Повышение надежности и стойкости бурового инструмента

1.

МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования
«Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова»
(ФГБОУ ВО «ИжГТУ имени М.Т. Калашникова»)
Вахрушев Семен Петрович
Повышение надежности и стойкости бурового инструмента
Реферат
15.04.02 «Технологические машины и оборудование»
Руководитель
к.т.н., доцент
А.Н. Терентьев
2020

2.

Введение
Актуальность работы. Одной из важнейших проблем, стоящих
перед бурением, является прохождение грунтов разной категории
прочности одним инструментом. Решением этой проблемы является
разработка бурового инструмента, которое при любых категориях
прочности грунта и наличия трещиноватостей будет сохранять большую
скорость проходи.
2

3.

Цель и задачи работы:
Цель работы: рассмотреть повышение надежности и стойкости
бурового инструмента.
Для осуществления поставленной цели необходимо решить
задачи:
- рассмотреть повышение надежности бурового инструмента;
- описать повышение стойкости бурового инструмента
3

4.

Буровое долото
Буровое долото – основной элемент бурового инструмента для
механического разрушения горной породы на забое скважины в
процессе ее проходки.
4

5.

Долота для сплошного бурения по характеру воздействия
Все долота для сплошного бурения по характеру воздействия
разделяются на три основные группы:
1) долота лопастные, режущие и скалывающие породу;
2) долота шарошечные со слабо коническими шарошками,
одновременно скалывающие и дробящие породу;
3) долота с коническими шарошками, вершины которых лежат у
центра долота или вблизи нее.
При бурении скважин наибольшее распространение получили
шарошечные долота. Ими ежегодно выполняются около 90 %
объема проходки в Российской Федерации. Наиболее
распространен трехшарошечный вариант долота.
5

6.

Конструкция трехшарошечного долота
6

7.

Причины износа долот
Состояние долота
Большое число сломанных и потерянных зубков
Возможные причины износа
Неправильный выбор долота
Неправильная приработка долота
Чрезмерно высокая частота вращения
Чрезмерно большая нагрузка
Работа по металлу
Чрезмерно большая интенсивность промывки
Слишком продолжительное время механического бурения
Чрезмерно высокая частота вращения
Значительный износ по диаметру
Слишком продолжительное время механического бурения
Спуск и работа долота в стволе уменьшенного диаметра
Чрезмерно большая интенсивность промывки
Эрозия тела шарошки
Большое содержание твердой фазы в буровом растворе
Чрезмерно большая нагрузка
Долото предназначено для менее твердых пород
Чрезмерно высокая частота вращения
Чрезмерно большая нагрузка
Чрезмерный износ опор долота
Слишком продолжительное время механического бурения
Большое содержание твердой фазы в буровом растворе
7

8.

Повышение надежности бурового инструмента
При бурении скважин следует строго соблюдать технику бурения и
учитывать особенности типа бурового долота. При несоблюдении
техники могут возникнуть осложнения в виде разрушений бурового
долота, перегреве, смещения осей шарошечных долот, и вследствие
этого,
быстрое
изнашивание
инструмента
и
проведение
дополнительных
операций
по
извлечению
поврежденного
оборудования из скважины.
Использование амортизаторов позволяет повысить техникоэкономические показатели бурения в 1,2...1,4 раза.
Выбор конструктивных размеров амортизаторов проводится путем
расчетов параметров пружины, которые соответствуют осевым и
крутильным вибрациям и обеспечивают передачу осевой нагрузки и
крутящего момента до бурового долота.
8

9.

Наддолотный амортизатор(забойный демпфер)
9

10.

Технические характеристики амортизаторов
Таблица 1 - Техническая характеристика скважинных амортизаторов
Применение скважинных амортизаторов при роторном и турбинном
бурении скважин в твердых горных породах шарошечними, алмазными и
другими буровыми долотами приводит к снижению амплитуды осевых и
радиальных вибраций в 2 ... 5 раз и до стабилизации нагрузок на буровое
долото.
10

11.

Повышение стойкости бурового инструмента
Успешная работа шарошечного бурового инструмента на забое во
многом зависит от эффективности разрушающего воздействия его
вооружения на породу, долговечности вооружения и качественной работы
системы очистки забоя.
Стойкость зубчатого вооружения существенно зависит от величин,
направлений и характера воздействия на него, возникающих при бурении
нагрузок, а также от целого ряда факторов: физико-механических
характеристик
материала
зубьев,
армирующего
износостойкого
материала, формы зубьев и геометрии армированных зон.
Долотные стали – низкоуглеродистые, при этом эксплуатируются в
сложных условиях ударно-усталостного и абразивного изнашивания.
11

12.

Износ зубчатого вооружения
12

13.

Упрочнение стального зубчатого вооружения ШБИ
Для решения данной задачи рассмотрим стальной зуб
вооружения, упрочненный центробежно-объемно-армированным
композиционным материалом.
Суть его сводится к тому, что происходит совмещение
центробежного литья с одновременным армированием по объему
зубчатого вооружения частицами твердосплавного компонента.
При вращении литейной формы в нее одновременно
осуществляются, заливка расплавленной стали и подача
армирующего компонента в виде частиц различного размера и
формы.
Для армирования зубчатого вооружения шарошек применяем
релит – литой карбид вольфрама.
13

14.

Центробежно-объемное-армированние зубчатого вооружения
14

15.

Заключение
Таким образом, на основании выполненной работы можно
заключить следующие выводы:
1. Использование наддолотного демпфера позволяет повысить
ресурс породоразрушающего инструмента за счет эффективного гашения
продольных и крутильных колебаний.
2. Упрочнение стального зубчатого вооружения шарошек
бурового инструмента производим армирующими композиционными
материалами, что позволяет существенно повысить износостойкость
вооружения и как следствие эффективность шарошечного бурового
инструмента.
Все это позволяет повысить надежность и безаварийность работы,
снизить себестоимость готового изделия, тем самым повышая техникоэкономические показатели строительства скважин.
15

16.

Список литературы
1. Федоров Б. В. Бурение скважин. – Алматы: изд. КазНИТУ
имени К.И. Сатпаева 2016. – 316с.
2. Михайлова Н. Д. Техническое проектирование колонкового
бурения–М: Недра, 1995. – 200с.
3. Технология бурения нефтяных и газовых скважин: Учебник
для вузов /А. Н. Попов, А. И. Спивак, Т. О. Акбулатов и др.;
под общ. ред. А. И. Спивака и Л. A. Алексеева. М.: ООО
«Недра-Бизнесцентр», 2007. – 508 с.
4. Безуглый А. В. Особенности устройства долот PDC для
сооружения скважин на нефть и газ // Проблемы научнотехнического прогресса в бурении скважин.– 2014. – С. 129–
141.
16