Породоразрушающий инструмент – это категория бурового оборудования, которая используется для разрушения не только горной породы, но также цемента и технологической оснастки в скважине.
Существует достаточно широкое многообразие породоразрушающих инструментов, которые отличаются областью применения, конструкцией и принципом работы.
В общем виде можно выделить следующий категории породоразрушающего инструмента: буровые долота, бурильные головки, калибраторы, расширители, фрезеры.
Важно отметить, что бурильные головки также относятся к категории керноотборного инструмента, фрезеры – к категории аварийного инструмента, а калибраторы – опорно-центрирующего инструмента.
Буровые долота используются непосредственно для разрушения горной породы, а также для нормализации забоя после цементировочных работ, то есть для разбуривания технологической оснастки.
Бурильные головки используются также для разрушения горной породы на забое, но с тем отличием, что они имеют в центральной части отверстие, куда происходит отбор столбика керна.
Расширители – необходимы для увеличения диаметра скважины поступательно за долотом меньшего диаметра или локально в определенном интервале.
Калибраторы используются для выравнивания стенок скважины, поддержания номинального диаметра скважины, а также для удаления со стенок скважины неустойчивых элементов, формирующих зону предразрушения.
Фрезеры необходимы для разрушения на забое твердых элементов (преимущественно металлических и твердосплавных), оставленных на забое при инцидентах и авариях. Также они могут использоваться для нормализации забоя и разбуривания ненормативных цементных стаканов.
(Сообщение последний раз редактировалось: 08-08-2025, 09:01 AM EpikhinAV.)
Буровые долота можно классифицировать по следующим критериям: по механизму разрушения горной породы и по типу долота. Естественно, что в данном контексте мы рассматриваем инструмент для вращательного механического бурения.
По механизму разрушения горной породы выделяют:
- Дробящего действия – это долота, которые разрушают горную породу вследствие перекатывания вооружения по забою и создания ударов по нему, приводящих к хрупкому разрушению породы (дроблению). Такой механизм разрушения характерен для шарошечных долот, работающих с твердыми и крепкими горными породами. Результатом разрушения является лунка в месте контакта единицы вооружения и забоя концентрической формы, а шлам представлен кусочками шлама более или менее одинаковой формы и схожими линейными размерами по всем сторонам.
- Дробяще-скалывающего действия – это долота, которые разрушают горную породу вследствие перекатывания вооружения по забою. Но в отличие от дробящих инструментов – они вдавливают вооружение в горную породу и затем выкалывают его за счет крутящего момента. Естественно, что момент вдавливания сопровождается и дроблением горной породы под пятном контакта. Такой механизм разрушения характерен для шарошечных долот. Результатом разрушения является выкол в месте контакта единицы вооружения и забоя (лунка может быть концентрической, а может быть вытянутой в виде борозды) , а шлам представлен кусочками шлама более или менее одинаковой формы и схожими линейными размерами по всем сторонам.
- Режущего действия – это долота, которые разрушают горную породу вследствие линейного движения вооружения по забою. Для того, чтобы шло разрушение необходимо обеспечить внедрение вооружения в забой на какую-либо глубину. Результат разрушения является борозда, а шлам представляет собой длинную линейную «стружку». Такой механизм разрушения характерен для лопастных долот, работающих по мягким и пластичным горным породам.
- Режуще-скалывающего действия – это долота, которые разрушают горную породу вследствие линейного движения вооружения по забою, но в отличие от долот режущего действия – стружка является более хрупкой и часто отламывается, что провоцирует образование частиц шлама с размерами, близкими во всех сечениях. Для того, чтобы шло разрушение необходимо обеспечить внедрение вооружения в забой на какую-либо глубину. Результат разрушения является борозда, а шлам представляет собой короткие обломки «стружки». Такой механизм разрушения характерен для лопастных долот.
- Истирающего действия – это долота, которые разрушают горную породу вследствие линейного движения вооружения по забою и истирания ее мелким высокоабразивным вооружением. Для того, чтобы шло разрушение необходимо обеспечить внедрение вооружения в забой на небольшую глубину и интенсивное вращение. Результат разрушения являются мелкие борозды или царапины на забое, а шлам представляет собой мелкофракционные частицы породы – другими словами «пыль». Такой механизм разрушения характерен для алмазных долот.
(Сообщение последний раз редактировалось: 08-08-2025, 09:00 AM EpikhinAV.)
Буровые долота – это тип породоразрушающего инструмента, который используется для сооружения скважины сплошным забоем, то есть скважина выглядит условно в виде цилиндра.
Буровые долота в общем виде могут классифицироваться на следующие типы:
- Лопастные – долота, которые разрушают горную породу режущим или режуще-скалывающим способом;
- Шарошечные – долота, которые разрушают горную породу дробящим или дробяще-скалывающим способом;
- Алмазные – долота, которые разрушают горную породу истирающим или истирающе-режущим способом;
- Комбинированные – долота, которые объединяют в себе несколько типов единовременно.
Стоит отметить, что разрушение горной породы в реальных условиях обычно имеет сложную динамику и тесно связано с ее генезисом и физико-механическими характеристиками. Поэтому логично учесть, что, например, шарошечные долота в определенных условиях могут осуществлять небольшое режущее движение по забою, равно как и лопастные долота могут в дополнение к режущему воздействию – дополнительно истирать горную породу.
Стандартно конструкция долота может состоять из различных элементов:
- Корпус – это часть долота, на котором и внутри которого располагаются все остальные элементы конструкции;
- Вооружение – это часть долота, которая осуществляет непосредственный контакт с горной породой и производит ее разрушение;
- Система обеспечения разрушения – это часть долота, которая обеспечивает работу вооружения (у лопастных долот – это лопасти, у шарошечных – шарошки, вращающиеся на подшипниках);
- Система охлаждения и очистки – это часть долота, которая отвечает за циркуляцию промывочного агента вдоль корпуса и вооружения долота;
- Система смазки – это часть долота, которая отвечает за функционирование подшипников (если они имеются) долота и их смазку;
- Система крепления – это часть долота, которая позволяет закрепить его на конце бурильной колонны (муфтовая или ниппельная резьба).
(Сообщение последний раз редактировалось: 08-08-2025, 09:01 AM EpikhinAV.)
Шарошечное долото – это тип долота, который разрушает горную породу вращательным способом за счет перекатывания шарошек с вооружением по забою. Механизм разрушения шарошечного долота – дробяще-скалывающий (для всех пород кроме твердых, крепких и очень крепких) и дробящий (для твердых, крепких и очень крепких горных пород).
Шарошечное долото с правильным конусом было изобретено в США Хьюзом лишь в 1909 году.
Шарошечное долото состоит из нижеследующих элементов:
- корпус с присоединительной резьбой муфтового или ниппельного типа;
- лапы – это элементы продолжающие корпус, разветвляющие его для размещения шарошек;
- цапфы – посадочные узлы для подшипников, на которых размещаются шарошки; цапфы являются частью (продолжением лапы), то есть вытачиваются на них, а также они выполняют роль оси для вращения шарошки;
- шарошки – это вращающиеся на подшипниках элементы долота, которые имеют вооружение для разрушения горной породы, а во время работы долота – они перекатываются по забою, создавая дробяще-скалывающий или скалывающий эффект;
- подшипники – это узлы, которые размещаются на цапфах и на которые устанавливаются шарошки для вращения при работе по забою;
- вооружение – это элементы выфрезерованные в теле шарошки или впрессованные в него, которые непосредственно внедряются в массив горной породы;
- смазочная система и уплотнения – смазочная система необходима шарошечному долоту для обеспечения долговечности работы подшипников, а уплотнения ограничивают попадание скважинной среды (бурового раствора) в зону подшипников;
- промывочные отверстия и гидромониторные насадки – это специальные каналы в теле долота для обеспечения акцентированной промывки и охлаждения его при работе на забое; гидромониторные насадки обеспечивают необходимую скорость истечения раствора из тела долота для эффективной очистки забоя от шлама.
Последовательно, сверху вниз разберем конструкцию шарошечного долота.
Корпус – это основная часть шарошечного долота, которая определяет его внешний вид, возможность сопротивляться конструкционным нагрузкам и служит для размещения элементов соединения с бурильной колонной и породоразрушающих элементов.
Корпуса долот бывают двух видов: литой (цельнотельный) и сварной (состоящий из сегментов). Литой корпус изготавливается путем отливки в заранее подготовленную форму и последующей формовки и шлифовки. Сварной предполагает изготовление методом металлообработки отдельных частей корпус (чаще всего это комбинация лапы и соответствующего сектора корпуса, а затем его сварка). Отличить его можно по характерным сварным швам, но в современных долотах они нередко очень хорошо зашлифовываются.
Также имеет место понятие фрезерованный корпус – когда берется заранее подготовленная болванка и на станке с ЧПУ получает необходимую форму. В принципе в современных реалиях такой подход используется и при изготовлении элементов сварного корпуса.
Иногда в литературе можно встретить упоминания о кованных корпусах, но я думаю, что это скорее неверная трактовка понятия «литой».
Логично, что литой корпус является более прочным (если предположить отсутствие явных внутренних дефектов), но важно понимать, что процесс изготовления формы, отливки и дальнейшей обработки достаточно трудоемкий. Более экономически целесообразными выглядят фрезеровка и использование сварных конструкций.
Корпус долота с одной конца заканчивается резьбовым соединением. Чаще всего используется резьба ниппельного типа, но встречаются (обычно в бурильных головках шарошечного типа) и резьбы муфтового типа.
Противоположный конец корпуса венчается разветвлением из лап, на которых размещаются цапфы и вращающиеся на них шарошки. Количество лап определяется количеством шарошек долота.
Также в корпусе высверливаются отверстия (обычно 3) для промывки (в случае, если рассматривается боковая или обратная) или формируется при сборке одно центральное отверстие (в случае, если разговор идет о центральной промывке). В редких случаях (при изготовлении долот больших диаметров) сегменты корпуса с промывочным отверстием изготавливается отдельно, а потом собираются вместе с лапами и свариваются.
В долотах с герметизированной системой смазки в корпусе (на каждой лапе) формируется углубление, куда эта система смазки (резервуар, уплотнения и т.п.) устанавливается при сборке.
