Книги, научные публикации
1. ТИПИЗАЦИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ И ВЫБОР ПОРОДОРАЗРУШАЮЩЕГО ИНСТРУМЕНТА 1.1. ПОСТРОЕНИЕ МЕЛКОМАСШТАБНОГО КЛАССИФИКАЦИОННОГО РАЗРЕЗА (МКР) Для классификации горных пород геологического разреза и его
разде ления на характерные пачки, а также выбора рациональных типов и конструкций шарошечных долот для бурения нефтяных и газовых скважин разработана комплексная методика [22], которая определяет общий порядок и методические основы работ.
На первом этапе в соответствии с этой методикой необходимо про вести классификацию горных пород геологического разреза и выде лить характерные пачки. Классификация горных пород осуществляет ся на основе их классификационных характеристик. К классификаци онным характеристикам горных пород, от которых наиболее явно за висят показатели работы долот в каждых заданных геологических ус ловиях, относятся твердость, абразивность и сплошность.
Понятие сплошность горных пород предложено для оценки струк турного состояния горных пород, которые, исходя из степени пригод ности внутриструктурных нарушений (трещин, пор, поверхностей рыхлого контакта зерен и т.д.) для передачи внутрь породы давления внешней жидкостной или газовой среды, разделены на четыре катего рии сплошности.
К четвертой категории сплошности отнесены породы, внутрь кото рых внешнее гидравлическое давление не передается (передается на тело в целом через его внешнюю поверхность). К третьей категории сплошности отнесены породы, внутрь которых передается давление только маловязкой жидкости (типа воды). Ко второй категории сплошности отнесены породы, внутрь которых проникает не только жидкость, но и твердые (глинистые) частицы. К первой категории сплошности относятся горные породы, внутрь которых может прони кать исходный глинистый раствор.
Т а б л и ц а 1. Классификация горных пород (по Л.А. Шрейнеру) Группа (породы) Категория рш, МПа т, МПа I (мягкие) 1 <100 < 2 100Ц250 40 - 3 250Ц500 110 - 4 500Ц1000 250 - II (средней 5 1000Ц1500 550 - твердости) 6 1500Ц2000 850 - 7 2000Ц3000 1200 - 8 3000Ц4000 1900 - III (твердые) 9 4000Ц5000 2500 - 10 5000Ц6000 3500 - 11 6000Ц7000 4200 - 12 >7000 > Под твердостью горной породы понимается ее способность ока зывать сопротивление прониканию в нее (внедрению) инородного те ла. Классификационная шкала твердости горных пород включает в себя 12 категорий твердости (табл. 1.1).
Под абразивностью горной породы понимается ее способность из нашивать контактирующий с ней породоразрушающий инструмент в процессе их взаимодействия. Классификационная шкала абразивности горных пород включает в себя 12 категорий абразивности (табл. 1.2).
Категории по твердости и абразивности для различных пород приве дены в табл. 1.3.
Т а б л и ц а 1. Относительная Принятое Группа по абразивности Категория абразивность1 обозначение Слабоабразивные 1,0Ц1,5 1 Асл 1,5Ц3,0 Малоабразивные 3,0Ц5,0 3 Ам 5,0Ц8,0 Среднеабразивные 8,0Ц11,0 5 Аср 11,0Ц15,0 Высокоабразивные 15,0Ц17,0 7 Ав 17,0Ц20,0 Очень высокоабразивные 20,0Ц22,0 9 Аоч 22,0Ц24,0 24,0Ц26,0 >26,0 Для гипса равна 1.
Т а б л и ц а 1. Классификационная таблица соответствия абразивных свойств горных пород их геолого-петрографическим характеристикам Абразивность по обобщенной Содержание Категория шкале Порода кварца или твердости ВНИИБТ (ка халцедона, % тегория) Песчаник:
кварцевый мономинеральный (крупно-, 95 4Ц10 9 - средне-, мелко-, тонкозернистый) и ана- логичный алевролит окварцованный сливной 85Ц95 7Ц10 10 - частично окварцованный с протяжен- 85Ц95 5Ц7 9 - ными контактами срастания кварцевых зерен с точечными контактами срастания 85Ц95 4 кварцевых зерен кварцевый с известковистым цементом 60Ц75 5Ц7 7 - (25Ц40 %) кварцевый с известковисто-глинистым 60Ц75 4Ц5 цементом кварцевый с глинистым цементом 60Ц75 3Ц5 6 - кварцевый с сульфатным цементом 60Ц75 3Ц4 полевошпатово-кварцевый и аркозовый - - крупнозернистый полевошпатово-кварцевый и аркозовый - - средне- и мелкозернистый тонко- - - зернистый и аналогичный алев- ролит с цементом 15Ц20 % с цементом 20Ц50 % 25 4Ц6 7 - полимиктовый 10Ц15 4Ц6 5Ц10 - 6 - Глина:
мономинеральная - 1Ц3 3 - алевритистая 10Ц20 2Ц3 4 - песчанистая 10Ц30 2Ц4 кремнистая - 5 Аргиллит:
слабоалевритистый 5Ц10 4Ц5 3 - алевритистый и песчанистый 15Ц20 4Ц5 Аспидный сланец 2Ц5 - Углистый сланец 2Ц5 2Ц3 Мергель:
глинистый - - карбонатный (50Ц75 %) - 4Ц5 алевритовый - - песчанистый - - Известняк:
без примеси твердых абразивных ми- 1 5Ц6 2 - нералов глинистый 3 4Ц6 П р о д о л ж е н и е т а б л. 1. Абразивность Содержание по обобщенной Категория Порода кварца или шкале твердости халцедона, % ВНИИБТ (ка тегория) песчанистый (5 %) 5 5Ц6 песчанистый (10 %) 10 5Ц6 песчанистый (до 20Ц30 %) 20Ц30 4Ц6 8 - алевритовый 15Ц20 5Ц6 кремнистый (5 %) 5 5Ц6 кремнистый (10 %) 10 6Ц7 кремнистый (15 %) 15 6Ц7 кремнистый (20Ц30 %) 20Ц30 8 Доломит:
без примеси твердых абразивных ми- 2Ц3 7Ц8 3 - нералов песчанистый - 7Ц8 6 - Кремень 75Ц95 11 Опока и трепел - 1Ц2 Ангидрит без примеси твердых абразивных - 4Ц5 минералов Гипс:
без примесей - 2Ц3 опесчаненный 10Ц15 2Ц3 глинистый 1 2Ц3 Классификационные характеристики горных пород определяются на основе региональных исследований физико-механических свойств горных пород, а в случае отсутствия таких данных - на основе литоло гического соответствия свойств горных пород. На основе классифика ции горных пород рассматриваемого геологического разреза строится мелко-масштабный геологический разрез (табл. 1.4).
Для разделения проектного геологического разреза на характерные пачки используется метод реперных долот, который позволяет обос нованно группировать смежные разности горных пород в характерные пачки или разделять эти разности в отдельные пачки, а также устанав ливать четкие границы залегания этих пачек пород.
Применение метода "реперных" долот для разделения рассматри ваемого геологического разреза на характерные пачки пород, как пра вило, возможно начиная со стадии промышленной разведки месторо ждения, а при наличии достаточного объема информации о геологиче ском строении месторождения и работе долот использование этого метода в ряде случаев возможно и на стадии структурного и поисково го бурения.
Т а б л и ц а 1. Мелкомасштабный классификационный разрез Месторождение _ Площадь (блок)_ Объединение _ УБР Тип разреза Классификацион- Границы залега Уровень ные характеристики ния пачки горных Условный величин горных пород (по Шифры "ре- пород (по Стратигра- Литоло- Мощность код разности проходки на Шкала глу- категориям) перных" до- глубине от - до), фическая гическая разности пород с "реперное" бины, м лот (по глу- м / мощности колонка колонка пород учетом долото, м бине) пачки, м;
шифры твер- абразив- сплошности предварительно дости ности выбранных долот 1 2 3 4 5 6 7 8 9 П р о д о л ж е н и е т а б л. 1. Гистограммы содержания пород (в %) в пачке Тип долота, по твердости по абразивности наиболее соот- Представитель- ветствующий ные типы до-лот свойствам по- для каждой ха род, составля- рактерной пачки I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII ющих пачку (по пород ОКТ) 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 Характерными в рассматриваемом геологическом разрезе пачками пород являются интервалы, сложенные смежными разностями горных пород, в пределах совокупности которых различие величин проходок на "реперные" долота статистически незначимо, т.е. указанные пачки пород однородны по величине проходки на реперные долота, являю щейся критериальным признаком.
В качестве "реперных" долот, являющихся носителями информа ции в неявном виде о свойствах пород и условиях эксплуатации долот, следует принимать такие конструкции долот определенных типораз меров, для которых в пределах выделенных на основании данных граф 2Ц6 (см. табл. 1.4) разностей горных пород характерно следующее:
один и тот же типоразмер и одинаковые конструктивные особенно сти долот;
аналогичный характер и близкие значения уровней износа элемен тов (по коду оценки износа долот);
достаточно близкие (при равных уровнях технологических факто ров) значения проходок на долото.
Обязательным требованием метода "реперных" долот является то, чтобы мощность каждой разности горных пород была или соизмерима с величиной проходки на "реперное" долото при бурении в этих поро дах, или превосходила ее кратно.
На основании данных, занесенных в колонки классификационных характеристик пород, включенных в одну пачку, на уровне подошвы пачки строятся гистограммы содержания в пачке различных по твер дости и абразивности пород, вычисляются и наносятся на поле гисто грамм средневзвешенные для пачки категории твердости и абразивно сти слагающих пачку пород.
Средневзвешенная категория твердости горных пород в пределах выделенных пачек определяется по формуле n T= Timi/M, (1.1) i= где Ti - категория твердости пород i-й разновидности;
mi - мощность i го прослоя горной породы, м;
М - мощность выделенной пачки, м.
Средневзвешенная категория абразивности определяется по фор муле n A= Aimi/M, (1.2) i= где Аi - категория абразивности пород i-й разновидности.
Сведения о долотах приведены в табл. 1.5Ц1.9 [7, 35], а параметры керноприемных устройств - в табл. 1.10Ц1.12.
Т а б л и ц а 1. Основные размеры шарошечных долот для сплошного бурения Допускаемая нагрузка, Типоразмер Резьба Масса, кг кН Одношарошечные 139,7 СЗ-Н З-88 17 161,0 СЗ-Н З-88 21 190,5 СЗ-Н З-117 37 215,9 МЗ-Н З-117 46 Двухшарошечные 93 С-ЦВ З-50 3,5 93 К-ЦВ З-50 4 112 М-ГВ З-63,5 6 132 М-ГВ З-63,5 8 Трехшарошечные 98,4 С-ЦА 3-66 5 Т-ЦА 3-66 5 ОК-ЦА 3-66 5 120,6 С-ЦА З-76 7,5 Т-ЦА З-76 7 132 С-ЦВ З-63,5 9 Т-ЦВ З-63,5 8 К-ЦВ З-63,5 10 139,7 С-ЦВ З-88 12 Т-ЦВ З-88 12 151 С-ЦВ З-88 13 Т-ЦВ З-88 12 К-ЦВ З-88 14 161 С-ЦВ З-88 18 Т-ЦВ З-88 17 Т-ПВ З-88 17 К-ЦВ З-88 18 190,5 М-ГВ З-117 32 М-ГН З-117 30 МСЗ-ГАУ З-117 33 С-ЦВ З-117 28 С-ГВ З-117 30 С-ГНУ З-117 32 СЗ-ГВ З-117 31 П р о д о л ж е н и е т а б л. 1. Типоразмер Резьба Масса, кг Допускаемая нагрузка, кН 190,5 СЗ-ГНУ З-117 35 СЗ-ГАУ З-117 33 Т-ЦВ З-117 27 Т-ГНУ З-117 30 ТЗ-ГНУ З-117 32 ТКЗ-ЦВ З-117 29 К-ГНУ З-117 33 215,9 М-ГВ З-117 38 М-ПГВ З-117 38 М-ГАУ З-117 41 МЗ-ГВ З-117 40 МЗ-ГНУ З-117 40 МЗ-ГАУ З-117 40 МС-ГВ З-117 38 МС-ГН З-117 37 МС-ГНУ З-117 37 МСЗ-ГН1 З-117 40 МСЗ-ГНУ З-117 40 МСЗ-ГАУ З-117 40 С-ГВ З-117 36 С-ГН З-117 37 СЗ-ГВ З-117 38 СЗ-ГНУ З-117 41 СЗ-ГАУ З-117 41 Т-ПВ З-117 28 ТЗ-ЦВ З-117 33 ТЗ-ПВ З-117 33 ТЗ-ГН З-117 38 ТЗ-ГНУ З-117 40 ТЗ-ГАУ З-117 38 ТКЗ-ЦВ З-117 32 ТКЗ-ГН З-117 40 К-ПВ З-117 30 К-ГНУ З-117 41 ОК-ПВ З-117 30 244,5 МСЗ-ГНУ З-152 66 С-ЦВ З-121 51 С-ГНУ З-152 60 Т-ЦВ З-121 45 Т-ПВ З-121 45 П р о д о л ж е н и е т а б л. 1. Типоразмер Резьба Масса, кг Допускаемая нагрузка, кН 244,5 К-ПВ З-121 50 ОК-ПВ З-121 45 269,9 М-ГВ З-152 68 М-ГН З-152 72 МСЗ-ГНУ З-152 77 МСЗ-ГАУ З-152 77 С-ГВ З-152 67 С-ГНУ З-152 66 СЗ-ГВ З-152 73 СЗ-ГНУ З-152 76 СЗ-ГАУ З-152 76 СТ-ГН З-152 72 Т-ЦВ З-152 62 ТЗ-ЦВ З-152 63 ТЗ-ГН З-152 77 ОК-ПВ З-152 