Буровые долота

Буровые долота - оборудование для измельчения пород механическим способом. Наименование сохранилось со времен начального этапа развития бурения. Тогда в ударном бурении использовался породообразующий инструмент, напоминающий плотничное долото.

В настоящее время наблюдается многообразие буровых долот, включающее множество вариантов узкой специализации. Развитие породоразрушающего инструмента направлено на повышение износостойкости, производительности, обеспечение ремонтопригодности. Для этого вводят другие материалы, меняют конструктивные особенности, комбинируют способы воздействия на породы.

Систематика

Систематика долот весьма сложна. В ней используется несколько критериев. Далее рассмотрены основные из них.

В соответствии с назначением выделяют 3 типа в зависимости от

• Сплошное.
• Колонковое.
• Специальные (фрезеры, зарезные, расширители и др.).

Долота могут оказывать различное механическое воздействие на породы. На основе этого их дифференцируют на следующие категории.

• Дробящие.
• Истирающе-режущие.
• Дробяще-скалывающие.
• Режуще-скалывающие.

Еще один критерий – тип рабочей поверхности.

• Шарошечные.
• Лопастные.
• Фрезерные.

Существуют перспективные разработки, например, комбинированные режуще-шарошечные, шарошечные со сменными шарошками.

Конструктивные и эксплуатационные особенности

Шарошечные долота выполнены как совокупность секций с несколькими (1-6) цилиндрическими или сферическими шарошками, закрепленными на их цапфах посредством подшипников качения и/или скольжения. Наиболее распространены 3-шарошечные варианты. Для глубоких выработок более актуальны 1-шарошечные.

Функциональные элементы представлены фрезерованными и/или твердосплавными зубьями, размещенными на шарошках. Зубья для улучшения износостойкости наплавлены сплавом карбидов вольфрама. Форма, размеры и расположение зубьев определяются прочностными свойствами целевых пород.

Шарошки соединены с опорой посредством цапф и элементов качения.

Подвод промывки к забою обеспечивают промывочные и продувочные компоненты долот. На основе этого их дифференцируют на варианты с промывкой и продувкой. Промывочные подразделяют на модификации с центральной и боковой промывкой. Первые направляют раствор в центр забоя 1 отверстием в центре либо 3 в корпусе. Вторые подают его соплами в периферийную часть. В вариантах с продувкой используется газ либо воздушно-водяная смесь. Поток подается на шарошки и в их полости. Модификации с продувкой для взрывных скважин оснащены обратными клапанами, предотвращающими попадание частиц породы в продувочный канал, обеспечивая закрытие по завершении подачи воздуха.

Материалы для долот подбирают с учетом осевых и ударных нагрузок, вращающего момента и химической активности промывки. Для секций применяют стали со сплавами никеля с хромом, молибденом, хромом и молибденом. Существуют долота с алмазами и варианты из сталей особых переплавов.

Шарошечные долота подразделяют по конструкции на секционные и корпусные. У первых корпус сварен из нескольких секций (лап), а у вторых представлен монолитной конструкцией. К тому же отличается способ крепления к буровой колонне: в обоих случаях это конусная резьба, но муфта для секционных, ниппель для корпусных.

Шарошечные долота по механизму воздействия на породы бывают 2 типов.

• Дробящие. Обладают малым скольжением зубьев при движении по забою. Не оказывают фрезерующего воздействия на стенки ствола периферийной частью. Такие долота подразделяют по прочностным свойствам целевых пород.
  
  • Твердые.
  • Твердые абразивные.
  • Твердые с пропластками крепких.
  • Твердые крепкие абразивные.
  • Крепкие.
  • Очень крепкие.
• Дробяще-скалывающие. Отличаются большим скольжением зубьев при перемещении шарошек по забою и стенам ствола. Дифференцированы на основе того же критерия.
  
  • Мягкие.
  • Мягкие абразивные.
  • Мягкие с пропластками средней твердости.
  • Мягкие абразивные с пропластками средней твердости.
  • Средней твердости.
  • Абразивные средней твердости.
  • Средней твердости с пропластками твердых пород.

Названные подтипы отличаются формой, размерами и расположением зубьев. Высота, шаг, длина и смещение осей шарошек обратно пропорциональны твердости пород. Форма головок зубьев бывает призматической и сферической.
Шарошечные долота – самые популярные.

Лопастные долота выполнены в виде кованного корпуса с несколькими (более 3) приваренными лопастями. Для 2-лопастных вариантов используется монолитная конструкция. Лопасти армированы твердосплавными пластинами, придающими износостойкость. Их устанавливают в профрезерованные выемки на передних гранях. Боковые грани укрепляют цилиндрическими зубьями. Их запрессовывают в просверленные отверстия. Промежутки укрепляют наплавлением.

Лопастные долота рассчитаны на бурение вращательным способом пород малой и средней твердости.
Они встречаются в нескольких модификациях.

• С промывкой. Бывают с отверстиями в корпусе и со сменными насадками. Вторые характеризуются большими габаритами и большей скоростью жидкости.
• Истирающе-режущие.
• Пикообразные. Бывают для расширения ствола и для разбуривания металлических элементов низа обсадной колонны и цементных пробок.
• Для ударно-канатного бурения.
• Шнековые.

Лопастные долота PDC иногда выделяют как отдельный вид. Они отличаются наплавкой на лопастях из карбида вольфрама и алмазными режущими пластинами. Это существенно повышает характеристики, позволяя бурить породы высокой твердости, превосходя в этом шарошечные аналоги. Достоинства таких долот состоят в износостойкости, простой конструкции, высокой скорости проходки, ремонтопригодности. К недостаткам относят избыточный крутящий момент, требующий повышенной мощности привода, и нестабильное направленное бурение.

Для получения керна используют шарошечные и лопастные варианты, рассчитанные на керноприемники. Последние встречаются в съемном и несъемном вариантах. Вторые обеспечивают возможность отбора без подъема колонны. Такое приспособление извлекают через бурильные трубы шлипсом с применением специальной лебедки. Для извлечения несъемного керноприемника приходится извлекать колонну. Для обеспечения долговечности на керноприемник передают малые поперечные нагрузки, промывочные каналы обеспечивают обход его раствором.

Фрезерные долота служат для вспомогательных операций. Они представляют собой плоскодонные фрезеры с твердосплавными зубками или пластинками на нижней поверхности либо по спиралям с плавным переходом от центрального канала на рабочую сферу. Такие долота ориентированы на бурение металла и цемента.