Виды и причины износа истирающе-режущего инструмента

Лекция 5 Виды и причины износа истрирающе-режущего инструмента Определяются главным образом физико-механическими свойствами разрушаемых пород, тщательностью подготовки забоя при переходе с бурения шарошечным долотом на алмазное и режимом отработки при углублении скважины. Признак износа прежде всего проявляется уменьшением механической скорости проходки и повышением давления в нагнетательной линии при неизменных параметрах режима бурения. Падения скорости бурения может произойти также вследствие подсечения пропластка горных пород, имеющих большую плотность и твердость, а также из-за появления износа ГЗД. - появление цилиндрической выработки 1 в центре долота (Рисунок 3.22а); - повреждение калибрующей поверхности инструмента 2 (Рисунок 3.22б); - образование кольцевой выработки 3 на торцевой рабочей поверхности долота (Рисунок 3.22в). Кроме того, повреждения могут такие: эрозионный размыв матрицы с потерей алмазов; - сколы, истирание и выламывание алмазов из матрицы; - прижог и истирание алмазов. Рисунок 3.22 - Виды износа алмазных долот Образование цилиндрической выработки в центре долота объясняется недостаточной очисткой центральной части забоя от твердых абразивных частиц горных пород. Повреждения калибрующей поверхности долота возникает в случае длительной проработки ствола 87 скважины, сложенной абразивными породами, который был пройден предыдущим рейсом. Для расширения и калибровки ствола рекомендуется применять специальные долота ДП производства НПП «Буринтех», оснащенные алмазно-твердосплавными пластинами и твердосплавными резцами. Необходимо также предотвратить удары алмазных долот при их спуске через обсадные колонны. Образование кольцевой выработки алмазного долота встречается наиболее часто. Причины повреждения торца объясняются высоким содержанием песка в буровом растворе при последующем эрозионном износе сначала небольших участков матрицы, который перейдет в кольцевую выработку торца. Возникновение вибраций при проходке твердых и абразивных пропластков горных пород в условиях плохого решения стабилизации КНБК также приводит к образованию кольцевых выработок. Прижог долота с последующей графитизацией алмазов, как правило, случается вследствие уменьшения подачи бурового раствора и недостаточного охлаждения рабочей части долота. Кроме того, резкое увеличение осевой нагрузки на изношенное долото, образования сальников, частично перекрывающих промывочные каналы, также может быть причиной прижога. Эрозионный размыв матрицы и потеря алмазов возникают при плохой очистке борового раствора, содержащего большое количество абразивных твердых частиц породы. Наличие на забое сломанных зубьев фрезерованных шарошек и твердосплавных зубков, выпавших вследствие размыва гидромониторных насадок, падение сухарей от АКБ приводит к быстрому появлению кольцевых выработок на торце долота. Тщательная очистка забоя от металлических предметов является обязательным элементом подготовки скважины к началу алмазного бурения. Рекомендуется проводить чистку забоя еще при бурении шарошечными долотами в течении 3-5 рейсов с включением в КНБК шламометаллоуловителей. Очистка забоя от металлических предметов производится фрезерами-ловителями магнитными и шламометаллоуловителями. Фрезеры – ловители магнитные выпускают двух типов: без механического захвата типа ФМ и с механическим захватом ФМЗ. Основной узел ловителя это постоянный магнит, предназначенный к захвату и удержанию ферро-магнитных обломков. Ловитель вида ФМЗ кроме магнита имеет также захватный узел рычажкового типа. Основной недостаток фрезеров-ловителей магнитных в том, что они не захватывают неферромагнитные предметы такие, как твердосплавные зубки и обломки из алюминиевых сплавов. В этом случае в состав компоновки необходимо включать также шламометаллоуловитель. Шламометаллоуловители видов МУТ¸ ШМУ-0, ШМУ-3, ШМУ-3Б, металлоуловитель-калибратор УМК, паук гидромеханический, разработанные в ВНИИБТ, нашли широкое применение в буровой практике [3]. Прежде всего это ШМУ-0 88 (шламометаллоуловитель от крытого типа), ШМУ-3, ШМУ-3Б (шламометаллоуловители закрытого типа). Наиболее простую конструкцию имеет металлоуловитель МУТ, представленный на рисунке 3.23. Он состоит из кожуха 1, вала 2, переводника 3 и центрирующего штифта 4. Металлоуловитель