Назначение и устройство буровых машин и механизмов

    Бурильные замки предназначены для соединения труб. Замок состоит из замкового ниппеля и замковой муфты.

    Непрерывная многозвенная система инструментов и оборудования, расположенная ниже вертлюга   (ведущая труба, бурильные трубы с замками, забойные двигатель и долото) называется бурильной колонной. Ее вспомогательными элементами являются переводники различного назначения, протекторы, центраторы, стабилизаторы, калибраторы, наддолотные амортизаторы.

    Переводники служат для соединения в бурильной  колонне элементов с резьбой  различного профиля, с одноименными резьбовыми концами (резьба ниппельная-ниппельная, резьба муфтовая-муфтовая), для присоединения забойного двигателя и т. п. По назначению переводники подразделяются на переходные, муфтовые и ниппельные.

    Протекторы  предназначены для предохранения бурильных труб и соединительных замков от поверхностного износа, а обсадной колонны – от протирания при перемещении в ней бурильных труб. Обычно применяют протекторы с плотной посадкой, представляющие собой резиновое кольцо, надетое на бурильную колонну над замком. Наружный диаметр протектора превышает диаметр замка.

    Центраторы  применяют для предупреждения искривления  ствола при бурении скважины. Боковые  элементы центратора касаются стенок скважины, обеспечивая соосность  бурильной колонны с ней. Располагаются центраторы в колонне бурильных труб в местах предполагаемого изгиба. Наличие центраторов позволяет более высокие осевые нагрузки на долото. 

    Рис.  Центратор квадратный

    1-корпус;2-штырь  твердосплавной;3-переводник ниппельный 

    Стабилизаторы – это опорно-центрирующие элементы для сохранения соосности бурильной  колонны в стволе скважины на протяжении некоторых, наиболее ответственных  участков. От центраторов они отличаются большей длиной.

      Калибратор – разновидность породоразрушающего инструмента для обработки стенок скважины и сохранения номинального диаметра ее ствола в случае износа долота. В бурильной колонне калибратор размещают непосредственно над долотом. Они одновременно выполняют роль центратора и улучшают условия работы долота.

    Наддолотный амортизатор устанавливают в  бурильной колонне между долотом  и утяжеленными бурильными трубами  для гашения высокочастотных  колебаний, возникающих при работе долота на забое скважины. Снижение вибрационных нагрузок приводит к увеличению ресурса бурильной колонны и долота. Различают устройства 2-х типов: амортизаторы механического действия, включающие упругие элементы (стальные пружины, резиновые кольца и шары) и виброгасители – демпферы гидравлического и гидромеханического действия. 

4.3 Буровые долота 

    Долото  – буровой инструмент для механического  разрушения горных пород на забое  скважины в процессе ее проходки.

    По  характеру воздействия на породу долота можно классифицировать следующим  образом:

1. долота режуще-скалывающие (лопастные);
2. долота дробяще-скалывающего действия (шарошечные долота);
3. долота режуще-истирающего действия (алмазные и твердосплавные долота).

    По  назначению буровые долота подразделяются на три вида:

1. долота, разрушающие горную породу сплошным забоем;
2. долота, разрушающие горную породу кольцевым забоем (колонковые долота);
3. долота специального назначения.

    Долота  для сплошного и колонкового бурения предназначены для углубления скважины, а специального назначения – для работы в пробуренной скважине (расширение и выравнивание ствола скважины) и в обсадной колонне (разбуривание цементного камня).

    Лопастные долота выпускаются трех типов: двухлопастные, трехлопастные и многолопастные. Под действием нагрузки на забой  их лопасти врезаются в породу, а под влиянием вращающего момента  – скалывают ее. В корпусе долота имеются отверстия, через которые жидкость из бурильной колонны направляется к забою скважины со скоростью не менее 80 м/с. Лопастные долота применяются при бурении в мелких высокопластичных горных породах с ограниченными окружными скоростями (обычно при роторном бурении).

    Шарошечные  долота выпускаются с одной, тремя, четырьмя и даже с шестью шарошками. Однако наибольшее распространение  получили трехшарошечные долота. При  вращении долота шарошки, перекатываясь  по забою, совершают сложное вращательное движение со скольжением. При этом зубцы шарошек наносят удары по породе, дробят и скалывают ее. Шарошечные долота успешно применяют при вращательном бурении пород самых разнообразных физико-механических свойств. Изготавливают их из высококачественных  сталей с последующей химикотермической обработкой наиболее ответственных и быстро изнашивающихся деталей,  а сами зубки изготавливаются из твердого сплава. Вооружение шарошки изготавливается в зависимости от твердости горных пород: M, MC, T, TC, T3, K, ОК. Для пород М и МС применяется фрезерованный зуб, Т и ТС – фрезерованный зуб с накладкой из твердого сплава, ТЗ, К и ОК – твердосплавные зубки, запрессованные в тело шарошки.

    Рис. Трехшарошечное долото 2АН269,9СГ.

    1-узел  принудительной смазки;2-секция (лапа);3-узел  опор;4-шарошка;

    5-вооружение 

    Алмазные  долота состоят из стального корпуса  и алмазонесущей головки, выполненной  из порошкообразной твердосплавной шихты.  Центральная часть долота представляет собой вогнутую поверхность в форме конуса с каналами для промывочной жидкости, а периферийная зона – шаровую поверхность, переходящую на боковых сторонах в цилиндрическую.

      Алмазные долота бывают трех  типов: спиральные, радиальные и ступенчатые. В спиральных алмазных долотах рабочая часть имеет спирали, оснащенные алмазами и промывочные отверстия. Долота этого типа предназначены для турбинного бурения малоабразивных и среднеабразивных пород. Радиальные алмазные долота имеют рабочую поверхность в виде радиальных выступов в форме сектора, оснащенных алмазами; между ними размещены промывочные каналы. Долота данного типа предназначены для бурения малоабразивных пород средней твердости и твердых пород как при роторном, так и при турбинном способах бурения. Ступенчатые алмазные долота имеют рабочую поверхность ступенчатой формы. Они применяются как при роторном, так и турбинном способах бурения при проходке малоабразивных мягких и средней твердости пород.

    Применение  алмазных долот обеспечивает высокие скорости бурения, снижение кривизны скважин. Отсутствие опор качения и высокая износостойкость алмазов повышают их срок службы до 200-250 часов непрерывной работы. Благодаря этому сокращается число СПО. Одним алмазным долотом можно пробурить столько же, сколько 15-20 шарошечными долотами.

    Твердосплавные  долота отличаются от алмазных тем, что  вместо алмазов они армированы сверхтвердыми сплавами.

    Долота  подразделяются по числу оборотов его  вращения: высокооборотные (600-800 об/мин) и низкооборотные (200-400 об/мин). ВОД применяются в комплекте с высокооборотными двигателями (электробур с редукторной вставкой, винтовой забойный двигатель и ротор).

    ВОД применяются для бурения скважин на небольших глубинах при низкой твердости горных пород. На больших глубинах более эффективно решение НОД с маслонаполненной опорой в комплекте с низкооборотными забойными двигателями. При этом возрастают механическая скорость бурения и проходка на долото (за счет увеличения времени контакта зубков шарошки и горной породы). 
 
 

    5. Механическое бурение.  Наращивание инструмента.  

    Процесс бурения начинают, привинтив первоначально  к ведущей трубе квадратного  сечения долото. Вращая ротор, передают через ведущую трубу вращение долоту.

    Во  время бурения происходит непрерывный спуск (подача) бурильного инструмента таким образом, чтобы часть веса его нижней части передавалась на долото для обеспечения эффективного разрушения породы.

    В процессе бурения скважина постоянно  углубляется. После того, как ведущая  труба вся уйдет в скважину, необходимо нарастить колонну бурильных труб. Наращивание выполняется следующим образом. Сначала останавливают промывку. Далее бурильный инструмент поднимают из скважины настолько, чтобы ведущая труба полностью вышла из ротора. При помощи пневматического захвата инструмент подвешивают на роторе. Далее ведущую трубу отвинчивают от колонны бурильных труб и вместе с вертлюгом спускают в шурф – наклонную скважину глубиной 15-16м, располагаемую в углу буровой. После этого крюк отсоединяют от вертлюга, подвешивают на роторе, снимают колонну с ротора, опускают ее в скважину и вновь подвешивают на роторе. Подъемный крюк снова соединяют с вертлюгом и поднимают его с ведущей трубой из шурфе. Ведущую трубу соединяют с колонной бурильных труб, включают буровой насос и осторожно доводят долото до забоя. После этого бурение продолжают.

    Кроме вращательного к механическому  бурению относится еще и ударное, при котором разрушение горных пород  производится долотом, под вешенном на канате. При этом долото совершает  возвратно-поступательное движение и разрушает при этом породу. Обломки и шламы извлекаются при помощи желонки. Из-за неэффективности данный способ бурения сейчас не применяется. 

    5.1 Спускоподъемные  операции и применяемые  механизмы и 

           оборудование. 

    Оборудование для механизации СПО включает талевую  систему и лебедку. Талевая система состоит из неподвижного кронблока, установленного в верхней части буровой вышки, талевого блока, соединенного с кронблоком талевым канатом, один конец которого крепится к барабану лебедки, а другой закреплен неподвижно, и бурового крюка. Талевая система является полиспаст (системой блоков), который в буровой установке предназначен в основном, для уменьшения скорости движения бурильного инструмента, обсадных и бурильных труб.

    Иногда применяют крюкоблоки – совмещенную конструкцию талевого блока и бурового крюка. На крюке подвешивается бурильный инструмент, при бурении – с помощью вертлюга, а при СПО – с помощью элеватора.

    Буровая лебедка предназначена для выполнения следующих операций: спуска и подъема бурильных и обсадных труб; удержания на весу бурильного инструмента, подтаскивание различных ударов, подъема вышек и оборудования в процессе монтажа установок и т. п. БУ комплектуются буровой лебедкой соответствующей грузоподъемности.

    Для механизации операций по свинчиванию  и развинчиваю замковых соединений бурильной колонны внедрены автоматические буровые ключи АКБ-3М и подвесные  ключи ПБК-560, пневматический клиновой захват ПКР-560 для механизированного  захвата и освобождения бурильных труб.

    Ключ  АКБ-3М устанавливается между  лебедкой и ротором на специальном  фундаменте. Блок ключа- основной механизм, непосредственно свинчивающий и  развинчивающий бурильные трубы. Он смонтирован на каретке, которая  перемещается при помощи двух пневматических цилиндров по направляющим: либо к бурильной трубе, либо от нее.

    Ключ  ПБК-1 подвешивается на канате. Высота его подвески регулируется пневматическим цилиндром с пульта управления.

    Пневматический  клиновой захват ПКР-560 служит для механизированного  захвата и освобождения бурильных и обсадных труб. Он монтируется в роторе и имеет четыре клина, управляемых с пульта посредством пневмоцилиндра.

    При бурении долото постепенно изнашивается и возникает необходимость в  его замене. Для этого бурильный  инструмент, как и при наращивании, поднимают на высоту, равную длине ведущей трубы, подвешивают на роторе, отсоединяют ведущую трубу от колонны и спускают ее с вертлюгом в муфт. Затем поднимают колонну бурильных труб на высоту, равную длине бурильной свечи, подвешивают колонну на роторе, свечу отсоединяют от колонны и нижний конец ее устанавливают на специальную площадку – подсвечник. В такой последовательности поднимают из скважины свечи. После того начинают спуск бурильного инструмента. Этот процесс осуществляется в порядке, обратном подъему бурильного инструмента из скважины. 
 
 
 

    5.2 Бурение наклонно-направленных  скважин. 

    Наклонно-направленной называется скважина, специально направленная в какую-либо точку, удаленную  от вертикальной проекции ее устья. Наклонное  бурение широко применяется при бурении скважины на нефть, газ и твердые полезные ископаемые. Существует два способа бурения наклонных скважин: