Хоменко В.Л. Методичні вказівки з практичних занять з дисципліни Буріння свердловин на нафту і газ - файл n1.doc

приобрести
Хоменко В.Л. Методичні вказівки з практичних занять з дисципліни Буріння свердловин на нафту і газ
скачать (3781.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc3782kb.14.09.2012 19:42скачать

n1.doc

  1   2   3   4   5   6


Міністерство освіти і науки України

Національний гірничий університет
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

з практичних занять з дисципліни

"Буріння свердловин на нафту і газ"

для студентів спеціальності 7.090306 "Буріння"


Дніпропетровськ

2006
Міністерство освіти і науки України

Національний гірничий університет


МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

з практичних занять з дисципліни

"Буріння свердловин на нафту і газ"


Дніпропетровськ

"Ліра ЛТД"

2006



Методичні вказівки з практичних занять з дисципліни "Буріння свердловин на нафту і газ" / Упоряд. В.Л. Хоменко. – Д.: ЧП "Ліра ЛТД", 2006.– 44 с.
Упорядник

В.Л. Хоменко, канд. техн. наук, доц.
Відповідальний за випуск

доц. кафедри техніки розвідки родовищ корисних копалин

Вирвінський П.П., канд. техн. наук






ПРАКТИЧНЕ ЗАНЯТТЯ № 1

ТРИШАРОШКОВІ ДОЛОТА
Мета роботи: визначити основні конструктивні параметри й умови застосування тришарошкових доліт.
1. Загальні відомості

Шарошкове долото, як по конструкції, так і за технологією виготовлення є найскладнішим серед породоруйнуючих інструментів. Тришарошкове долото являє собою тверду нероз'ємну конструкцію, що складається або з трьох, зварених між собою секцій (безкорпусні долота), або з цільного литого корпуса, до якого приварюються секції (корпусні долота).

Секція, у свою чергу, складається з лапи, на цапфі якої змонтована на підшипниках шарошка. Відповідно до ДСТ 20692-75 шарошкові долота можуть виготовлятися діаметрами: 46,0; 59,0; 76,0; 93,0; 108,0; 112,0; 132,0; 142,9; 146,0; 151,0; 165,1; 190,5; 215,9; 244,5; 250,8; 269,9; 295,3; 320,0; 349,2; 374,6: 393,7; 444,5; 490,0; 508,0 мм.

У найбільшій кількості випускаються долота наступних розмірів: 190,5; 215,9; 269,9 мм.
2. Конструкція тришарошкових доліт

2.1. Система озброєння долота

Основним робочим органом долота є шарошка. Шарошка – сталева конусоподібна деталь, вільно посаджена на цапфі яка несе на своїй поверхні індентори – зуби (зубки, штирі). За формою шарошки бувають одноконусні (що складаються з основного і зворотного конусів) і багатоконусні, що мають ще один або два додаткових конуси, що розташовуються між основним і зворотним конусами.

Зворотний конус шарошки звернений до стінки свердловини. У плані шарошки розміщаються зі зсувом осей щодо осі долота. Величина зсуву К називається коефіцієнтом проковзування і в залежності від типорозміру долота коливається від 0 до 10 мм. Чим більше величина зсуву К і більше число конусів, тим більше зуби шарошки прослизають по вибою.

Для буріння м'яких порід застосовуються долота з багатоконусними шарошками і максимальною величиною зсуву К. Чим твердіше порода, тим більше форма шарошки повинна наближатися до одноконусної і тем менше повинна бути величина зсуву К. У того самого долота шарошки розрізняються по виду. Нумерація шарошок ведеться в порядку від найвищої до самої короткої, що має форму усіченого конуса.

Зуби на шарошці розташовуються вінцями. Вінці позначаються великими буквами російського алфавіту в порядку від вершини шарошки до її підстави. Вінець, розташований у підставі шарошки називається периферійним. Перша шарошка має мінімальну кількість зубів на вінці А, а третя – максимальне.

Під озброєнням шарошок розуміють геометричну форму і розташування зубів на шарошці. У межах вінців, озброєння характеризується наступними параметрами: крок зубів – t; висота зуба – h; довжина зуба – 1; кут при вершині – 2.

На периферійному вінці зуби в плані можуть мати Г, Т або П образну форму. Для підвищення зносостійкості, сталеві зуби периферійних і внутрішніх вінців наплавляють зерновим твердим сплавом. Крім сталевих зубів, виконаних з того ж матеріалу, що і шарошка, як озброєння усе ширше застосовуються твердосплавні зубки з напівсферичною або клиноподібною робочою частиною.

У залежності від характеру озброєння всі тришарошкові долота поділяються на 13 типів для розбурювання порід від м'яких до особливо міцних. Вони випускаються під шифрами М, МЗ, МС, МСЗ, С, СЗ, СТ, Т, ТЗ, ТК, ТКЗ, К, ОК. Долота типу М, МС, С, СТ, Т випускаються зі сталевими зубами. При цьому зі збільшенням твердості порід зменшується висота зуба і крок, збільшується кут пригостріння і кількість зубів. Для абразивних порід застосовуються долота МЗ, МСЗ, СЗ, ТЗ, ТКЗ. Тут шарошки озброєні твердосплавними зубками з клиноподібною вершиною. Долота типу ТК мають комбіноване озброєння – сталеві зуби і твердосплавні зубки з напівсферичною вершиною. Для міцних і дуже міцних порід застосовують долота К и ОК, озброєні зубками з напівсферичною вершиною.

На рис. 1 наведені твердосплавні зубки, які використовуються для армування шарошкових доліт.



Рис. 1. Зубки, які використовують для армування шарошкових доліт:

а – М; б – М2; в – Г-25; г – Г-54; д – Т; е – К; ж – СТ; з – С; і – Г-26
Маркуються зубки наступним чином: С11Ч17. Де С – вид (модифікація) зубка; 11 – округлений діаметр зубка, мм; 17 – округлена висота зубка.

Для армування основних вінців шарошок долота типу МЗ використовуються зубки М та М2, які замінили зубок старої форми Г-25. Діаметр зубка d варіюється від 10,12 до 14,14 мм а висота h – від 14,7 до 19,6 мм. Зубок М відрізняється від зубка М2 меншим кутом пригостріння, а також більшими висотою і вильотом головки зуба. Чим більше притуплення зубка тим більша стійкість зубка і менша механічна швидкість буріння. Задля уникнення абразивного зносу зворотних тильних конусів шарошок їх армують зубками Г-54. Головка такої вставки виконується гладкою і запресовується майже врівень з поверхнею зворотного конуса шарошки.

Для армування доліт типу СЗ використовують зубок С, який замінив зубок Г-25. Цей зубок має більш притуплену вершину ніж зубок М. Діаметр зубка коливається від 8,12 до 14,14 мм; висота Н – від 11,7 до 19,6 мм; ширина b притуплення вершини – від 2,7 до 3,4 мм; радіус закруглення – від 2,6 до 3,2 мм.

Озброєння шарошок доліт типу ТЗ раніше було представлене тільки зубками Г-25. В теперішній час використовують зубки типу С і дещо рідше Т. Зворотний конус шарошок армується зубком Г-54.

Для армування шарошок доліт ТКЗ використовують зубки з різними робочими головками Г-25 і Г-26 або Т і К, які чергуються між собою в кожному вінці. Іноді використовують зубки.

Для армування доліт типу К використовують зубки Г-26 і рідше К з напівсферичною формою робочої головки.

Для армування доліт типу ОК використовують зубки Г-26 і Г-54.
2.2. Система опори долота

На рис. 2 представлені елементи опори шарошки. Опора шарошки долота зазвичай складається з консольної лапи 1, які являє собою єдине ціле з лапою 2, и підшипників, які дозволяють шарошці при обертанні долота вільно обертатися відносно цапфи и передавати осьові и радіальні навантаження. Один з підшипників одночасно з відміченими функціями виконує також функції фіксуючого пристрою, який утримує шарошку на цапфі від подовжнього зсуву. Такий підшипник називають замковим. Зазвичай він виконується у вигляді шарикопідшипника 3. Його шари заводяться у відповідне гніздо через циліндричний прохід 5, який просвердлений в цапфі, а потім запираються спеціальним замковим пальцем 4. На одному з кінців пальця 4 виточується сферичний виріз 6, який точно відповідає профілю внутрішньої бігової доріжки 8 замкового підшипника. На другому кінці пальця – канавка 7 під зварювальний шов, який фіксує правильне положення пальця і перешкоджає його зсуву и випаданню. По обом сторонам замкового підшипника зазвичай монтуються великий и малий підшипники. Великий підшипник складається з бігової доріжки 11, тіл кочення 10 и направляючих площин 12. Він відділяється від замкового підшипника буртиком 13. Малий підшипник виконується аналогічно.

В якості підшипників застосовуються підшипники кочення (кулькові або роликові) і ковзання. У залежності від типорозміру долота опора має різне сполучення кулькових (Ш), роликових (Р) підшипників і підшипників ковзання (С). Відповідно схеми опор позначаються, наприклад, ШШР, РШР, РШС тощо.

