для студентов, обучающихся по специальности 130504.65
«Бурение нефтяных и газовых скважин»
очной, очно-заочной, заочной формам обучения
Альметьевск 2007
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН
АЛЬМЕТЬЕВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ИНСТИТУТ
Ф.Ф. Фатхудинов
А.А. Джаратов
ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
Учебное пособие
по дисциплине «Разрушение горных пород при бурении нефтяных и газовых скважин»
для студентов, обучающихся по специальности 130504.65
«Бурение нефтяных и газовых скважин»
очной, очно-заочной, заочной формам обучения
Альметьевск 2007
УДК. 622.24
атхудинов Ф.Ф.
жаратов А.А.
Породоразрушающий инструмент: Учебное пособие по дисциплине «Разрушение горных пород при бурени нефтяных и газовых скважин» для студентов, обучающихся по специальности 130504.65 «Бурение нефтяных и газовых скважин» очной, очно-заочной, заочной формам обучения – Альметьевск: Альметьевский государственный нефтяной институт, 2007. - 70с.
Учебное пособие разработано с учетом развития теории и практики в области механики разрушения горных пород и породоразрушающего инструмента. Большое внимание уделяется механизму разрушения горных пород, различным типам долот, изнашиванию вооружения долот при бурении. Приведены размеры и шифры, коды износа, системы промывки долот. Пособие содержит полезные и необходимые материалы по породоразрушающим инструментам, в частности долотам.
Учебное пособие предназначено для студентов специальности 130504.65 «Бурение нефтяных и газовых скважин» очной, очно-заочной, заочной формам обучения, а также может быть полезно инженерно-техническим работникам нефтегазодобывающих и геологоразведочных предприятий.
Илл. 71, табл. 4, библ. 8.
Печатается по решению учебно-методического совета АГНИ.
Рецензенты:
1. Студенский М.Н. – заместитель генерального директора ОАО «Татнефть» по бурению, директор ООО «Татнефть-Бурение».
2. Файзуллин В.А. - заместитель заведующего кафедры «Бурение нефтяных и газовых скважин» по научной работе, кандидат геолого-минералогических наук, доцент.
3. Юсупов И.Г. - главный специалист ТатНПИнефть, доктор технических наук, профессор.
© Альметьевский государственный
нефтяной институт
ВВЕДЕНИЕ
Разрушение горных пород является основной операцией при добыче и переработке полезных ископаемых. В России за год разрушают несколько миллиардов кубических метров горных пород и перерабатывают более миллиарда тонн полезных ископаемых. На разрушение тратится до 30% электрической энергии, вырабатываемой ежедневно в России, миллион тонн износостойких сталей и сплавов. Капитальные вложения, связанные с разрушением горных пород составляют более 35% таковых в промышленности.
Предметом дисциплины «Разрушение горных пород при бурении скважин» является – изучение механических процессов в горных породах при бурении скважин, а также конструкций, работы и изнашивания породоразрушающих инструментов. Буровые предприятия России решают проблему улучшения технико-экономических показателей буровых работ за счет оптимизации технологии и технического перевооружения отрасли, в том числе за счет улучшения существующих и создания новых конструкций породоразрушающих инструментов.
Задачи дисциплины: создание теоретической и экспериментальной базы для изучения следующих разделов «Технология бурения нефтяных и газовых скважин», формирование знаний, необходимых инженеру-технологу по бурению для предвидения механических процессов и явлений в скважинах, и окружающих ее горных породах в условиях ограниченной информации.
