Научная статья на тему 'Исследование проскальзывания вооружения шарошечных буровых долот'

Исследование проскальзывания вооружения шарошечных буровых долот Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
115
11
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ШАРОШЕЧНОЕ БУРОВОЕ ДОЛОТО / ROCK DRILL BIT / МГНОВЕННАЯ ОСЬ ВРАЩЕНИЯ / INSTANTANEOUS AXIS OF ROTATION / ОТНОСИТЕЛЬНАЯ И ПЕРЕНОСНАЯ СКОРОСТЬ / RELATIVE AND TRANSFER VELOCITY / КОСОЗУБОЕ ВООРУЖЕНИЕ / ГЕОМЕТРИЯ ВООРУЖЕНИЯ / GEOMETRY OF CUTTING STRUCTURES / HELICAL CUTTING STRUCTURES

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Сериков Д.Ю., Гринев А.М.

Проведено исследование процесса проскальзывания зубчатого вооружения шарошечных долот при бурении мягких и средних пород. Осуществлен анализ кинематики шарошки бурового долота, работающего с проскальзыванием вооружения по забою. Определены основные факторы, влияющие на величину и направления проскальзывания зубьев вооружения по забою скважины. Выявлены недостатки прямозубого вооружения шарошечных буровых долот и обоснованы преимущества использования косозубого вооружения. Установлено, что максимальная площадь поражения забоя, а следовательно, и производительность бурового инструмента, достигается при ориентации зубьев вооружения таким образом, чтобы большие стороны их площадок притупления располагались под определенным углом к образующей конуса шарошки, обеспечивающим расположение основных боковых поверхностей зубьев перпендикулярно направлению их проскальзывания. При этом возможность достижения максимальной площади поражения забоя в горизонтальной плоскости является не единственным преимуществом косозубого вооружения над прямозубым. Несмотря на то что у прямозубого вооружения зубья ориентированы параллельно образующим конусам шарошки, кинематика движения инструмента обуславливает их движение относительно забоя скважины с возникновением осевых составляющих от усилия разрушения породы. Вследствие их неуравновешенности это обстоятельство приводит к возникновению отклоняющего усилия на долоте, уводящего его от заданного направления бурения. Возможность создавать вооружение косозубым позволяет уже на этапе проектирования инструмента взаимно уравновесить эти силы за счет различной ориентации зубьев и их геометрии в рамках как одной шарошки, так и долота в целом. Также на основе проведенных исследований было установлено, что оснащение шарошек буровых долот, предназначенных для бурения мягких и средних пород, косозубым вооружением позволит повысить эффективность удаления шлама как непосредственно из зоны разрушения породы, так и из межзубного пространства вооружения, а также повысит качество обработки забойной зоны за счет фрезерующего эффекта косозубого вооружения, что, в свою очередь, скажется на процессе выравнивания поверхности забоя, а следовательно, приведет к повышению эффективности очистки за счет поперечных потоков бурового раствора.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

STUDY OF ROCK DRILL BITS CUTTING STRUCTURES SLIP

A study of the process of slipping a rock drill bits cutting structures during soft and medium formations drilling is conducted. The analysis of the kinematics of drill bit roller cutter working with cutting structures sliding along the bottomhole. The main factors that affect the magnitude and direction of cutting structures tooth sliding along the well bottomhole. Disadvantages of spur cutting structure of drill bits and revealed and the advantages of helical cutting structures are proved. It is found that the maximum bottomhole area of affection, and hence the performance of drilling tools, is achieved with the cutting structures teeth orientation so that long sides of their blunting platforms were arranged at an angle to the rolling cutter cone generatix providing location of the major teeth side surfaces perpendicular to the direction of sliding. At the same time the opportunity to maximize the area of bottomhole affection in the horizontal plane is not the only advantage of the helical cutting structures over the spur. Despite the fact that the teeth of the spur cutting structures are oriented parallel to a rolling cutter cone cutter generatix, the kinematics of the tool causes their motion relative to the well bottomhole with the emergence of the axial components of rocks destruction forces. As a result of the imbalance this circumstance leads to a deflecting force on the bit that withdraws it from a predetermined direction of drilling. The ability to create helical cutting structures allows at the stage of tool design mutually balance the forces due to the different orientation and geometry of the teeth in both a single cutter and drill bit as a whole. Also on the basis of the researches it was found that equipping of drill bits rolling cutters designed for drilling soft and medium formations with helical cutting structures will improve the efficiency of sludge removal directly from the rock fracture zone, and from the inter teeth are of cutting structures, as well as to improve the quality of treatment of bottomhole zone by the milling effect of helical cutting structures, which in turn will affect the bottomhole surface smoothing process, and consequently improve the cleaning efficiency due to transverse flows of drilling fluid.

Текст научной работы на тему «Исследование проскальзывания вооружения шарошечных буровых долот»

УДК 622.24.051.55

Д.Ю. Сериков1, e-mail: serrico@rambler.ru; А.М. Гринев2

1 Российский государственный университет (Национальный исследовательский университета) нефти и газа имени И.М. Губкина (Москва, Россия).

2 ОАО «Волгабурмаш» (Самара, Россия).

Исследование проскальзывания вооружения шарошечных буровых долот

Проведено исследование процесса проскальзывания зубчатого вооружения шарошечных долот при бурении мягких и средних пород. Осуществлен анализ кинематики шарошки бурового долота, работающего с проскальзыванием вооружения по забою. Определены основные факторы, влияющие на величину и направления проскальзывания зубьев вооружения по забою скважины. Выявлены недостатки прямозубого вооружения шарошечных буровых долот и обоснованы преимущества использования косозубого вооружения.

Установлено, что максимальная площадь поражения забоя, а следовательно, и производительность бурового инструмента, достигается при ориентации зубьев вооружения таким образом, чтобы большие стороны их площадок притупления располагались под определенным углом к образующей конуса шарошки, обеспечивающим расположение основных боковых поверхностей зубьев перпендикулярно направлению их проскальзывания. При этом возможность достижения максимальной площади поражения забоя в горизонтальной плоскости является не единственным преимуществом косозубого вооружения над прямозубым. Несмотря на то что у прямозубого вооружения зубья ориентированы параллельно образующим конусам шарошки, кинематика движения инструмента обуславливает их движение относительно забоя скважины с возникновением осевых составляющих от усилия разрушения породы. Вследствие их неуравновешенности это обстоятельство приводит к возникновению отклоняющего усилия на долоте, уводящего его от заданного направления бурения. Возможность создавать вооружение косозубым позволяет уже на этапе проектирования инструмента взаимно уравновесить эти силы за счет различной ориентации зубьев и их геометрии в рамках как одной шарошки, так и долота в целом.

Также на основе проведенных исследований было установлено, что оснащение шарошек буровых долот, предназначенных для бурения мягких и средних пород, косозубым вооружением позволит повысить эффективность удаления шлама как непосредственно из зоны разрушения породы, так и из межзубного пространства вооружения, а также повысит качество обработки забойной зоны за счет фрезерующего эффекта косозубого вооружения, что, в свою очередь, скажется на процессе выравнивания поверхности забоя, а следовательно, приведет к повышению эффективности очистки за счет поперечных потоков бурового раствора.

Ключевые слова: шарошечное буровое долото, мгновенная ось вращения, относительная и переносная скорость, косозубое вооружение, геометрия вооружения.

D.Yu. Serikov1, e-mail: serrico@rambler.ru; A.M. Grinev2

1 Gubkin Russian State University (National Research University) of Oil and Gas (Moscow, Russia).

2 Volgaburmash JSC (Samara, Russia).

Study of rock drill bits cutting structures slip

A study of the process of slipping a rock drill bits cutting structures during soft and medium formations drilling is conducted. The analysis of the kinematics of drill bit roller cutter working with cutting structures sliding along the bottomhole. The main factors that affect the magnitude and direction of cutting structures tooth sliding along the well bottomhole. Disadvantages of spur cutting structure of drill bits and revealed and the advantages of helical cutting structures are proved.

