Введение 7
1 Буровые долота 9
1.1 Общие сведения 9
1.2 Лопастные долота 12
1.3 Алмазные долота 16
1.4 Фрезерные буровые долота 19
1.5 Истирающе-режущие долота типа ИСМ 20
1.6 Классификация шарошечных долот 21
1.7 Конструктивные элементы современных шарошечных долот 29
1.8 Материалы для изготовления шарошечных долот 33
1.8.1 Стали, применяемые для изготовления шарошечных долот 33
1.8.2 Изготовление зубков долот 36
1.9 Патентно-информационный обзор 40
1.9.1 Патент № 2515795 40
1.9.2 Патент № 2520974 42
1.9.3 Патент № 2513650 44
1.9.4 Патент № 2479708 46
1.9 Выводы 49
2 Анализ существующих методик расчета шарошечного долота 51
2.1 Буримость горных пород и методы ее оценки 51
2.2 Способы разделения разреза на пачки 53
2.3 Закономерности изменения механической скорости проходки в процессе
бурения 56
2.4 Безразмерные характеристики разрушения горных пород 62
2.5 Объемное разрушение горной породы вооружением шарошек 64
2.6 Зависимости начальных характеристик разрушения горных пород от
осевой нагрузки на долото 68
2.7 Обобщенные показатели сопротивления горных пород разрушению
вооружением долот 70
2.8 Влияние промывочной жидкости на механическую скорость бурения 72
2.9 Влияние удельного расхода промывочной жидкости на механическую
скорость проходки 73
2.10 Мощность и момент, обеспечивающие работу долот 74
2.11 Выводы 79
3 Проектирование шарошечного долота 80
3.1 Конструкционные материалы шарошечного долота и его
изготовление 80
3.2 Разработка модели долота 83
3.2.1 Входные данные 83
3.2.2 Выбор и расчёт конструктивных элементов бурового долота 84
3.2.3 Проектирование корпуса шарошки 89
3.2.4 Проектирование лапы 92
3.2.5 Проектирование ниппеля 96
3.2.6 Построение сборочной модели 97
3.3 Выводы 99
Заключение 100
Список используемых источников 101
Шарошечные долота являются одной из разновидностей бурового оборудования. Они представляет собой породоразрушающие (дробящие и дробяще-скалывающие) инструменты буровых станков вращательного бурения. На долю шарошечных долот ежегодно от общего объёма производимых буровых работ приходится около девяноста процентов, как в России, так и за рубежом.
Несмотря на то, что долото с шарошками было изобретено более 100 лет назад (в США в 1909 году), в настоящее время, по причине сложности и разнообразия геолого-технологических условий бурения, ведутся исследования целью которых является модернизация инструмента и повышение эффективности его работы.
Оценка эффективности новых конструкций долота является сложным процессом по причине дорогостоящих и малоинформативных промысловых испытаний, по которым сложно дать однозначное заключение. Из-за несовершенства существующих систем измерения в процессе бурения информации о необходимых при оценке параметров недостаточно. Поэтому использовать результаты этих измерений для совершенствования конструкции долота и технологии бурения не всегда целесообразно.
В настоящее время, одной из приоритетных проблем, стоящих перед бурением, является прохождение грунтов разной категории прочности одним инструментом.
Решением этой проблемы является разработка бурового долота, которое при любых категориях прочности грунта и наличия трещиноватостей будет сохранять большую скорость работы и проходку.
На практике при глубоком бурение применяется 2 основных вида бурения шарошечное и лопастное. Наиболее широкое применение нашли инструменты на основе шарошечного бурения, но в связи с возможностью встречи с трещиноватыми и осадочными породами буровой инструмент его эффективность снижается и резко падает надёжность.
В связи с этим очень важно конструктивно-грамотно подобрать вооружение породоразрушающего инструмента. В ходе работы демонстрируется способ наглядного и эффективного моделирования твёрдосплавных вооружений шарошечного долота, позволяющий оперативно подбирать оптимальные параметры конструкции.
Долото предназначено для разрушения горной породы и образования ствола скважины. От работоспособности долота, соответствия его конструкции физико-механических свойств разбуриваемых горных пород и применяемых параметров режимов бурения зависят основные технико-экономические показатели проходки скважины.
Одной из важнейших проблем, стоящих перед бурением, является прохождение грунтов разной категории прочности одним инструментом.
Увеличение прочности породоразрушающего инструмента должно достигаться посредством эффективного конструктивного решения. В работе был представлен метод моделирования взаимодействия рабочего элемента долота с пробуриваемой породой. С помощью геометрического разбиения элемента на линии резания [линия резания - обеспечивает внедрение зубков шарошки в породу], которая содержит некоторое количество твердых сплавов, с определенным шагом оптимально обеспечивающий эффективную проходку. Каждая линия резания шарошки должна проходить всю длину забоя таким образом, чтобы твердосплавные зубки не попадали в одну и ту же точку на одной плоскости. Достижение грамотного конструктивного расположения вооружения шарошки обеспечит не только эффективное разбуривание породы, но и снизит вероятность возникновения высокоамплитудных продольных колебаний в системе «долото-забой».
Таким образом, поставленные цели в работе были достигнуты посредством глубокого изучения механизма работы долота в забойном пространстве сравнительного анализа существующих на сегодня перспективных технологических решений, связанных с шарошечным породоразрушающим инструментом и непосредственной разработки метода оценки надежности и эффективности разбуривания породы с меньшим коэффициентом износа долота за счет правильной конструктивной особенности вооружения.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