В данном пособии рассматриваются шарошечные долота, конструкции и терминология. В зависимости от геологических условий и назначения скважин шарошечные долота применяются при бурении вертикальных и наклонных скважин. Эффективность использования шарошечных долот в процессе углубления скважины в значительной степени определяется правильностью выбора для конкретных условий бурения, для каждого рейса такого типа долота, соответствующего свойствам проходимых горных пород и в сочетании с оптимальными параметрами режима бурения обеспечивает получение максимальной эффективности бурения скважин.
|
 | |||
 | |||
ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
Основным породоразрушающим инструментом при бурении являются буровые долота. Долота делятся по:
а) назначению:
- для сплошного бурения
- для бурения с отбором керна
б) исполнению:
- пикообразные
- лопастные
- торцовые (фрезерные)
- шарошечные
в) воздействию на породу:
- режуще - скалывающего типа (лопастные)
- дробяще - скалывающие типа (шарошечные)
- режуще - истирающего типа (ИСМ, алмазные)
1. Основной объем бурения в РОССИИ производится шарошечными долотами. В соответствии с ГОСТ 20692-75 шарошечные долота изготавливаются следующих типов (см. табл. № 1)
Таблица № 1
| Тип долота | Геологические условия проходки | Исполнение шарошки |
| М | Бурение мягких пород | С фрезерованными зубьями* |
| МЗ | Бурение мягких абразивных пород | Со вставными твердосплавными зубками** |
| МС | Бурение мягких пород с пропластками пород средней твердости | С фрезерованными зубьями |
| МСЗ | Бурение мягких абразивных пород с пропластками пород средней твердости | С фрезерованными зубьями и твердосплавными зубками |
| С | Бурение пород средней твердости | С фрезерованными зубьями |
| СЗ | Бурение абразивных пород средней твердости | Со вставными твердосплавными зубками |
| СТ | Бурение пород средней твердости с пропластками твердых пород | С фрезерованными зубьями |
| Т | Бурение твердых пород | С фрезерованными зубьями |
| ТЗ | Бурение абразивных твердых пород | Со вставными твердосплавными зубками |
| ТК | Бурение твердых пород с пропластками крепких пород | С фрезерованными зубьями и твердосплавными зубками |
| ТКЗ | Бурение твердых абразивных пород с пропластками крепких пород | Со вставными твердосплавными зубками |
| К | Бурение крепких пород | Со вставными твердосплавными зубками |
| ОК | Бурение очень крепких пород | Со вставными твердосплавными зубками |
* - фрезерованные зубья - выполнены за одно целое с телом шарошки
** - вставные твердосплавные зубки - обычно карбит-вольфрамовые вставки
Рациональное сочетание типа шарошечного долота и разбуриваемой породы приведено в табл.. № 2
Таблица № 2
| Тип долота | Литологическая характеристика разбуриваемой породы |
| М | Глины плотные, слоистые и неслоистые, известковистые и неизвестковистые, часто песчанистые и слюдистые, иногда с пиритом и конкрециями сидеритов, с прослоями рыхлых глинистых песчаников и алевролитов, глинистых слюдистых мергелей и известняков. Глины с прослоями мелкозернистого песка и вулканического пепла. Известняки и ракушечники. |
| МЗ | Переслаивание плотных глин, алевролитов, глинистых или карбонатных песчаников и мергелистых известняков. Чередование аргиллитов известковистых и неизвестковистых, алевролитов, песчаников разнозернистых кварцевых с известково-ангидритовым цементом, глинистых сланцев. Известняки органогенные с прослоями разнозернистых песчаников, слюдистых глин и алевролитов. |
| МС | Глины песчанистые, аргиллитоподобные, опоковидные. Аргиллиты с прослоями разнозернистых песчаников, глинистых алевролитов, известняков и конгломератов, сцементированных известково-глинистым цементом. |
