понад 3000 м-код ) глибинах свердловин. Як правило, стійкість діамантового Д. би. у 20—30 разів перевищує стійкість шарошечного. З 1967 в СРСР широко застосовуються Д. би. типа «ІСМ», робочі поверхні яких армовані вставками з надтвердого матеріалу «Славутич» (верхня частина вставок або 30% висот — з «Славутича», ніжняя — з твердосплавних порошків, спечених методом порошкової металургії). Вставки закріплюються паянням в ребрах корпусу урівень. Ці Д. би. ( мал. 2 ) виготовляються діаметрами 138, 142, 158, 188, 212, 241, 267, 293, 317, 344, 392 мм і ефективно працюють при бурінні м'яких і середньої твердості малоабразивних і среднеабразівних порід.

  Лопатеве Д. би. ( мал. 3 ) складається з кованого корпусу, до якого приварюються три лопаті і більш. В дволопастного долота корпус і лопаті відштамповуються як одне ціле. Передні грані лопатей армуються твердосплавними пластинами прямокутної форми і зерновим сплавом реліт, а бічні — твердосплавними циліндровими зубками. Лопатеві Д. би. застосовуються для розбурювання м'яких і середньої твердості порід. У СРСР вони випускаються по технічних нормалях трилопатевими типа «3Л» діаметрами від 118 до 445 мм , дволопастними «2Л» діаметрами від 76 до 161 мм і багатолопатевими «ІР» діаметрами від 76 до 269 мм , пікоподібними «ПЦ» і «ПР» діаметрами від 97 до 445 мм . У ряді випадків виготовляють Д. би. типа «РХ» («риб'ячий хвіст»), що є різновидом дволопастних Д. би. До лопатевих відносяться також Д. би. для ударно-канатного буріння. Для допоміжних робіт в СРСР випускаються фрезерні Д. би. типа «ФР» у вигляді плоскодонних фрезеров, нижня робоча поверхня яких оснащена твердосплавними зубками або пластинками, промовцями над корпусом Д. би.

  Ефективне буріння свердловин забезпечується своєчасним очищенням забою від вибурених часток породи і підйомом їх на поверхню, а також охолоджуванням робочих елементів Д. би. Це здійснюється зазвичай продуванням ( мал. 4 , а) при бурінні неглибоких (до 20 м-код ) свердловин, а при бурінні глибоких і надглибоких — промиванням. У шарошечних Д. би. застосовується два види промивання: по центральному каналу ( мал. 4 , би) і гідромонітор — між шарошкамі ( мал. 4 , в), а у великих корпусних Д. би. — їх комбінація. Форма, перетин, розташування і кількість промивальних каналів залежать від призначення, типа і розміру Д. би. У гідромоніторах шарошечних і лопатевих Д. би. для збільшення передаваною ними гідравлічній потужності застосовуються змінні мінералокерамічеськие або металокерамічні насадки різних діаметрів, що перетворюють перепад тиску на Д. би. у швидкісний натиск, що підвищує ефективність руйнування породи.

  Вдосконалення Д. би. здійснюється у напрямі поліпшення їх конструкцій (система гідромонітора очищення забою свердловини, створення нових опор ковзання і ін.), вживання нових матеріалів (високоміцні тверді сплави, сталі електрошлакової і вакуумно-дугової переплавок), оснащення робочих елементів Д. би. алмазами, високоміцними твердими сплавами і надтвердими матеріалами. Див. також ст. Буріння .

  Літ.: Мальків І. А., Теорія і практика вживання доліт гідромоніторів в США, М., 1958; Вовків С. А., Вовків А. С., Довідник по розвідувальному бурінню, М., 1963; Корнєєв До. Е., Палій П. А., Бурові долота, 3 видавництва, М., 1971; Brantly J. Е., Rotary drilling handbook, 6 ed., Los Ang., 1961.

  Р. І. Матвєєв.

Мал. 3. Лопатеві долота; а — трилопатеве; б — дволопастне; у — типа «РХ»; г — істірающе-ріжучі типа «ІР»; д — фрезерне типа «ФР»; е — пікоподібне.

Мал. 4. Системи очищення забою свердловини і охолоджування долота: а — продуванням стислим повітрям (або промиванням аерованою рідиною) через центральний канал і канали в лапах; би — промиванням через центральний канал; у — бічним промиванням гідромонітора між шарошкамі.

Мал. 1. Трехшарошечноє долото для суцільного буріння в дуже міцних породах: 1 — зовнішнє конусне приєднувальне різьблення (ніпель); 2 — секція (лапа) долота; 3 — канали в лапі і цапфі для продування опори; 4 — цапфа лапи; 5 — твердосплавні зубки з півсферичною робочою частиною; 6 — замковий палець; 7 — шарошки; 8 — підшипники кочення; 9 — центральний канал для продування забою і шарошек.

Мал. 2. Долото, армоване вставками з надтвердого матеріалу «Славутич».