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

тенсивной потере диаметра долота. Это явление в значительной степени зависит от качества армировки и количества твердого сплава на тыльной части периферийных зубьев, особенно на их кромке с внешней стороны.

Низкая боковая фрезерующая способность серийных трехшаро­ шечных долот особенно проявляется при бурении в абразивных породах. Наблюдения показывают, что в этих случаях периферий­ ные зубья трехшарошечных долот сильно срабатываются, в то время как зубья внутренних венцовых рядов еще работоспособны.

Недостаточная стойкость калибрующих частей шарошек и срав­ нительно небольшая величина завеса шарошек серийных долот приводят к тому, что в процессе бурения снижается не только стойкость и показатели работы долота, но и его боковая фрезерую­ щая способность. Поэтому приходится увеличивать количество рейсов с отклонителем, что в конечном итоге снижает технико-эко­ номические показатели проходки наклонных скважин.

Снижение показателей бурения и фрезерования стенки сква­ жины серийными долотами вызывает также и то, что в процессе армирования ацетилено-кислородным пламенем и токами высокой частоты происходит искажение формы зубьев.

Р. А. Иоаннесян и Н. Я- Удянский отмечают, что качество на­ плавки независимо от способа производства далеко от совершен­ ства. Во-первых, форма зуба в результате наплавки подвергается значительным изменениям и зуб вместо острого получается округ­ лым. Это безусловно отражается на эффективности работы долота, особенно в начале бурения, когда долото должно обеспечить ма­ ксимальную механическую скорость. Во-вторых, наплавка твердого сплава не гарантирует равномерное распределение карбидов твер­ дого сплава по всей поверхности зуба, и зачастую, что особенно важно, на острой кромке зуба карбид твердого сплава отсутствует. В-третьих, недостаточная связь наплавленного слоя с основным ме­ таллом зуба приводит к тому, что при дроблении породы происхо­ дит скалывание зерен твердого сплава. Только твердый сплав, а не основная масса металла шарошек способен эффективно разрушать твердые породы и противостоять истирающему воздействию пород на зубья шарошек.

Одной из причин потери калибрующего диаметра долота в про­ цессе бурения являются небольшие размеры острой кромки (при­ тупление) периферийных зубьев с внешней стороны. Это обстоя­ тельство ухудшает наплавляемость их твердым сплавом и снижает возможность того, что именно на этой кромке периферийных зубьев будут в достаточном количестве карбиды твердого сплава.

Для проверки некоторых путей повышения боковых фрезерую­ щих способностей трехшарошечных долот по предложению автора, М. С. Гасанбала, Т. И. Туранова и К- И. Керимова на машиност­ роительном заводе им. С. М. Кирова была изготовлена опытная партия трекшарошечных долот Б-269СГ с увеличенным затуплением периферийных зубьев и большим завесой шарошек. Увеличе­

197

Таблица 26

Бурение с отклонителем

Из табл. 25 и 26 следует, что в процессе работы опытными до­ лотами по сравнению с серийными долотами увеличились показа­ тели работы долот и общего приращения искривления ствола.

Ввиду ограниченности количества опытных долот с повышенной боковой фрезерующей способностью, с целью определения средних показателей их работы по углублению ствола и искривлению сква­ жины, их точности и надежности в сравнении с серийными доло­ тами, а также выявления случайности или неслучайности разли­ чия между ними, данные табл. 25 и 26 обработаны по методике, описанной на стр. 191— 192. В результате установлено, что средняя проходка на опытное и серийное долота составляет соответственно 32,1 и 22,8 м, коэффициент вариации — 25,4 и 33,0%, точность — 4,8 и 4,3 м при вероятности Р = 0,80. Значение критерия Стьюдента равно 2,31, чему при числе степеней свободы & = 7 + 1 1 — 2=16 соответствует вероятность Р>0,95.

Среднее значение общего приращения искривления ствола, оп­ ределенного по формуле (10), при работе опытными и серийными долотами составляет соответственно 1°29/ и 1°04/, коэффициент

199

вариации 22,6—35,0%, точность 0° 12' и 0° 11' при вероятности Р = = 0,80. Значение критерия Стыодента t составляет 2,16, чему при

телями работы и приращениями искривления ствола в случае бу­ рения опытными и серийными долотами (увеличение проходки в 1,40 раза и общего приращения искривления ствола в 1,24 раза) не случайное, а существенное, обусловленное конструктивными особенностями опытных долот. При работе этими долотами сни­ жаются в целом потери на трение со стенкой скважины и возра­ стает эффективность разрушения породы на забое и стенке ствола.

Внешний осмотр отработанных опытных долот показал, что потеря диаметра не превышает 2—3 мм, в то время как у серий­ ных долот она составляла 5—8 мм. У всех опытных долот не отме­ чены ни износ козырьков лап и ни обнажение периферийных роли­ ков, периферийные зубья шарошек полностью сохранили работо­ способность.