Один з кулькових підшипників, що виконує роль замка й утримує шарошку на цапфі, називається замковим. Він сприймає як радіальні, так і осьові навантаження. При зборці долота опора заповняться консистентним графітовим змащенням. У процесі буріння це змащення вимивається промивальною рідиною, в опору проникає шлам, і вона швидко зношується. Таким чином, опора долота являє собою уразливий вузол, недостатня працездатність якого часто обмежує тривалість роботи долота на вибої. Для усунення цього недоліку розроблені шарошкові долота з герметизованою опорою, що наповнена мастилом (рис. 3). У результаті ресурс таких доліт підвищився в кілька разів.

Такі долота відрізняються наявністю пристроїв для подачі мастила 3 і герметизації 7, а також системи каналів 5, 6, 9 і зазорів 8 для підведення мастила до елементів шарошки в процесі буріння. Мастило накопичується в резервуарі-лубрікаторі 4, який розташований в лапі 1 і подається в змащувальні канали 5 під дією пружного діафрагменого ковпачкового компенсатора 3, який деформується при перепаді тисків, що діє з боку промивальної рідини, що проникає через отвори в кришці 2, або ж з боку мастила.

У залежності від схеми опори всі долота, виготовлені відповідно до ДСТ-20692-75, мають у шифрі букви:

В – опора складається тільки з підшипників кочення (РШР, РШШ тощо);

Н – опора має у своєму складі один підшипник ковзання (РШС, ШШС);

А – опора має у своєму складі два підшипники ковзання (СШС);

У доліт з герметизованою опорою наприкінці шифру долота ставиться буква У (від слова "ущільнення").
2.3. Промивальна система доліт

По розташуванню і конфігурації промивальних каналів розрізняють долота з центральним промивальним каналом (позначається буквою Ц) і гідромоніторні долота з бічними каналами (Г).

У гідромоніторних доліт наприкінці промивальних каналів установлені змінні мінералокерамічні або твердосплавні насадки – сопла (рис. 3).

Сопло 3 з зовнішнім діаметром D має порожнину 5, яка плавно звужується вниз до впускного отвору, який дорівнює діаметру промивального каналу 4, до діаметру d випускного отвору. Зазор між зовнішньою поверхнею 6 сопла і внутрішньою стороною розточки у устя каналу герметизується тороідальним ущільнюючим кільцем 2 товщиною g і внутрішнім діаметром а, яке виготовляється з термостійкої пружної гуми. Від випадання з розточки сопло утримується за допомогою пружинного стопорного кільця 1. Сопло формує і направляє на вибій між двома суміжними шарошками струмінь промивальної рідини зі швидкістю понад 80 м/с. У закордонній технічній літературі гідромоніторні долота називають струминними.

Долота для буріння з продувкою повітрям (позначаються буквою П) мають спеціальні канали, просвердлені в лапах і цапфах долота. По цих каналах частина повітря (приблизно 30 %) з центрального каналу надходить в опору і охолоджує її. Для запобігання влучення в опору шарошки шламу в центральному каналі іноді встановлюють зворотний клапан.
3. Маркування (шифр) шарошкових доліт

Маркування долота, як правило, вибивається на верхньому торці приєднувального різьблення.

Наприклад, шифр III 76 К-ЦВ розшифровується в такий спосіб:

III – тришарошкове;

76 – діаметр долота в мм;

К – для буріння міцних порід;

Ц – центральне промивання;

В – в опорі тільки підшипники кочення, для високообертового буріння.

Долото III 215,9 МСЗ-ГНУ:

III – тришарошкове;

215,9 – діаметр долота в мм;

МСЗ – для м'яких з прошарками середньої твердості абразивних порід;

Г – гідромоніторне промивання;

Н – в опорі один підшипник ковзання, для низькообертового буріння;

У – опора герметизована.
4. Деякі відомості з механіки шарошкових доліт

При роботі долота шарошки здійснюють складний рух. У результаті того, що кожна шарошка по черзі спирається то на один зуб, то на два, долото робить вертикальні зворотно-поступальні коливання.

Якщо допустити, що шарошка має один вінець і перекочується по вибою, який не деформується, то амплітуду цього коливання можна визначити за формулою



де r – радіус периферійного вінця шарошок по вершині зубів; ? – половина кута основного конуса; z – середнє число зубів на периферійному вінці.

Частота цих коливань i при синхронній роботі шарошок дорівнює



де m – число зубів на шарошці; n – частота обертання долота; D – діаметр долота; dш – діаметр шарошок.

Якщо зневажити прослизанням зубів шарошок по вибої, то частота обертання шарошок п і час контакту зуба з вибоєм tк визначається за формулою



Мінімально необхідний час контакту зубів з породою приймається для пружно-крихких порід tk = 6-8 мс; пружно-пластичних tk = 5-7 мс; пластичних tk = 3-6 мс.

Площа контакту Sk зубів шарошок з недеформованим вибоєм дорівнює
  1   2   3   4   5   6


Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации