Страница 21 из 31
Испытания показали, криогенная обработка – цементированной стали, несколько повышает ее износостойкость при ударно-усталостном изнашивании. Повышает твердость и прочность цементированного слоя и снижает содержание остаточного аустенита его структуре, в результате криогенной обработки не приводит повышению хрупкости. Кроме того, как следует из анализа фрактограмм, у обработанных холодом образцов наблюдается более вязкое разрушение поверхности при ударе, что приводит к повышению износостойкости. Криогенная обработка не ухудшила свойства герметизирующих материалов и смазочных материалов опор долота.
Учитывая, что затраты на криогенную обработку долот невелики, такой вид обработки был бы целесообразен
§ 19. Особенности эксплуатации алмазных долот
Область применения алмазных долот – крепкие абразивные породы. Особенностью отработки алмазных долот является износ по диаметру, что в песчаниках является проблемой. Расширку при этом, можно производить только шарошечным долотом, имеющими ограниченный ресурс, поэтому нужно заранее знать ресурс алмазного долота по диаметру, инженеру необходимо лично присутствовать при навороте, спуске и замере диаметра долота. При расширке шарошечным долотом велика вероятность оставления шарошек (если ресурс определен неправильно) и заклинке долота, поэтому инженер должен лично присутствовать при этой операции. Перед спуском алмазного долота в скважину, ствол скважины проверяется на наличие сужений, особенно в крепких породах (места сужений прорабатываются шарошечными долотами), забой скважины очищается от металла, при помощи забойных шламометаллоуловителей и магнитных фрезов. Структурно-механические свойства бурового раствора доводятся до минимально допустимых значений. Спуск алмазного долота производится на ограниченной скорости. Нагрузка на алмазное долото, по сравнению с шарошечными значительно ниже и составляют 5–8 т.с. Требуют высоких скоростей вращения инструмента, при ограниченных нагрузках. Недостаки-очень низкая механическая скорость проходки. [62]
Долота типа М – для бурения мягких пород, однослойные. Матрица тороидально-ступенчатая, выпускается пять размеров: ДК-188М6, ДК241М6, ДК267М6, ДК292М6. Д – алмазное долото, К – ступенчатый профиль, 188 – диаметр долота, М – тип долота, 6 – порядковый номер модификации.
Долота типа С – для бурения средних пород, изготавливаются как однослойные, так и импрегнированные. Выпускают три размера: 138, 149, 188;
Импрегнированные долота типа С – 7–8 мм рабочий слой, форма ступенчатая, выпускают два размера: ДИ188С6, ДИ212С6.
Долота типа СТ – для бурения среднетвердых пород; однослойные, радиальные, изготавливают четыре размера: ДР159СТ1.[9]
Рис. 5.8. Алмазное долото
§ 20. Долота типа PDC
Новым типом породоразрушающего инструмента являются долота оснащенными резцами PDC. Рис. 52 Изначально область их применения – бурение в мягких породах, разработчики долот успешно проектируют и начинают опробовать долота PDC в средних и твердых породах и даже абразивных. Преимущества долот PDC перед шарошечными долотами:
1. Отсутствие опоры долота;
2. Более высокая механическая скорость проходки;
3. Более высокая стойкость и соответственно проходка на долото по сравнению с шарошечными долотами;
4. При правильном выборе интервала применения долот PDC, значительная их экономическая эффективность по сравнению с шарошечными долотами и долотами истирающего типа.
Рис. 5.10. Долото PDC
Рис. 5.11. Механизм разрушения горной породы различными типами долот.
1 – разрушение зубком шарошки;
Раздавливание и отрыв частиц породы, зубок требует высоких удельных нагрузок для дробления породы сжатием.
2 – разрушение резцом PDC;
PDC резец срезает слой породы. Породы легче разрушаются при боковой нагрузке в связи с анизотропными свойствами горных пород;
3 – разрушение истиранием (алмазосодержащим зубком алмазные долота, ИСМ).
Долота PDC имеют наиболее энергетически эффективную режущую структуру.
Современные резцы PDC используются при бурении от мягких до средне-крепких, абразивных пород. Долота PDC конструируются и изготавливаются индивидуально, в строгом соответствии с требованиями заказчика. [48]
Основные конструктивные параметры долот PDC:
1. Профиль долота;
2. Размер и тип резцов;
3. Плотность установки резцов;
4. Распределение резцов;
5. Распределение режущих усилий;
6. Стабилизирующие устройства;
7. Гидравлика;
8. Система калибрующих резцов.
Профиль режущей структуры долота выбирается исходя из физико-механических свойств проходимых пород, а также в соответствии с технологическими особенностями бурения (направленное и т. п.).
Размер резцов.
Из большого разнообразия диаметров резцов PDC, имеющихся на рынке, используются 6мм, 9мм, 13мм, 16мм, 19мм и 22мм резцы;
6 мм – резцы – примененяются только в долотах малого диаметра;
9 мм – резцы-применяются в долотах для бурения твёрдых пород там, где ранее использовались долота, армированные натуральными алмазами;
13 мм – резцы-наиболее широко используемый размер, оптимален для бурения средних и средне-твёрдых пород;
16 мм – резцы-используются в тех случаях, когда 13мм резцы, слишком твёрдые породы, а 19мм, – слишком мягкие породы;
19 мм – 22 мм резцы-предназначены для бурения в мягких и средне мягких породах с высокой скоростью проходки. [48]
Профиль долота.
Влияет непосредственно на:
• Стабильность работы долота;
• Управление направлением бурения;
• Плотность посадки резцов;
• Надёжность долота;
• V мex;
• Очистку и охлаждение долота.
Компоненты профиля долота.
• Центр;
• Конус;
• Нос;
• Плечо или наружный конус;
• Наружный диаметр (ODR);
• Калибрующие.
Центр – (геометрический центр долота).
Различается по углу открытия Cone
• Глубокий конус (~90°);
• Мелкий конус (~150°).
Глубокий конус.
Преимущества:
• Высокая стабильность долота;
• Повышенное содержание алмазов.
Недостатки:
• Сложность управления направлением бурения;
• Хуже очистка;
• Снижение агрессивности
Мелкий конус
Преимущества:
• Управляемость направлением бурения;
• улучшение очистки;
• Повышение агрессивности.
Недостатки:
• Снижение стабильности;
• Уменьшение объёма алмазов.
Рис. 5.12. Профили долот PDC
Профиль долот
4 основных типа:
• Плоские;
• Короткая парабола;
• Средняя парабола;
• Длинная парабола.
• Долота с плоским профилем используются для бурения крепких, мало абразивных пород;
• Долота с длинным параболическим профилем предназначены для бурения мягких пород;
Обратный угол резания:
• Угол атаки породы;
• Увеличение его даёт повышение ударной прочности и износостойкости резца;