| МСЗ | Глины пестроцветные и алевролиты с прослоями известняков. Чередование аргиллитов известковистых и неизвестковистых с алевролитами и песчаниками разнозернистыми, известковистыми, кварцевыми, слабослюдистыми. Аргиллиты, алевролиты, песчаники различного состава с прослоями песчанистых доломитов. Конгломераты разногалечные, местами крупновалунные, с прослоями песчаников и глин. Известняки органогенные, глинистые, доломитизированные с прослоями доломитов, мергелей, ангидритов или аргиллитов. Переслаивание песчаников разнозернистых, кварцевых, глинистых, плотных аргиллитов, иногда известковистых, местами переходящих в мергель; аргиллитов тонкослоистых, кварцевых. |
| С | Известняки и доломиты пелитоморфные мелкокристаллические, местами брекчиевидные, слабодоломитизированные; известняки ракушечники; мел писчий. Глины плотные, тонкослоистые, опоковидные, аргиллитоподобные, алевритистые, известковистые, слюдистые, иногда загипсованные. Аргиллиты слоистые, известковистые; мергели песчанистые. Песчаники различной плотности, разнозернистые, часто известковистые и глинистые; алевролиты плотные и рыхлые, слюдистые, известковистые. Конгломераты разногалечные, местами крупновалунные. Каменная соль крупнокристаллическая, с прослоями глин, ангидритов, доломитов, известняков. |
| СТ | Известняки и доломиты разнозернистые, иногда брекчиевидные, неравномерно глинистые, участками окремнелые. Переслаивание глин алевритистых, алевролитов, песчаников слабосцементированных, аргиллитов известковистых, ангидритов, гипсов, мергелей. Каменная соль крупнокристаллическая, с прослоями глин, мергелей, ангидритов, доломитов. |
| СЗ | Известняки органогенно-обломочные, местами перекристализованные, иногда доломитизированные, с прослоями аргиллитов. Переслаивание плотных глин, иногда аргиллитоподобных, в различной степени песчанистых, известковистых, загипсованных с песчаниками разнозернистыми, кварцевыми, известковистыми, глинистыми, аргиллитами слюдистыми, иногда окремнелыми, алевролитами кварцевыми, песчанистыми, известковистыми. |
| Т | Известняки мелко- и тонкозернистые, местами перекристаллизованные, часто доломитизированные, в различной степени окремнелые. Доломиты мелко- и тонкозернистые, пелитоморфные, плотные, иногда массивные, загипсованные, ангидритизированные. Переслаивание глин и глинистых сланцев песчанистых, слюдистых, алевролитов кварцевых, глинистых и песчаников разнозернистых, кварцевых, полимиктовых, слюдистых. Встречаются конгломераты и гравеллиты. |
| ТЗ ТКЗ | Известняки органогенные, тонкозернистые, пелитоморфные, участками окремнелые, доломитизированные. Доломиты мелко- и тонкозернистые, участками окремнелые, с включениями гипса. Аргиллиты иногда окремнелые. Алевролиты и песчаники мелкозернистые, кварцевые. Роговики, андезиты, андезитобазальты. |
| К | Известняки и доломиты окремнелые. |
| ОК | Алевролиты тонкослоистые. Сланцы углисто-глинистые, филлитизированные. Песчаники кварцевые, кварцитовидные. Андезиты, андезитобазальты. |
2. По конструкции шарошечные долота делятся на:
2.1. По количеству шарошек:
одношарошечные,
двухшарошечные,
трехшарошечные
2.2 По расположению и конструкции промывочных или продувочных отверстий:
Ц - долото с центральной промывкой
Г - долото с боковой промывкой.
П - долото с центральной продувкой
ПГ - долото с боковой продувкой.
2.3 По конструкции опор шарошек:
В - на подшипниках качения.
Н - на одном подшипнике скольжения (остальные подшипники качения)
У - герметизация опоры с маслонаполнением
А - на двух или более подшипниках скольжения.
Литерами А маркируются долота для низкооборотного бурения (до 150 об/мин),
Н - для среднеоборотного бурения (от 150 до 400 об/мин),
В - для высокооборотного бурения (более 400 об/мин).
Пример маркировки:
III 215.9 МЗГВ - долото трехшарошечное, диаметром 215.9 мм, для бурения мягких абразивных пород, с боковой промывкой, для высокооборотного бурения.
III 295.3 МСГАУ - долото трехшарошечное, диаметром 295.3 мм, для бурения мягких пород с прослойками средних, с боковой промывкой, для низкооборотного бурения (А - все подшипники скольжения), с герметизированными маслонаполненными опорами.
К 139.7/52 ТКЗ - долото для отбора керна диаметром 139.7 мм, диаметр выносимого керна 52 мм, для бурения твердых абразивных пород с пропластками крепких.