Таким образом, увеличение притупления периферийных зубьев шарошек с внешней стороны и завеса шарошек способствуют по­ вышению боковой фрезерующей способности шарошечных долот, интенсивности искривления ствола и эффективности работы долот.

Трехшарошечные долота с увеличенной контактной поверхностью

Создание трехшарошечных долот с рациональной геометрией вооружения является одним из важных путей повышения произ­ водительности и эффективности буровых работ.

Притупление зубьев большинства серийно выпускаемых трех­ шарошечных долот, предназначенных для бурения пород различ­ ной твердости, имеют почти одинаковую величину. Если рассмат­ ривать акт разрушения породы каждым зубом шарошки в отдель­ ности, то это обстоятельство не учитывает влияние масштабного фактора на прочностные и пластические свойства горных пород и на энергоемкость процесса разрушения.

Экспериментальные исследования А. Т. Портновой и Н. Н. Пав­ ловой [59] показывают, что увеличение размеров поверхности кон­ такта разрушающего инструмента до определенных пределов су­ щественно влияют на механические характеристики (твердость и пластичность горных пород), а также на объемную работу разру­ шения. Установили, что твердость породы снижается при увели­ чении диаметра штампа от 0,5 до 1,5-г-2 мм, а объемная работа разрушения снижается при его увеличении до 2,5 мм.

При дальнейшем увеличении диаметра штампа (до 10 мм) на­ блюдалась стабилизация прочностных и энергетических характе­ ристик породы при очень малом росте коэффициента пластично­ сти. Эти исследования проводили на образцах хрупких и пластич­ но-хрупких пород.

200

Исходя из полученных лабораторных данных, высказали предположение, что увеличение ширины зубцов шарошечных до­ лот в 1,5-г-2 раза по сравнению с шириной зубцов серийных долот позволит значительно уменьшить энергоемкость процесса разруше­ ния при одной и той же осевой нагрузке на долото.

Аналогичные лабораторные исследования в ТатНИИ впослед­ ствии проводил В. X. Каримов [36] и пришел к тем же выводам. Им выявлено, что чем пластичнее порода, тем больше величина деформации до разрушения. С увеличением диаметра штампа темп роста деформации в 1,5-е2 раза меньше темпа роста разме­ ров зон разрушения (глубины и диаметра). Это положение явля­ ется важной предпосылкой эффективности использования трехша­ рошечных долот с повышенной контактной поверхностью, так как действие положительного фактора, увеличение размеров зон раз­ рушения породы отдельными зубьями долота, намного опережает действие отрицательного фактора, увеличение деформации породы, вызывающее увеличение минимально необходимого времени кон­ такта зубьев долота с породой и числа зубьев, одновременно кон­ тактирующих с забоем. Далее он проводил испытания 214-мм опытнььх долот типа Т, ТК и К с увеличенным притуплением кли­ новидных зубьев 2,5 мм против 1,5 мм у серийных долот, а диа­ метр полусферических зубьев 10 мм против 8 мм. Это привело- к росту проходки и механической скорости бурения по сравнению- с серийными долотами в 1,1-е 1,5 раза.

Исследования Л. Е. Симонянца [66] показывают, что если де­ формацию не ограничивать, то пластичные породы разрушаются хрупко, т. е. размеры зон разрушения для этих пород также превосходят размеры поверхности контакта разрушающего инстру­ мента. Это положение дает основание предполагать, что в опреде­ ленных условиях увеличение ширины зубьев долот, предназначен­ ных для разрушения пластичных пород, также может дать положительные результаты.

Исходя из изложенного для проверки целесообразности увели­ чения контактной поверхности трехшарошечных долот типа С с целью повышения эффективности их работы при современном состоянии техники и технологии бурения по предложению автора,. Т. И. Туранова и М. С. Гасанбала было изготовлено опытное до­ лото под шифром 81Б-269С с увеличенным затуплением зубьев (2,5 мм против 1,5 мм) и завесой шарошек (4,5 мм против 3 мм). Они были испытаны на площади Северный Кюровдаг в процессе бурения скв. 537. Испытание производили с турбобуром Т12МЗ-9"' в породах нижнего апшерона методом чередования с серийными долотами (табл. 27). Осевая нагрузка на долото составила 18-е -е20 тс, а расход промывочной жидкости 40 л/с. Глинистый ра­ створ имел плотность 1,46 г/см3 с вязкостью 60-е80 с по СПВ-5..

Ввиду ограниченности количества опытных долот 81Б-269С для определения средних показателей работы в сравнении с серий­ ными долотами, а также их точности и надежности и выяснения

201