Материал: Григорян, Н. А. Бурение наклонных скважин уменьшенных и малых диаметров

где Di — диаметрдолота у плеча первого наклонного участка лопа­ сти; Н\ — высота лопасти долота до плеча первого наклонного уча­ стка; h — высота наплавки.

Следует отметить, что двух- и трехлопастные долота обладают способностью фрезеровать стенки ствола, так как калибрующая и боковая поверхность лопастей этих долот по всей высоте арми­ руется твердым сплавом. Однако способность этих долот фрезеро­ вать стенку скважины практи­

Алмазные долота

Алмазные долота, применяемые для бурения нефтяных и газо­ вых скважин по фрезерующей способности стенки ствола могут быть разделены на две группы: а) алмазные долота, не обладающие бо­ ковой фрезерующей способностью (рис. 17); б) алмазные долота, обладающие боковой фрезерующей способностью (рис. 18).

Рис. 17. Алмазные долота, необладающие боковой фрезерующей способностью:

а — спиральное; б — радиальное; в — сту­ пенчатое

К первой группе долот относятся: спиральные (см. рис. 17,а), радиальные (см. рис. 17,6) и ступенчатые (см. рис. 17, в) алмазные долота. Характерной особенностью этих долот является то, что их боковая поверхность оснащается алмазными не по всей высоте, а по ограниченной высоте А калибрующей поверхности долота.

Так как боковая поверхность долота над калибрующей поверх­ ностью не оснащается алмазами, но имеет одинаковый наружный диаметр по сравнению с калибрующей поверхностью долота, то

73

в процессе бурения эта неоснащенная алмазами боковая поверх­ ность будет препятствовать процессу фрезерования стенки сква­ жины.

Следовательно, при бурении спиральными, радиальными и сту­ пенчатыми алмазными долотами искривление ствола от своего пер­ воначального направления может происходить только за счет асим­ метричного разрушения забоя, в результате несовмещенпя осей до­ лота и скважины, без фрезерования стенки ствола.

Ко второй группе алмазных долот относятся мелкоалмазные имирегнированные (см. рис. 18, а ) , комбинированные ступенчатые (см. рис. 18,6) и зарезные (см. рис. 18, в) алмазные долота. Характерная особенность этих долот заключается в том, что вся их боковая по-

4

Рис. 18. Алмазные долота, обладаю­ щие боковой фрезерующей способ­ ностью:

а — мелкоалмазное нмпрегннрован-

ное; б — комбинированное ступенча­ тое; в — зарезнос

верхность оснащается алмазами и является калибрующей поверх­ ностью. Поэтому эти долота обладают способностью бокового фре­ зерования стенки ствола.

Возможность бокового фрезерования стенки скважины в про­ цессе бурения этими долотами может быть практически использо­ вана при наличии отклоняющей силы достаточной величины, в за ­ висимости от механических свойств разрушаемых пород и боковой контактной поверхности долота.

Для мелкоалмазного импрегнированного и комбинированного ступенчатого алмазного долота (см. рис. 18, а, б)

где Д ; — диаметр корпуса долота на торце; А — высота калибрую­ щей поверхности долота; Н — высота долота; А — диаметр окруж­ ности наннизшей точки торца алмазного долота.

Для зарезного алмазного долота (см. рис. 18, в)

В табл. 11 представлены значения угла бокового фрезерования для некоторых типов алмазных долот.

Алмазные зарезные долота, помимо большего угла бокового фре­ зерования, по сравнению с комбинированными ступенчатыми и мел­ коалмазными импрегнированнымн долотами обладают и другим важным преимуществом фрезерования стенки скважины. Это преи­ мущество заключается в том, что они имеют плоскую торцевую по-

74

скважины от своего первоначального направления в процессе буре­ ний алмазными зарезными долотами фрезерование стенки ствола будет протекать лишь на величину высоты калибрующей поверхно­ сти этого долота. При работе комбинированными ступенчатыми или мелкоалмазными импрегнированными долотами для изменения на­ правления ствола помимо фрезерования стенки скважины следует также разрушать в боковом направлении вогнутый участок забоя от наинизшей точки его до стенки ствола. Разрушение этого участка забоя под действием отклоняющей силы должно быть осуществлено ступенчатой или сферической поверхностью торца указанных долот на участке 0,5 (D — Di).

Вследствие этого, на процесс фрезерования стенки при прочих равных условиях алмазные зарезные долота потребуют сравни­ тельно меньшую величину отклоняющей силы и вращающего мо­ мента на долото, чем комбинированные ступенчатые и мелкоалмаз­ ные импрегнированные долота. Это обстоятельство имеет важное значение особенно для зарезки новых стволов на больших глуби­ нах, так как с ростом глубины'вследствие уменьшения диаметра скважины, бурильной колонны’ и турбобура, а также ухудшения энергетических параметров последнего возможности передачи на долото отклоняющей силы и вращающего момента ограничены.

Таким образом, при зарезке новых стволов на больших глубинах алмазными долотами, а также исправления искривленных скважин предпочтение следует отдавать зарезным алмазным долотам, затем комбинированным ступенчатым долотам и далее мелкоалмазным импрегнированным долотам. Использование для этих целей

75

спиральных, радиальных и обычных ступенчатых долот следует считать нецелесообразным.

Сопоставляя значения угла бокового фрезерования для долот одинакового диаметра, можно отметить, что наибольшей возмож­ ностью фрезеровать стенку ствола обладают одношарошечные до­ лота, затем алмазные долота зарезного, комбинированного ступен­ чатого и мелкоалмазного нмпрегнированного типов и далее трех­ шарошечные долота. Так, из сопоставления табл. 9, 10 и 11 следует, что при диаметре долота 190 мм величина угла фрезерования для одношарошечного долота ОД-190 составляет 9,52 градуса, для ал­ мазного зарезного долота ДВ-188С и комбинированного ступенча­ того алмазного долота Д9-188С соответственно 5,80 и 5,30 градуса, а для трехшарошечных долот 1В-190МГ, ЗВ-190СГ— 1,90 градуса. Из этих данных видно, что способность фрезеровать стенку сква­ жины у одношарошечных долот по сравнению с алмазными (зарезными и комбинированными ступенчатыми) и трехшарошечнымн до­ лотами выше соответственно 1,64— 1,80 и 5,0 раза.

Практика использования одношарошечных долот при зарезке новых стволов на больших глубинах подтверждает их высокую бо­ ковую фрезерующую способность. Именно вследствие такой способ­ ности одношарошечных долот удалась успешная зарезка нового ствола на рекордной глубине сверхглубокой скв. 100 на месторожде­ нии Шахова Коса. Зарезка нового ствола здесь осуществлялась на глубине 5793,3 м при расстоянии между башмаком 219-мм хвосто­ вика и цементным стаканом 1,8 м [3]. Компоновка низа бурильной колонны в случае зарезки нового ствола была следующей: одноша­ рошечное долото ОД-190С, отклонитель ОТС-б'/г" с углом перекоса валов 2 градуса и длиной переднего плеча 2 м, три секции турбо­ бура 6‘/г" с турбиной точного литья, 114-мм бурильные трубы. Рас­ стояние между башмаком 219-мм хвостовика и головкой бурильной трубы составило всего 12,65 м. Пробурив указанной компоновкой низа бурильной колонны 9,1 м до глубины 5802,4 м, затем применив трехшарошечное долото 6Н-190МЗГ с трехсекционным турбобуром ЗТСШ-б'/з", стало возможным в дальнейшем продолжать бурение этой уникальной скважины до рекордной глубины — 6522 м.

Приведенное сопоставление показывает, что при зарезке нового ствола и изменении направления скважины на больших глубинах выбор типа долота должен быть произведен исходя из его боковой фрезерующей способности и стойкости. Если проходка на долото не является лимитирующим фактором, то в случае зарезки нового ствола и изменения направления скважины предпочтение следует отдавать вначале одношарошечным долотам, затем алмазным зарезным и комбинированным ступенчатым и далее трехшарошечным долотам с плюсовым допуском изготовления и большим завесой шарошек. Если же проходка на долото является лимитирующим фактором, то зарезка нового ствола и изменение направления сква­ жины от своего первоначального положения должны быть произ­ ведены алмазными зарезнымп долотами.

76

Необходимо заметить, что при оценке боковой фрезерующей спо­ собности долот различного типа имеется в виду их способность фре­ зеровать стенку ствола. Однако, чтобы осуществить на практике эту возможность, необходимо наличие отклоняющей силы соответст­ вующей величины (в зависимости от механических свойств разбу­ риваемых пород и боковых контактных поверхностей долот).

Изменение боковой фрезерующей способности трехшарошечных долот в процессе бурения

Условия работы трехшарошечных долот весьма разнообразны в отношении изменения параметров режима бурения и искривления ствола, механических свойств проходимых пород. Поэтому показа­ тели их работы по разрушению забоя и фрезерованию стенки ствола колеблются в широких пределах. Эффективность работы этих долот в значительной степени зависит от калибрующей и боко­ вой фрезерующей способностей, которые в процессе бурения сни­ жаются с различной интенсивностью в зависимости от характера производимого рейса и состояния профиля скважины.

При бурении вертикальных скважин осевая составляющая ре­ зультирующей силы, действующей на опору шарошки, всегда на­ правлена от оси долота к периферии. Поэтому опоры долота в про­ цессе бурения работают в сравнительно благоприятных и одинако­ вых условиях, а шарошки все время прижаты к стенке скважины. Вследствие этого износ шарикового подшипника опоры и рост осе­ вого люфта шарошек не приводит к уменьшению калибрующего диаметра долота. При этом уменьшение калибрующего диаметра долота Di может произойти лишь за счет износа тыльной части пе­ риферийных зубьев шарошек Ai и радиального люфта Ар, т. е.

В зависимости от потерн калибрующего диаметра относительно завеса шарошек б возможны три случая.

I.Д[-)-Др cos а < 8.

II. Д 1—}—Др cos с с = 8. III. Д; —|—Др cos о. 8.

Впервом случае Пг- > Пк, поэтому независимо от механических

провождаться интенсивным трением козырьков лап со стенкой сква­ жины. В третьем случае D i< D K и если бурят твердые породы, где фактический диаметр скважины не отличается от диаметра долота, то углубления не происходит.

77