It is found that the maximum bottomhole area of affection, and hence the performance of drilling tools, is achieved with the cutting structures teeth orientation so that long sides of their blunting platforms were arranged at an angle to the rolling cutter cone generatix providing location of the major teeth side surfaces perpendicular to the direction of sliding. At the same time the opportunity to maximize the area of bottomhole affection in the horizontal plane is not the only advantage of the helical cutting structures over the spur. Despite the fact that the teeth of the spur cutting structures

are oriented parallel to a rolling cutter cone cutter generatix, the kinematics of the tool causes their motion relative to the well bottomhole with the emergence of the axial components of rocks destruction forces. As a result of the imbalance this circumstance leads to a deflecting force on the bit that withdraws it from a predetermined direction of drilling. The ability to create helical cutting structures allows at the stage of tool design mutually balance the forces due to the different orientation and geometry of the teeth in both a single cutter and drill bit as a whole.

Also on the basis of the researches it was found that equipping of drill bits rolling cutters designed for drilling soft and medium formations with helical cutting structures will improve the efficiency of sludge removal directly from the rock fracture zone, and from the inter teeth are of cutting structures, as well as to improve the quality of treatment of bottomhole zone by the milling effect of helical cutting structures, which in turn will affect the bottomhole surface smoothing process, and consequently improve the cleaning efficiency due to transverse flows of drilling fluid.

Keywords: rock drill bit, instantaneous axis of rotation, relative and transfer velocity, helical cutting structures, geometry of cutting structures.

В настоящее время несмотря на превалирующее использование алмазного породоразрушающего инструмента при бурении нефтяных и газовых скважин все еще широко используются шарошечные буровые долота как со стальным поверхностно-армированным, так и с твердосплавным зубчатым вооружением.

Как известно, в зависимости от свойств разбуриваемых горных пород шарошечные долота по кинематическим характеристикам делятся на две основные группы - ударно-дробящего и ударно-режущего действия, - которые обуславливают характер взаимодействия зубьев вооружения с породой. Характерной особенностью долот ударно-дробящего действия является отсутствие или минимальное скольжение зубьев при перекатывании шарошек по забою, при этом оси вращения шарошек этих долот пересекаются с осью долота [1].

Долота ударно-режущего действия предназначены для бурения мягких и средних пород, характеризуются наличием скольжения зубьев вооружения при перекатывании шарошек по забою, а также при калибровании стенки скважины. Они оснащаются многоконусными шарошками, оси которых, как правило, не пересекаются с осью вращения долота [2].

С точки зрения механики разрушения горных пород долота этой группы предназначены для разрушения пластичных и упруго-пластичных пород и должны

обеспечивать режущее воздействие на породу при ее разрушении зубьями шарошек. При этом вооружение шарошек выполняется самоочищающимся с большим вылетом вершин шарошек за центр долота и со смещенными в плане осями вращения шарошек. В результате смещения при вращении долота осей шарошек контактирующие с забоем зубья получают относительно него дополнительное продольное скольжение, которое вместе с другими факторами увеличивает общую величину скольжения. Эта составляющая скорости скольжения зубьев тем больше, чем больше величина смещения. Увеличение величины скольжения вооружения приводит к соответствующему росту скорости разрушения пластичных пород и повышению эффективности бурения [3].

Знание и понимание основных законов этого процесса позволит повысить качество проектирования бурового инструмента за счет создания на теоретической основе более эффективной геометрии вооружения шарошек и, как следствие, увеличить одну из важнейших характеристик процесса разрушения породы - механическую скорость бурения.

С целью создания более эффективной геометрии зубчатого вооружения шарошечных буровых долот необходимо определить направления и величины проскальзывания всех зубьев вооружения в момент их соприкосновения с забоем.

На рисунке 1 представлена принципиальная схема шарошки бурового долота со смещенной в плане осью вращения, где:

со1 - угловая скорость вращения долота, с-1;

со2 - угловая скорость вращения шарошки, с-1.

Из рисунка видно, что переносная скорость вместе с вращением долота точек Е, М, N Н на контактирующей с забоем образующей будет направлена по направлению вращения перпендикулярно радиусу вращения этой точки вокруг центра 0, то есть оси вращения долота. При этом относительная скорость в этих точках У2 направлена по направлению вращения шарошки перпендикулярно к ее оси вращения или к образующей.

При пересекающихся осях вращения долота и шарошки абсолютная скорость каждой из этих точек, лежащих на контактирующей с забоем образующей, составляет разность их скоростей в относительном движении (вращении шарошки) и переносном (вращении с долотом) и направлена перпендикулярно к ней (образующей). Если разложить переносную скорость на две составляющие - (по направлению относительной скорости) и V" (по направлению образующей) - и произвести сложение относительной скорости У2 и поперечной составляющей переносной скорости то получим направление и значение так называемой поперечной составляю-

Ссылка для цитирования (for citation):

Сериков Д.Ю., Гринев А.М. Исследование проскальзывания вооружения шарошечных буровых долот // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2016. № 7-8. С. 20-27. Serikov D.Yu., Grinev А.М. Study of rock drill bits cutting structures slip (In Russ.). Territorija «NEFTEGAZ» = Oil and Gas Territory, 2016, No. 7-8, 8, pp. 20-27.

Рис. 1. Принципиальная схема движения гладкой многоконусной шарошки с параллельно смещенной в плане осью

Fig. 1. Schematic diagram of the movement of smooth multicone rolling cutter with parallel offset of

щей скорости скольжения в каждой из этих точек У^.В нашем случае (рис. 1) для точек Е, М скорость \/2 всегда будет больше, чем поскольку поперечные скорости скольжения точек Е, М, представляющих собой окружные скорости вращения вокруг мгновенной оси вращения (условно 0^, направлены в противоположную движению сторо-

ну, т.е. происходит пробуксовывание. Все точки образующей, находящейся вправо от точки N1, наоборот, притормаживаются. Вектор \/ск, полученный в результате сложения поперечной У'ск и продольной У"=У'СК составляющих скоростей скольжения, показывает истинную скорость скольжения в любой из этих точек.

Из рисунка 1 видно, что относительная величина продольной составляющей скорости скольжения У"ск при данной скорости вращения долота зависит только от величины смещения осей шарошек, постоянна для всех точек шарошки и равна:

^Ц/^'пе =М0Ю1 51П0 =0^ (1).

Поперечная составляющая скорости скольжения точек Е, М, N1, Н:

(2).

Суммарная скорость скольжения по забою в точках Е, М, N1, Н составит:

(3).

При смещении осей шарошек в плане в направлении вращения долота продольная составляющая скольжения направлена к вершине шарошки, а суммарная скорость скольжения отклоняется в сторону центра скважины. Угол в плане г|) между суммарной скоростью скольжения и образующей шарошки для каждой из рассматриваемых точек определяется как [2]:

, + Уск „ч

* ск е

Таким образом, передаточное отношение скоростей вращения шарошки и долота

не зависит от величины смещения. Следовательно, при изучении кинематики шарошек со смещенными в плане осями их можно рассматривать как шарошки с пересекающимися осями, накладывая дополнительно продольные скольжения как функцию смещения [3]. Определив величины и направления проскальзывания зубьев по забою, можно приближенно геометрически определить площадь поражения забоя зубчатыми элементами вооружения в момент их соприкосновения с породой. На рисунке 2 показана принципиальная схема проскальзывания зубчатых элементов вооружения шарошки с прямозубым (стандартным) вооружением.

Рис. 2. Схема поражения забоя зубчатыми элементами прямозубого и косозубого вооружения шарошек со смещенными осями

Fig. 2. Scheme of bottomhole areas affected with tooth elements of spur and helical cutters structures with offset axes

В точках Е, М и Н следы зубьев представляют (условно) собой параллелограммы, а в точке N - прямоугольник. Чтобы увеличить площадь поражения забоя зубьями вооружения, не меняя при этом ширину и количество венцов, необходимо развернуть зубья таким образом, чтобы их основные рабочие поверхности были перпендикулярны направлению проскальзывания. Чтобы оценить прирост площади поражения забоя в горизонтальной плоскости при использовании косозубого вооружения по отношению к прямозубому, достаточно определить разницу площадей параллелограмма и прямоугольника (рис. 2).

Таким образом, чем меньше угол наклона направления результирующей скорости скольжения к оси вращения шарошки, тем больше увеличение площади поражения забоя косозубым вооружением по отношению к прямозубому. В точке N преимущество косозубого вооружения становится наиболее очевидным, поскольку поражение забоя прямозубым вооружением осуществляется не одной из основных граней, а только узкой торцевой поверхностью зуба. Наибольшее увеличение площади поражения забоя косозубым вооружением по отношению к прямозубому в этой точке будет достигаться при перпендикулярном расположении зуба к оси вращения шарошки [6]. У стандартного прямозубого вооружения шарошек площадки притупления зубьев ориентированы таким образом, что их большая сторона, т.е. длина, направлена вдоль образующих конусов шарошек (рис. 2.1). В результате такой ориентации зубьев при работе долота не достигается максимального использования эффекта проскальзывания вооружения шарошек относительно поверхности забоя. Это значительно снижает эффективность фрезерующего воздействия зубьев вооружения и уменьшает площадь поражения забоя в горизонтальной плоскости. Некоторые буровые долота имеют на отдельных венцах зубья, ориентированные под углом вправо или влево к образующей конуса, однако такие конструкции также не обеспечивают максимального объема разрушения породы.

Так, например, у долот, оснащенных косозубым вооружением с незначительным разворотом зубьев в правую сторону от образующей конусов, площадь поражения забоя в горизонтальной плоскости даже уменьшается по отношению к долотам с прямозубым вооружением. Из рисунка 1 видно, что направление проскальзывания на каждом из венцов

шарошек различно, поэтому с целью обеспечения максимальной площади поражения забоя в горизонтальной плоскости зубья по венцам должны быть ориентированы под различными углами. При вращении долота и шарошек происходит внедрение зубьев вооружения в породу. При этом зубья проскальзывают относительно поверхности забоя

Рис. 3. Принципиальная схема движения гладкой многоконусной шарошки Fig. 3. Schematic diagram of the smooth multicone rolling cutter movement

и производят работу, напоминающую процесс фрезерования, которая помимо увеличения производительности разрушения породы обеспечивает эффект выравнивания забоя [1]. Эта работа тем больше, чем больше площадь поражения забоя, что достигается за счет ориентации зубьев вооружения под определенным углом ■ф к образующей конуса шарошки. Максимальная площадь поражения забоя, а следовательно, и производительность

бурового инструмента, достигается при ориентации зубьев вооружения таким образом, чтобы большие стороны их площадок притупления располагались под углом я|) к образующей конуса шарошки, обеспечивающим расположение основных боковых поверхностей зубьев перпендикулярно направлению их проскальзывания.

Однако возможность достижения максимальной площади поражения забоя является не единственным преиму-

ществом косозубого вооружения над прямозубым. Как видно из рисунка 1, несмотря на то что у прямозубого вооружения зубья ориентированы параллельно образующим конусам шарошки, кинематика движения инструмента обуславливает их движение относительно забоя скважины с возникновением осевых составляющих от усилия разрушения породы. Вследствие их неуравновешенности это обстоятельство приводит к возникновению отклоняющего усилия на долоте, уводящего его от заданного направления бурения. Возможность создавать вооружение косозубым позволяет уже на этапе проектирования инструмента взаимно уравновесить эти силы за счет различной ориентации зубьев и их геометрии в рамках как одной шарошки, так и долота в целом [4, 5]. Рассмотрим случай, когда долото для бурения средних пород оснащено многоконусными шарошками, однако при этом смещение осей шарошек минимально или вовсе отсутствует. На рисунке 3 представлена принципиальная схема шарошки долота данного типа, где:

со1 - угловая скорость вращения долота, с-1;

а>2 - угловая скорость вращения шарошки, с-1.

Рассмотрим движение по гладкому забою гладкой шарошки с многоконусным контуром. Мгновенная ось вращения проходит через точку O пересечения осей складываемых вращений бурового долота и шарошки. Вторая точка мгновенной оси вращения шарошки находится на контактирующей с забоем образующей. Предположим, что это точка N. Зная положение этой точки на образующей шарошки, можно легко определить скорости скольжения на любом участке контура. Графически определив передаточное отношение

и найдя по известной угловой скорости вращения долота ш1 угловую скорость вращения шарошки ю2=ш1, можно определить величину мгновенной угловой скорости вращения шарошки [2]:

й=\'ш^+(0^+2(02ш1С05ф (5),

DRILLING

Пятно контакта площадки притуплений зуба Tooth blunting contact pattern

Рис. 4. Схема поражения забоя зубчатыми элементами прямозубого и косозубого вооружения шарошек

Fig. 4. Scheme of bottomhole areas affected with tooth elements of spur and helical cutters structures

а с учетом направления мгновенной оси вращения шарошки скорость поперечного скольжения любой точки М определяется выражением:

^Мп (6).

Отсюда следует, что скорость поперечного скольжения контактирующих с забоем основных рабочих поверхностей зубьев тем больше,чем больше расстояние от них до мгновенной оси вращения шарошки. При этом если на участке образующей, расположенной влево от нескользящей точки N (рис. 3), скольжение будет направлено против направления движения, то на участке, расположенном вправо от точки N1, - в противоположную сторону. Также из рисунка 3 видно, что переносная скорость вместе с вращением долота ^ точек Е, М, N и Н на контактирующей с забоем образующей будет направлена по направлению вращения перпендикулярно радиусу вращения этой точки вокруг центра 0, т.е. оси вращения долота. С другой стороны, относительная скорость в этих точках У2 направлена по направлению вращения шарошки перпендикулярно к ее оси вращения или к образующей. Абсолютная скорость каждой из этих точек, лежащих на контактирующей с забоем образующей, составляет разность их скоростей в относительном движении (вращении шарошки) и переносном (вращении с долотом) и направлена перпендикулярно к ней (образующей).

В данном случае для точек Е, М скорость У2 всегда будет больше, чем V, так как поперечные скорости скольжения точек Е, М, представляющих собой окружные скорости вращения вокруг мгновенной оси вращения, направлены в противоположную движению сторону, т.е. происходит пробуксовывание. Все точки образующей, находящейся вправо от точки N напротив, притормаживаются. Определив величины и направления проскальзывания зубьев по забою, можно геометрически определить площадь поражения забоя зубчатыми элементами вооружения в момент их соприкосновения с породой. На рисунке 4.1 показана принципиальная схема

проскальзывания зубьев шарошки с прямозубым (стандартным) вооружением.

В точках Е, М и Н следы зубьев вследствие их проскальзывания по забою представляют собой прямоугольники, а в точке N проскальзывание отсутствует. Если заменить прямозубое вооружение шарошек на косозубое, не меняя при этом ширину и количество венцов, то

площадь поражения забоя останется прежней, при этом следы зубьев представляют собой параллелограммы (рис. 4.2).

У стандартного прямозубого вооружения шарошек площадки притупления зубьев ориентированы таким образом, что их большая сторона (длина) направлена вдоль образующих конусов шарошек (рис. 4.1). В результате такой

TERRITORIJA NEFTEGAS - OIL AND GAS TERRITORY No. 7-8 august 2016

25

Рис. 5. Опытное трехшарошечное долото 295,3 (11 5/8) STM121 с косозубым вооружением производства ОАО «Волгабурмаш»

Fig. 5. Experimental tricone bit 295.3 (11 5/8) STM 121 with helical cutting structures of Volgaburmash JSC

ориентации зубьев при работе долота не возникают условия, обеспечивающие механическую эвакуацию шлама из зоны разрушения породы и межзубного пространства в процессе бурения, что приводит к многочисленному повторному измельчению шлама и повышенному износу вооружения породоразрушаю-щего инструмента и, как следствие, к снижению проходки на долото. Рассмотрим процесс разрушения породы при проскальзывании зубчатого вооружения шарошек по забою. Во время работы шарошка бурового долота находится под воздействием двух основных сил: осевой нагрузки на долото и крутящего момента, создаваемого буровым приводом [1]. В процессе разрушения породы зубьями вооружения осевая нагрузка обеспечивает внедрение зубьев в породу, а

крутящий момент - разрушение породы при перемещении зубчатых элементов по сложной траектории движения. При работе прямозубого вооружения, когда основные рабочие поверхности зубьев ориентированы перпендикулярно или с минимальными отклонениями к направлению усилия, возникающего от действия крутящего момента, все усилие F расходуется на давление, разрушающее слой породы по ходу движения инструмента, и не имеет тангенциальной составляющей (рис. 4.1). Если же рабочая поверхность зубчатого элемента образует с силой Р и соответственно с направлением движения угол, отличающийся от 90°, то действие силы Р распределяется по закону параллелограмма на нормальную Рп и касательную Рт составляющие (рис. 4.2). При малых углах отклонения от

перпендикуляра величина Fn отличается от F незначительно, однако величина тангенциальной составляющей FT уже имеет существенное значение. В случае использования косозубого вооружения шарошек при вращении долота также происходит внедрение зубьев вооружения в породу. Одновременно зубья проскальзывают относительно поверхности забоя и производят работу, напоминающую процесс фрезерования, которая помимо увеличения производительности разрушения породы обеспечивает эффект выравнивания забоя [7]. При воздействии косозубого вооружения на разбуриваемую породу в отличие от прямозубого возникает тангенциальная составляющая FT усилия F, механически эвакуирующая шлам в сторону от направления движения зуба вооружения. Таким образом, каждый наклонный зуб бурового инструмента, выполненный в виде сегмента винта, работает как миниатюрный шнек. Как известно, при разрушении горной породы шарошечными долотами забой представляет собой шероховатую поверхность с большим числом выступов. Исследования модели забоя скважины с коническими проточками показали, что с увеличением шероховатости поверхности влияние поперечных потоков на очистку забоя от шлама резко снижается [7]. Одним из путей повышения работоспособности как системы очистки, так и самого долота является выравнивание поверхности забоя, т.е. повышение фрезерующей способности вооружения шарошечных долот за счет ориентации зубьев вооружения на поверхности шарошек. В связи с этим винтовая поверхность зубчатого вооружения по аналогии с косозубыми фрезами за счет все той же тангенциальной составляющей значительно чище обрабатывает поверхность забоя, что способствует значительному улучшению очистки забоя от шлама, предотвращая его повторное измельчение, и тем самым способствует увеличению механической скорости бурения. Таким образом, на основе проведенных исследований можно сделать вывод, что оснащение шарошек буровых долот, предназначенных для бурения мягких и средних пород косозубым вооружением

DRILLING

(рис. 5), позволит повысить эффективность удаления шлама как непосредственно из зоны разрушения породы, так и из межзубного пространства вооружения.

При этом одновременно улучшится качество обработки забойной зоны за

счет фрезерующего эффекта косозу-бого вооружения, что, в свою очередь, скажется на процессе выравнивания поверхности забоя, а следовательно, и на повышении эффективности очистки за счет поперечных потоков бурового раствора.

