Геологическая или сейсмическая разведка, добыча нефти, газа и прочих полезных ископаемых, прокладка водозаборов, строительные и некоторые другие технические работы невозможны без бурения в земле каналов и скважин. В процессе бурения горная порода разрушается специальными установками, состоящими из двигателя с вращающимся ротором. Механическая разработка породы осуществляется прочным долотом.
Что это такое – долото?
У людей, не имеющих отношения к добыче ископаемых, этот инструмент ассоциируется чаще всего с орудием ручного труда, предназначенным для обработки древесных пород. Сегодня буровое долото совершенно не имеет ничего общего со столярным инструментом. Но ранние бурильные техники, необходимые для проходки скважин, напоминали ударными методами плотницкую работу по дереву.
В тот период долото для бурения имело внешнее сходство с инструментом столяра. Современные технологии шагнули далеко вперёд, внешний вид бурильного оборудования изменился, а термин сохранился.
Многочисленные модернизации существенно расширили возможности этого инструмента. Разнообразие форм и размеров долот позволяет подобрать бурильное оборудование для работ любого типа, значительно повышая скорость бурения и качество скважин. Современные производители предлагают долота с диаметром от 46 мм до 1000 мм.
Бурение скважин
В процессе вращения долота, одновременно с которым в забой под небольшим давлением подается буровой раствор, размывается и разрушается грунт, образуя скважину необходимого размера и глубины.
По способам образования колодцев бурильный процесс разделяется на три вида:
- Сплошное бурение, при котором горная порода разрушается в одной плоскости или ступенчато.
- Колонковое бурение разрушает грунт по периферии забоя.
- Бурение с отбором керна из скважины.
Для каждого типа работ предусмотрены разные по форме и размеру долота, изготовленные из высококачественных прочных сплавов металла.
Строение долота для бурения
Работа шнековой или поступательно-ударной буровой установки невозможна без установки долота. Что это такое? Монолитная прочная матрица или стержневое основание, оснащённое элементами для бурения породы.
В зависимости от назначения долота, используются металлические лопасти или буровые шарошки. Вращение матрицы роторной установкой может комбинироваться с вращательными движениями головок. Разнообразные типы установок и виды бурильных устройств дают возможность разрабатывать любые типы горных пород. Особенно востребованы долота в нефте- и газодобывающей отраслях.
Виды долот по воздействию на грунт
Дробящие – подобные шарошечные долота применяются для разработки пород любой плотности. Вращаясь вокруг своей оси и вокруг основного стержня, клиновидные шарошки разрушают твёрдую породу путём дробления и скалывания грунта. Применяются в разных отраслях, в основном для добычи нефти и газа, а также для бурения взрывных и геологоразведочных скважин.
Режуще-истирающие – это алмазные насадки с твёрдосплавными штырями, которые используются при прохождении скважин в твёрдых породах или смешанных грунтах. По конструкции бывают ступенчатые, спиральные и радиальные. Для прочного удержания режущего алмазного покрытия матрица головок изготавливается из металлического порошка.
Режуще-скалывающие – такие лопастные насадки применяются для бурения скважин глубиной до 30 метров в рыхлых и неплотных породах. Наклонённые в сторону вращения ротора лопасти разрушают мягкий грунт, срезая и скалывая его пласты. Чаще используются для бурения геологоразведочных скважин и требуют обязательной очистки забоя промыванием или шнековым устройством.
Шарошечное долото – что это?
Такая насадка используется при бурении инженерно-геологических, разведывательных, эксплуатационных, поисковых и других видов скважин. Широкое применение шарошечного долота обусловлено возможностью проводить бурильные работы в почвах с любым уровнем твёрдости. Карьерный станок, предназначенный для вращательного бурения, оснащается шарошкой. Что это такое? Долото с впрессованными или фрезерованными зубьями и штырями разнообразной конфигурации и длины из карбида вольфрама.
Шарошечные долота состоят из:
- шарошек;
- подшипников;
- лап (секций);
- зубьев.
Центральное основание (лапа), как правило, имеет регулируемый наклон. Шарошки закрепляются на нем под определённым углом наружу или внутрь конструкции. От типа лап и их количества зависит количество устанавливаемых шарошек. На одном долоте может размещаться до 6 шарошек, вращающихся со скоростью 250 оборотов в минуту. Бесперебойное вращение головок обеспечивается постоянной смазкой подшипников, которые создают условия для их качающихся или скользящих движений.
Виды шарошечных головок
По конструкции шарошечные долота разделяются на две группы:
- Цельнокорпусные - характеризуются сваренными лапами и шарошками.
- Секционные - свариваются из двух, трёх или четырёх отдельных лап.
К бурильной колонне секционное долото крепится наружной конусной резьбой, корпусное – внутренней.
По принципу взаимодействия с горной породой делятся на:
- Дробящие. Бурение отличается отсутствием фрезерующего взаимодействия периферийных зубьев со стеной скважины при их минимальном скольжении по забою в процессе перекатывания шарошек. Применяются долота дробящего действия в твёрдых, крепких, абразивных, очень крепких породах и разных их комбинациях.
- Дробяще-скалывающие. В процессе перекатывания шарошек по стенкам забоя бурение характеризуется увеличением скольжения зубьев. Дробяще-скалывающие долота используются в мягких породах и в грунтах с пластами средней твёрдости и абразивных грунтов.
Г- или Т-образная форма периферийных венцов значительно сокращает износ головок по диаметру. Практичная конструкция шарошечных долот применяется на грунтах любого типа. Цена долота с шарошками зависит от разных параметров: качества металла, из которого изготовлены насадки, количества и размера шарошек, конструктивных особенностей лап. Самые простые модификации стоят примерно 15-18 тыс. руб., покупка более дорогостоящих обойдется в 40-45 тыс. руб.
Трёхшарошечные насадки
Шарошечное бурильное долото может состоять из одной, двух, трёх, четырёх или шести шарошек цилиндрической, конической или сферической формы. Для бурения глубоких скважин в основном применяется одношарошечное долото. Долото с тремя шарошками состоит из трёх секций. Каждая секция трёхшарошечного долота имеет лапу в виде двугранного угла (1200), опорный подшипник, насадку гидромониторного канала, замковый палец и шарошку с зубьями. В поперечном сечении 3 соединённые вместе лапы образуют круг. Вращаясь и совершая поступательные перемещения, двигается сквозь породу долото. Буровой механизм с шарошками разрушает ее, совершая поворотные движения одновременно с долотом.
Наиболее часто в бурильных работах на нефтяных и газовых месторождениях используются трёхшарошечные долота. Кроме того, тройные головки активно применяются в строительстве, при проделывании шпуров и водозаборных скважин, для бурения отверстий при сейсмической разведке и во многих других видах работ.