В обозначении бурильных головок перед диаметром:
К - для керноприемных устройств без съемного керноприемника, тип резьбы - муфта
КС - для керноприемных устройств со съемным керноприемником, тип резьбы - ниппель
Условия применения шарошечных долот
Таблица № 3
| Группа пород | Категория пород по буримости | Тип долот |
| Мягкие | II | М |
| Средние | III IV | М, МС С, СТ, МСЗ |
| Твердые | V VI | СТ, Т, МСЗ Т, ТК, СЗ, ТЗ |
| Крепкие | VII VIII | ТК, ТЗ ТКЗ |
| Очень крепкие | IX X XI XII | К,ТКЗ К, ОК, ОК - |
Категория твердости пород по шкале МАОСА
Таблица № 4
| Горная порода | Пористость % | Категория твердости породы | |
| Карбонатные породы | |||
| Известняки (примеси до 10 %) | 0 – 3 4 – 10 11 - 20 > 20 | VI V IV III | |
| Известняки песчанистые и алевритистые (примеси до 30 %) | 0 - 3 4 - 10 11 - 20 | VI V IV III | |
| Известняки глинистые (примеси 10 - 30 %) | 0 - 3 4 - 10 11 - 20 > 20 | VI V IV III | |
| Известняки доломитизированные (примеси 10 - 25 %) | 0 - 3 4 - 10 11 - 20 > 20 | VII - VI VI - V V - IV III - IV | |
| Известняки доломитизированные (примеси 25 - 45 %) | 0 - 3 4 - 10 11 - 20 > 20 | VII VII - VI VI - V IV - V | |
| Известняки окремнелые (примеси 12 - 20 %) | 0 - 3 4 - 10 11 - 20 > 20 | VII VII - VI VI - V IV - V | |
| Известняки окремнелые (примеси 20-30 %) | 0 - 3 | VIII | |
| Известняки сульфатизированные (примеси до 20 %) | 0 - 3 4 - 10 11 - 20 > 20 | VI V V III - IV | |
| Доломиты известковистые (примеси 10 - 20 %) | 0 - 3 4 - 10 11 - 20 > 20 | VII - VI VI - V V - IV III - IV | |
| Доломиты известковистые (примеси 25 - 40 %) | 0 - 3 4 - 10 11 - 20 > 20 | VII VII VII V - VI | |
| Доломиты окремнелые | 0 - 3 4 - 10 11 - 20 | X IX - VIII VIII VII - VIII | |
| Мергели известковистые (массивные и слоистые) | 0 - 10 11 - 20 > 20 | VI - V IV III | |
| Мергели известковистые окремнелые | 0 - 3 4 - 10 > 10 | VII VI V - VI | |
| Мергели глинистые (массивные и слоистые) | > 10 11 - 20 21 - 25 > 25 | IV III II V | |
| Мергели глинистые алевритистые | 0 - 10 11 - 20 > 20 | I IV III | |
| Мергели глинистые ожелезненные | 0 - 10 11 - 20 | VI - V IV | |
| Мергели доломитовые | 4 - 10 | V IV | |
| Глинистые породы | |||
| Глины | 20 - 25 > 20 | II I | |
| Глины уплотненные тонко- и микрослоистые | 0 - 3 | II | |
| Глины алевритистые | 11 - 20 21 - 25 > 25 | IV III II | |
| Аргиллиты | 4 - 10 11 - 20 | V IV - III | |
| Сланцы: глинистые глинистые известковистые глинистые опаловые глинисто - углистые | 4 - 10 > 10 4 - 10 4 - 10 > 10 < 10 | IV II V VI - V IV II - III | |
| Обломочные породы | |||
| Песчаники и алевролиты: с регенерационным цементом с контактным кварцевым цементом с карбонатным цементом с доломитовым цементом с карбонатно-глинистым цементом с глинистым цементом с гипсовым порово-базальтовым цементом | 0 - 3 4 - 10 11 - 20 > 20 0 - 3 4 - 10 11 - 20 > 20 0 - 3 4 - 10 11 - 20 > 20 0 - 3 4 - 10 11 - 20 > 20 0 - 3 4 - 10 11 - 20 0 - 10 | X - IX VIII - VII VII - V IV - V VII VI - V IV III VIII VII VII VI VI V - IV IV - III III V IV III - II IV | |
| Сульфатно-галоидные породы | |||
| Ангидриты кристаллические | 0 - 3 | V | |
| Гипсы кристаллические | 0 - 3 | III | |
| Каменная соль | 0 - 3 | I | |
| Кремнистые породы | |||
| Кремни (примеси 10 - 15 %) | 0 - 3 | II | |
| Кремни глинисто-карбонатные (примеси до 40 %) | 0 - 3 | IX - VIII | |
| |||
 |
|
|
сложнения, возникающие при бурении.