Все это в комплексе позволит повысить основные показатели бурения,такие как проходка и механическая скорость бурения, и тем самым снизить время и стоимость бурения нефтяных и газовых скважин шарошечными долотами в мягких и средних породах.

Литература:

1. Мокшин А.С., Владиславлев Ю.Е., Комм Э.Л. Шарошечные долота. М.: Недра, 1971.

2. Палий П.А., Корнеев К.Е. Буровые долота: Справочник. М.: Недра, 1971.

3. Сериков Д.Ю. Повышение эффективности шарошечного бурового инструмента с косозубым вооружением. М.: Нефть и газ, 2015.

4. Сериков Д.Ю., Ясашин В.А., Панин Н.М. Буровое трехшарошечное долото. Патент РФ на изобр. № 2425945 // Б.И. № 22 от 10.08.2011.

5. Сериков Д.Ю., Ясашин В.А., Панин Н.М. Буровое шарошечное долото. Патент РФ на изобр. № 2427700 // Б.И. № 24 от 27.08.2011.

6. Сериков Д.Ю., Ясашин В.А., Панин Н.М. Буровое шарошечное долото. Патент РФ на изобр. № 2522608 // Б.И. № 20 от 20.07.2014.

7. Варламов Е.П., Бикбулатов Э.К. Влияние ориентации зубьев шарошек на работоспособность буровых долот и очистку забоя скважины // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 1995. № 7-8. С. 22-24.

References:

1. Mokshin A.S., VLadisLavLev Yu.Ye., Komm E.L. Rock drill bits. Moscow, Nedra, 1971. (In Russian)

2. PaLiy P.A., Korneev K.Ye. DriLL bits, Handbook. Moscow, Nedra, 1971. (In Russian)

3. Serikov D.Yu. Improving the efficiency of rock driLL bit tooL with heLicaL cutting structures. Moscow, OiL & Gas, 2015. (In Russian)

4. Serikov D.Yu., Yasashin V.A., Panin N.M. Tricone driLL bit. Russian Federation patent for invention No. 2425945, B.I. No. 22, dated 10.08.2011. (In Russian)

5. Serikov D.Yu., Yasashin V.A., Panin N.M. Rock driLL bit. Russian Federation patent for invention No. 2427700 // B.I. No. 24 dated 27.08.2011.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

6. Serikov D.Yu., Yasashin V.A., Panin N.M. Rock driLL bit. Russian Federation patent for invention No. 2522608, B.I. No. 20, dated 20.07.2014. (In Russian)

7. VarLamov Ye.P., BikbuLatov E.K. Influence of cutters teeth orientation on the performance of driLL bits and downhoLe cLeaning. StroiteL'stvo neftjanyh i gazovyh skvazhin na sushe i na more = Construction of oiL and gas weLLs on Land and at sea, 1995, No. 7-8. P. 22-24. (In Russian)

\\1 -V ТЮМЕНСКИМ ^ НЕФТЕГАЗОВЫЙ ФОРУМ

2122

Сентября 2016

На уникальной площадке Тюменского технопарка состоится самое значимое и авторитетное конгрессное событие в нефтегазовой отрасли.

Форум предлагает уникальную возможность провести встречи с профессионалами рынка, в режиме диалога обсудить стоящие перед отраслью вопросы

Повестка VII Форума;

«Инженерное образование: опора развития реального сектора экономики»

«Нефтегазовые технологии: от импортозамещения к экспорту»

Спикеры и участники:

Руководство федеральных министерств курирующих нефтегазовую отрасль

Руководители и делегации ведущих нефтегазовых компаний из стран Европы, Ближнего Востока и Азии

Организаторы:

Место проведения:

Тюменский технопарк

Правительство

Тюменской

области

Министерство природных ресурсов и экологии ТО

#гкз

Принять участие в форуме:

е

8 800 234 43 23 ©

www.oilgasforunn.ru

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.