70 295,3 М-ГВ З-152 72 М-ЦВ З-152 74 МС-ГВ З-152 77 МСЗ-ГНУ З-152 92 С-ЦВ З-152 74 С-ГВ З-152 77 С-ГНУ З-152 83 СЗ-ГВ З-152 80 СЗ-ГНУ З-152 89 СТ-ЦВ З-152 75 Т-ЦВ З-152 77 ТЗ-ЦВ З-152 77 320 С-ГВ З-152 84 Т-ПГВ З-152 90 ТЗ-ПГВ З-152 100 349,2 М-ЦВ З-152 104 М-ГВ З-152 114 С-ЦВ З-152 103 С-ГВ З-152 115 Т-ЦВ З-152 99 393,7 М-ЦВ З-171 167 М-ГВ З-171 164 С-ЦВ З-171 176 П р о д о л ж е н и е т а б л. 1. Типоразмер Резьба Масса, кг Допускаемая нагрузка, кН 393,7 С-ГВ З-171 171 Т-ЦВ З-171 123 444,5 С-ЦВ З-171 252 490 С-ЦВ З-171 316 Примечание. Обозначения: породы: М - мягкие, МЗ - мягкие абразивные, МС - мягкие с пропластками пород средней твердости, МСЗ - мягкие абразивные с пропласт ками пород средней твердости, С - средней твердости, СЗ - средней твердости абразив ные, СТ - средней твердости с пропластками твердых пород, Т - твердые абразивные, ТК - твердые с пропластками крепких пород, ТКЗ - твердые абразивные с пропластками крепких пород, К - крепкие, ОК - очень крепкие;
промывка: - - центральная, Г - гид ромониторная;
продувка: П - центральная, ПГ - боковая;
опоры: В - на подшипниках с телами качения, Н - на одном подшипнике скольжения (остальные подшипники с тела ми качения), А - на двух и более подшипниках скольжения, У - маслонаполненные с автоматической подачей смазки.
Т а б л и ц а 1. Основные параметры лопастных долот Допускаемые Типоразмер Резьба Масса нагрузка, кН момент, Нм Двухлопастные 2Л-93М З-50 2,3 20 2Л-97М З-50 2,4 20 2Л-98,4М З-50 2,4 20 2Л-112М З-50 2,6 30 2Л-118М З-50 2,7 30 2Л-120,6М З-50 2,7 35 2Л-132М З-50 2,8 40 3ДР-132М З-50 4,0 - - 6ДР-132МС З-50 4,5 - - 2Л-139,7М З-63,5 4,1 45 2Л-146М З-63,5 4,2 45 2Л-151М З-63,5 4,3 50 2Л-161М З-63,5 4,4 55 2Л-165,1М З-63,5 4,4 55 Трехлопастные 3Л-120,6 З-76 8,0 50 3Л-132 З-88 10,0 55 3Л-139,7 З-88 10,0 60 3Л-146 З-88 11,0 80 3Л-151 З-88 11,0 80 3Л-161 З-88 12,0 85 П р о д о л ж е н и е т а б л. 1. Допускаемые Типоразмер Резьба Масса нагрузка, кН момент, Нм 3Л-165,1 З-88 12,0 90 3Л-171,4 З-88 12,0 90 3Л-187,3 З-88 15,0 100 3Л(Г)-190,5 З-117 25,0 120 3Л(Г)-200 З-117 27,0 130 3Л(Г)-212,7 З-117 27,0 130 3Л(Г)-215,9 З-117 27,0 130 3Л(Г)-222,3 З-117 27,0 140 3Л(Г)-242,9 З-121 33,0 160 3Л(Г)-244,5 З-121 33,0 160 3Л(Г)-250,8 З-121 33,0 160 3Л(Г)-269,9 З-152 35,0 170 3Л(Г)-295,3 З-152 61,0 220 3Л(Г)-311,1 З-152 61,0 230 3Л(Г)-320 З-152 61,0 230 3Л(Г)-349,2 З-152 63,0 250 3Л(Г)-374,6 З-177 87,0 310 11 3Л(Г)-393,7 З-177 87,0 330 13 3Л(Г)-444,5 З-177 90,0 370 15 Трехлопастные истирающие режущего типа 4Э-139,7МС З-88 9,0 50 - 3ИРГ-190,5С З-117 25,0 180 3ИРГ-219,9С З-117 27,0 220 Для пород М и МС.
Т а б л и ц а 1. Типоразмеры алмазных долот и долот, оснащенных синтетическими алмазами Резьба Резьба Типоразмер ниппель- Типоразмер ниппель ная ная ДК-138,1 С6 З-88 ДК(ДКС, ДКСИ) 214,3 С З- ДР-141,3 ТЗ З-88 ДЛС-214,3 С2 З- ДК-149,4 С6 З-88 ДИ-214,3 С6 З- ДР-163,5 ТЗ З-88 ДИ(ДР)-214,3 ТЗ З- ДК(ДКС, ДКСИ) 188,9 С6 З-117 ИСМ-214,3 СЗ З- ДЛС-188,9 С2 З-117 ДКС-267,5 С6 З- ДИ-188,9 С6 З-117 ДКС-292,9 С6 З- ДИ(ДР)-188,9 ТЗ З-117 ИСМ-292,9 С2 З- ИСМ-188,9 С5 З-117 ИСМ-292,9 МС2 З- ИСМ-188,9 МС1 З- Примечание. Обозначения: Д - долото;
модификации: однослойные - Л (ло пастные), Р (радиальные), Т (ступенчатые), К (ступенчатые с тороидальными выступа ми);
импрегнированные - И;
синтетические алмазы - С.
Т а б л и ц а 1. Основные параметры шарошечных бурильных головок Допустимая Типоразмер Резьба Масса, кг нагрузка, кН КС-187,3/40 СТ З-147 29 КС-187,3/40 ТКЗ З-147 31 КС-212,7/60 СТ З-161 34 КС-212,7/60 ТКЗ З-161 36 КС-212,7/60 ТКЗ-НУ З-161 36 К-139,7/52 ТКЗ З-110 16 К-158,7/67 ТКЗ З-133 18 К-187,3/80 М З-150 - - К-187,3/80 СЗ З-150 29 К-187,3/80 СТ З-150 33 К-187,3/80 ТКЗ З-150 33 К-212,7/80 М З-150 - - К-212,7/80 СЗ З-150 35 К-212,7/80 МСЗ З-150 25 К-212,7/80 СТ З-150 39 К-212,7/80 ТКЗ З-150 40 К-212,7/100 ТКЗ З-150 40 Т а б л и ц а 1. Типоразмеры алмазных бурильных головок Резьба Резьба Типоразмер Типоразмер муфтовая муфтовая КТ(КТСИ) 131,8/52 СЗ З-110 КТ 188,9/40 С2 З-147* КР 163,5/67 СТ2 З-133 КР 214,3/80 СТ2 З- КР 188,9/80 СТ2 З-150 КТ(КТСИ) 214,3/80 С3 З- КТ(КТСИ) 188,9/80 С3 З-150 ИСМ 214,3/80 С2 З- Примечание. Обозначения: К - бурильная головка;
модификации: Р - ра-диальные, Т - ступенчатые;
цифра 2 - порядковый (условный) номер модификации;
звездочка - ниппельная резьба.
Т а б л и ц а 1. Параметры керноприемных устройств "Недра" с несъемным керноприемником для роторного способа бурения Параметры СКУ-1-203/100 КДПМ-164/80 СКУ-138/67 СКУ-122/ Длина керноприем- 24 000 16 172 23 824 22 ного устройства, мм Число секций уст- 3 2 3 ройства Длина корпуса, мм 7500 7500 6300 П р о д о л ж е н и е т а б л. 1. Параметры СКУ-1-203/100 КДПМ-164/80 СКУ-138/67 СКУ-122/ Диаметр корпуса, мм:
наружный 203 164 138 внутренний 153 118 106 Длина керноприем- 7113 7277 7055 ной трубы, мм Диаметр кернопри- емной трубы, мм:
наружный 127 102 83 внутренний 109 88 73 Присоединительная резьба:
к бурильной ко- З-147 З-121 ЗС-108 З- лонне к бурильной го- З-189 МК 15061:8 З-133 МК 11061: ловке Масса керноприем- 3700 1555 1520 ного устройства, кг Диаметр бурильной 244,5/100 212,7/80 158,7/67 139,7/ головки/кер- 269,9/100 187,3/ ноприемника, мм Т а б л и ц а 1. Параметры керноприемных устройств "Силур" и "Кембрий" с несъемным керноприемником для роторного бурения "Силур" "Кембрий" Параметры СКУ-146/80 СКУ-114/52 СКУ1-172/100 СКУ-122/ Длина керноприемного 9267 8617 16 380 устройства, мм Число секций устрой- 1 1 2 ства Длина корпуса, мм 8240 7422 7464 Диаметр корпуса, мм:
наружный 146 114 172 внутренний 124 92 132 Длина керноприемной 6878 6545 7277 трубы, мм Диаметр керноприем- ной трубы, мм:
наружный 102 73 123 внутренний 88 58 109 Присоединительная резьба:
к бурильной ко- З-121 З-101 З-121 З- лонне к бурильной голов- МК 15061:8 МК11061:8 З-161 МК 11061: ке П р о д о л ж е н и е т а б л. 1. "Силур" "Кембрий" Параметры СКУ-146/80 СКУ-114/52 СКУ1-172/100 СКУ-122/ Масса керноприемного 620 300 1630 устройства, кг Диаметр бурильной 187,3/80 139,7/52 187,3/100 139,7/ головки/керноприем- 212,7/80 212,7/ ника, мм Т а б л и ц а 1. Параметры керноприемных турбобуров (турбодолот) со съемным и несъемным керноприемниками Параметры КТД3-240-269/47 КТД4С-172-190/40 КТД4С-195-214/80- Длина кернопри- 7455 17 575 25 емного турбобура, мм Число турбинных 1 2 секций Число ступеней турбины:
всего 91 290 в нижней сек- 91 124 ции Число ступеней 10 30 пяты Число средних опор:
всего 2 8 в одной секции 2 4 в шпинделе - - Наружный диа- 240 172 метр керноприем ного турбобура, мм Внутренний диа- 205 148 метр корпуса тур бобура, мм Длина кернопри- 7050 14 000 25 емника, мм Длина кернопри- емной полости, мм:
со съемным 3260 7000 керноприемни- ком с несъемным - - 25 керноприемни ком П р о д о л ж е н и е т а б л. 1. Параметры КТД3-240-269/47 КТД4С-172-190/40 КТД4С-195-214/80- Наружный диа метр керноприем ной трубы, мм:
съемной 73 68 несъемной - - Внутренний диа- метр керноприем- ной трубы, мм:
съемной 58 48 несъемной - - 1.2. ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ ТИПОВ ПОРОДОРАЗРУШАЮЩЕГО ИНСТРУМЕНТА По характеру разрушения горной породы породоразрушающий инст румент подразделен на следующие классы: режущего и режуще скалывающего, скалывающего и дробяще-скалывающего, а также ис тирающего действий.
По назначению породоразрушающий инструмент делят на три группы: для бурения без отбора керна (долота), бурения с отбором керна (бурильные головки) и для специальных видов бурения (специ альные долота).
1.2.1. ТИПЫ ПОРОДОРАЗРУШАЮЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ БУРЕНИЯ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН БУРОВЫЕ ДОЛОТА Лопастные долота. По ОСТ-26-02-1282Ц75 выпускаются долота двух лопастные диаметрами от 76,0 до 165,1 мм и трехлопастные диаметра ми от 120,6 до 489,9 мм. Лопастные долота изготавливаются с обыч ной (центральной) промывкой и гидромониторной. Пример обозначе ния долот: 3Л(Г)-215,9М - трехлопастное долото с гидромониторной промывкой, диаметром 215,9 мм для бурения мягких пород.
Пикобуры. Пикообразные долота выпускаются с обычной про мывкой диаметрами от 98,4 до 444,5 мм двух типов: - - для разбури вания цементных пробок;
Р - для расширения ствола скважин. Пример обозначения: ПР-445,5 - пикообразное долото, диаметром 445,5 мм для расширения ствола скважины.
Истирающе-режущие долота. Выпускаются следующие долота истирающе-режущего типа: трехлопастные 3ИР диаметрами от 190,5 до 269,9 мм с обычной и гидромониторной промывкой;
шести лопастные 6ИР диаметрами от 76,0 до 269,9 мм с обычной и гидромо ниторной промывкой. Пример обозначения: 3ИРГ-190,5 С - трехлопа стное долото истирающе-режущего действия диаметром 190,5 мм с гидромониторной промывкой для бурения пород средней крепости.
Долота ИСМ отличаются от 6ИР тем, что лопасти армируются сверхтвердым материалом "Славутич";
выпускаются диаметрами от 91, до 391,3 мм с обычной и гидромониторной промывкой.
Шарошечные долота. До 94Ц95 % общего объема бурения выпол няется шарошечными долотами. Такие долота выпускаются в соответ ствии с ГОСТ 20692Ц75 следующих видов: одношарошечные (I);
двухшарошечные (II);
трехшарошечные (III).
Типы, области применения долот и исполнение шарошек соответ ствуют указанным в табл. 1.13.
По расположению и конструкции промывочных или продувочных каналов долота изготовляются следующих типов: - - с центральной промывкой;
Г - с боковой гидромониторной промывкой;
П - с цен тральной продувкой;
ПГ - с боковой продувкой.
Опоры шарошек изготовляются:
на подшипниках с телами качения - В;
на двух и более подшипниках скольжения - А;
на одном подшипнике скольжения - Н (остальные подшипники с телами качения);
с герметизированными уплотнительными кольцами - У (маслона полненные опоры).
Т а б л и ц а 1. Тип Область применения Исполнение шарошек М В мягких породах С фрезерованными зубьями МЗ В мягких абразивных породах Со вставными зубьями МС В мягких породах с пропластками С фрезерованными зубьями средней твердости МСЗ В мягких абразивных породах с про- С фрезерованными и вставными зубь пластками средней твердости ями С В породах средней твердости С фрезерованными зубьями СЗ В абразивных породах средней твер- Со вставными зубьями дости СТ В породах средней твердости с про- С фрезерованными зубьями пластками твердых Т В твердых породах То же ТЗ В твердых абразивных породах Со вставными зубьями ТК В твердых породах с пропластками С фрезерованными и вставными зубь крепких ями ТКЗ В твердых абразивных породах с про- Со вставными зубьями пластками крепких К В крепких породах То же ОК В очень крепких породах " Пример условного обозначения трехшарошечного долота диамет ром 215,9 мм для бурения пород средней твердости с боковой гидро мониторной промывкой с опорой шарошки на одном подшипнике скольжения: III 215,9 С-ГНУ,4 ГОСТ 20692Ц75.
Алмазные долота. Эти долота изготавливаются диаметрами от 91,4 до 391,3 мм следующих модификаций:
однослойные с размещением зерен алмазов в поверхностном слое матрицы по определенной схеме: радиальные - ДР;
ступенчатые - ДТ;
ступенчатые с торовидными выступами - ДК;
лопастные - ДТ;
с син тетическими алмазами - С. Пример обозначения: ДКС-139,7 С - одно слойное алмазное долото ступенчатое с торовидными выступами с синтетическими алмазами диаметром 139,7 мм для бурения пород средней крепости;
импрегнированные - И с равномерным перемешиванием алмазов в объеме матричного материала: с шаровидными выступами - ДИ;
лопа стные - ДЛИ. Пример обозначения: ДЛИ-187,3 С - импрегнированное алмазное долото диаметром 187,3 мм для бурения пород средней кре пости.
Специальные долота. Долота для специальных целей предназна чены для работ в пробуренной скважине и обсадной колонне (зарез ные, расширители, фрезерные и др.).
БУРИЛЬНЫЕ ГОЛОВКИ Бурильные головки выпускаются трех типов: лопастные, шарошечные и алмазные для керноприемных устройств без съемного керноприем ника (К) и со съемным керноприемником (КС).
Лопастные бурильные головки предназначены для бурения мягких пород (М), мягких и средней твердости (МС).
Шарошечные бурильные головки - для бурения пород мягких с прослоями средней твердости, абразивных (МСЗ);
средней твердости, абразивных (СЗ);
средней твердости с прослоями твердых (СТ);
для твердых абразивных (ТЗ);
для твердых с прослоями крепких абразив ных (ТКЗ).
Пример обозначения: КС-212,7/60 СТ - бурильная головка для съемного керноприемника диаметром 212,7 мм, диаметр керна 60 мм для бурения пород средней крепости с прослоями крепких пород.
Алмазные бурильные головки - выпускаются:
однослойные с выступами радиальными (КР) и торцевыми (КТ);
импрегнированные (КИ).
Пример обозначения: КТ-138,1/52 С - однослойная алмазная бу рильная головка с торцевыми выступами диаметром 138,1 мм, диаметр керна 52 мм для бурения пород средней крепости.
1.2.2. МЕТОДИКА ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНЫХ ТИПОВ ДОЛОТ Единым комплексным критерием оценки эффективности работы долот является величина эксплуатационных затрат на 1 м проходки, опреде ляемая по формуле:
Сд 1 tсп + tв C1м = + (1.3) Св + h, vм h где С1м - стоимость 1 м проходки, руб.;
Сд - стоимость долота, руб.;
tсп - нормативные затраты на спускоподъемные операции, отнесенные к рейсу, ч;
tв - нормативное время затрат на подготовительно заключительные операции, отнесенные к рейсу, ч;
Св - стоимость 1 ч работы буровой установки, руб/ч;
h - проходка на долото, м;
vм - ме ханическая скорость проходки, м/ч.
Выбор рациональных типов долот осуществляется по Обобщенной классификационной таблице соответствия типов шарошечных долот свойствам горных пород (ОКТ) (рис. 1.1) или по Классификационной таблице парных соответствий категорий твердости и абразивности по род типам шарошечных долот (КТС) (рис. 1.2).
Структура ОКТ (см. рис. 1.1) разработана таким образом, что гис тограммам содержания (в %) в пачках разных по твердости и абразив ности горных пород классификационно поставлены в соответствие определенные типы шарошечных долот, наилучшим образом (по ми нимуму эксплуатационных затрат на проходку 1 м скважины) обеспе чивающие это соответствие. Выбор рационального типа долота осуще ствляется путем сравнения гистограмм, полученных при построении МКР, с типовыми гистограммами в ОКТ. Например, если при построе нии МКР получены гистограммы, в наибольшей степени совпадающие по форме и абсолютным значениям содержания пород с различными категориями твердости и абразивности, соответствующие типовым гистограммам в ОКТ, расположенным во второй строке сверху, то для такой пачки рациональным будет долото типа МЗГ.
В случае, если гистограммы, полученные в МКР, значитель- но от личаются от типовых в ОКТ, то необходимо выбирать рациональный тип долота по КТС (см. рис. 1.2). Например, после расчета по форму лам (1.1) и (1.2) получили средневзвешенные значения категории твердости и абразивности соответственно Рис. 1.1. Обобщенная классификационная таблица соответствия типов шарошеч ных долот свойствам горных пород Т = 4,2,А = 4,3. Наносим точку по этим значениям на поле КТС (точ ка F). Видно, что точка F располагается на наиболее близком расстоя нии к табличной точке, соответствующей долоту типа СТ. Следова тельно, для бурения в пачке пород с такими значениями классифика ционных характеристик рациональным является долото типа СТ. В этом случае при бурении долотом этого типа Т а б л и ц а 1. Геологические и некоторые физико-механические (Т и А) сведения по проектной скважине Описание пород Интервал, м Номер Система, отдел, Литологический Категория по Категория по и их характери- Всего Примечание слоя свита разрез твердости Т абразивности А от до стика 1 Московско- Известняки с 5 1 0 280 280 Поглощение Подольский прослоями глин горизонт 2 Каширский го- Глины с про- 2 2 280 580 ризонт слоями песка 3 Вертинский Пески с про- 1 3 580 830 250 Образование горизонт слоями глин сальников 4 Верхнебашкир- Пески с про- 1 3 830 1120 290 Обвалы ский подъярус слоями глин и гравием 5 Нижнебашкир- Известняки 6 2 1120 1270 ский подъярус плотные, в ниж ней части тре щиноватые 6 Охотско- Известняки 6 2 1270 1550 280 Прихват Серпуховский плотные, в верх ней части рых подъярус лые 7 Тульский ярус Глины с про- 2 2 1550 2150 слоями песка 8 Бобринский Глины с про- 2 2 2150 2730 слоями песка и горизонт гравием 9 Тульский ярус Известняки 6 2 2730 3030 плотные 10 Нижне-Рамен- Доломиты ок- 7 2 3030 3280 250 Нефтяные ский подъярус ремнелые с про- проявления слоями из- рпл = 15 мПа вестняка 11 Нижнебовин- Песчаники с 7 - 8 3 3280 3460 ская свита прослоями глин F Рис. 1.2. Классификационная таблица парных соответствий категорий твердости и абразивности пород типам шарошечных долот в породах рассматриваемой пачки будут обеспечены минимальные эксплуатационные затраты на 1 м бурения скважины.
Пример 1.1. В соответствии с геологическими данными и данными по категориям твердости и абразивности, а также с учетом зон осложнений и водонефтегазопроявлений (табл. 1.14) разделим весь геологический разрез на пачки пород, сходные приближенно по твердости и абразивности, а затем подберем необходимые для бурения в каждой из этих пачек пород долота.
В нашем случае геологический разрез разделим на пять пачек пород.
Номер пачки........... I II III IV V Интервал, м............. 0Ц280 280Ц1120 1120Ц1550 1550Ц2730 2730 - Р е ш е н и е: Подставляя данные из табл. 1.14 и используя формулы (1.1) и (1.2), получаем:
I пачка состоит из одного пласта:Т = 5;
А = 1;
II пачка состоит из трех пластов:
300 2 + 250 1 + 290 Т = = 1,36, Т а б л и ц а 1. Интервал, м Средневзвешенная категория Номер пачки твердости Т от до абразивности А I 0 280 5 II 280 1120 1,36 2, III 1120 1550 6 IV 1550 2730 2 V 2730 3460 6,7 2, 300 2 + 250 3 + 290 А = = 2,64;
III пачка состоит из двух пластов:
150 6 + 280 Т = = 6, 150 2 + 280 А = = 2;
IV пачка состоит из двух пластов: Т = 2;
А = 2;
V пачка состоит из трех пластов:
300 6 + 250 7 + 180 7, Т = = 6,7, 300 2 + 250 2 + 180 А = = 2,25.
Результаты расчетов сведем в табл. 1.15.
Исходя из рассчитанных Т и А и используя классификационную таблицу парных соответствий категорий твердости и абразивности пород типам шарошечных долот (см.
рис. 1.2) и данные табл. 1.15, произведем выбор долот для каждой пачки.
Так, для I пачки расчетная точка близко расположена к эталонной, соответствующей долоту типа СТ. Таким образом, для бурения пачки пород с заданными значениями классификационных характеристик рациональным является долото типа СТ. Для II пач ки - долото типа М, для III пачки - Т, для IV пачки - М и, наконец, для V пачки - долото типа Т.
После выбора и проектирования конструкции скважины следует подобрать по табл.
1.5Ц1.9 типоразмер долота.