Вероятные причины
|
 |
|
СС – трещины шарошек
 |
 |
 |
 |
|
|
|
ЛИТЕРАТУРА
1. Спивак А.И., Попов А.Н. «Разрушение горных пород при бурении скважин». - М.: Недра, 2002.
2. Мавлютов М.Р. «Разрушение горных пород при бурении скважин».- М., Недра: 1978.- 215с.
3. Протасов Ю.И. «Разрушение горных пород при бурении скважин».- М.: издательство Московского государственного горного университета, 2002.- 453с.
4. Бродский С.Ф., Зарипов Г.А. Курс лекций по дисциплине «Разрушение горных пород при бурении скважин».- Альметьевск: АГНИ, 2003.
5. Буровые комплексы. Современные технологии и оборудования / А.М. Гусман, К.П. Порожский и др..- Екатеринбург:УГГГА, 2002.
Дополнительная:
1. Симонов В.В., Полащенко Ю.А., Юнин Е.К. «Разрушение горных пород при бурении скважин»
2. Леонов Е.Г. Войтенко В.С. «О физико-химическом воздействии бурового раствора на напряженно деформированное состояние горных пород в стенках скважин». -Издательство вузов «Геология и разведка», 1977г., №3
3. Работнов Ю. И. «Элементы последовательности механики сплошных сред».- М., Наука, 1977.
СОДЕРЖАНИЕ
1. Введение………………………………………………………………………….4
2. Шарошечные долота. Конструкции и терминология………………………….5
3. Физика разрушения пород…………………………………………………….15
4. Подшипниковые узлы………………………………………………………….22
5. Конструкции роликов………………………………………………………….27
6. Сальниковые уплотнения……………………………………………………..28
7. Смазочные материалы…………………………………………………………29
8. Защитные покрытия……………………………………………………………29
9. Выбор материала вставок……………………………………………………..32
10. Гидравлика шарошечных долот……………………………………………….38
11. Система оценки и описания отработанных шарошечных долот.....................45
12. Осложнения, возникающие при бурении……………………………………..52
- Литература………………………………………………………………………68
Фатхудинов Фанис Фаридович –
ассистент кафедры «Бурение нефтяных и газовых скважин»,
главный технолог Альметьевского филиала ООО «Смит Сайбириам Сервисез»
Джаратов Ансар Акмуратович –
ассистент кафедры «Бурение нефтяных и газовых скважин»
ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ
ИНСТРУМЕНТ
Учебное пособие по дисциплине «Разрушение горных пород при бурении нефтяных и газовых скважин», для студентов, обучающихся по специальности 130504.65 «Бурение нефтяных и газовых скважин» для очной, очно-заочной, заочной формам обучения. Альметьевск, АГНИ, 2007
ЛИЦЕНЗИЯ № 03521 5.12.2000Г.
Подписано в печать
Формат 60х84/16
Печать RISO 8,5 уч-изд.л. 8,4 ус.печ.л.
Тираж 100 экз. Заказ №
ТИПОГРАФИЯ АЛЬМЕТЬЕВСКОГО
ГОСУДАРСТВЕННОГО
НЕФТЯНОГО ИНСТИТУТА
423452, Татарстан, г. Альметьевск, ул. Ленина 2