вместо с фрезером-ловителем магнитным или с долотом с вращением и с промывкой плавно спускают на забой. Для эффективной работы металлоуловителя скорость восходящего потока бурового раствора в кольцевом пространстве между кожухом и стенкой ствола скважины должна быть более 3,7 м/с. За счет высокой скорости буровой раствора подхватывает металлические обломки с забоя и выносит их на уровень верхнего края кожуха, где скорость потока падает из-за резкого Рисунок 3.23 - Металлоуловитель МУТ увеличения его кольцевого сечения. Под действием сил тяжести обломки металла осаждаются в кожух. Известны также другие гидравлические ловители мелких металлических предметов с забоя скважины, основанные на их захвате эжекционным потоком бурового раствора. 89 Предельный износ алмазного долота, то есть признание его непригодным для дальнейшего бурения, согласно «Инструкции по алмазному бурению нефтяных и газовых скважин», разработанной ВНИИБТ, определяется следующими признаками [17]: - потеря диаметра более чем на 3 мм; - суммарная потеря изношенных и сколотых алмазов превышает 40 % от их общего числа; - износ матрицы по глубине на 1-2 мм и обнажение алмазов на площади более чем 40 % от рабочей площади. Это не относится к импрегнированным долотам; - образование кольцевых выработок на матрице, которые не перекрыты другими алмазами; - наличие значительной цилиндрической выработки в центре долота, сильный эрозионный размыв матрицы. Наличие любого из перечисленных дефектов обязывает специалистов, ведущих отработку долота, признать его полностью отработанным. 1 Износ долот и бурильных головок с АТП и АТР Контроль износа Визуальный осмотр долота производится после каждого подъема его с целью определения характера износа рабочей части и принятия решения о том, возможна ли дальнейшее использование. Принятие решения о предельном износе долота зависит от наличия следующих повреждений [17]: - образование кольцевой выработки на рабочей поверхности; - износ по наружному (для долот), а также внутреннему (для бурголовок) диаметром более 3 мм; - отслоение алмазного слоя пластин, выпадение и сколы алмазного слоя, износ пластин с уменьшением их более, чем на ½ радиуса; - наличие существенных повреждений, которые исключают применение долота в следующем рейсе: сколы трещины и эрозионный размыв матрицы. Полное описание износа после окончания рейса вносят в буровой журнал, рапорт бурового мастера и накопительные ведомости при помощи кода. Код износа. Общее состояние ДАП и КАП после визуального осмотра фиксируется следующим выводом: «в работе» или «отработано». Вывод «в работе» означает о том, что АБИ находится в работоспособном состоянии и возможно использовать его повторно. Вывод «отработано» записывается 90 в том случае, если АБИ не может быть использован повторно из-за обнаружения дефектов, приведенных выше. Фиксация видов износа и объема повреждений производится буквами (вид износа) и цифрами (размер дефекта в мм). Обозначения видов износа следующие [17.]: ц – выработка в центральной части долота; т – повреждение на торцевой рабочей поверхности в виде кольцевой выработки; П – дефект на периферийной краевой поверхности АБИ; d – увеличение кернообразующего отверстия бурголовки до соответствующей величины; Д – износ наружного диаметра АБИ до соответствующей величины; О – отслоение алмазного слоя АТП и АТР с указанием числа поврежденных пластин и размеров отслоения в виде частей диаметра пластины; В – выпадение АТП и АТР в штуках; И – износ алмазного слоя в мм у определенного числа АТП и АТР; С – сколы алмазного слоя у определенного числа АТП и АТР с указанием дефекта в виде дробных частей площади пластин. Например, запись видов и размеров износа может быть такой: Ц 30х15 – выработка в центральной части долота диаметром 30 мм и глубиной 15 мм; Т 100х110х9 – кольцевая выработка на торце долота между диаметрами 100 и 110 мм глубиной 9 мм; П 211х6 – выработка периферийной части долота с указанием меньшего диаметра дефекта, который равен 211 мм, и глубины повреждения в 6 мм; d 84 – увеличение внутреннего диаметра бурильной головки до 84 мм; Д 185,9 – потеря диаметра АБИ до 185,9 мм; О 1/5х4 и О 1/6х9 – отслоение алмазного слоя на 1/5 диаметра у 4-х пластин и на 1/6 у 9 пластин; В3 – выпадение 3х АТП и АТР; И 4х23 – износ на 4 мм по радиусу 23 АТП и АТР; С 1/4х15 – сколы алмазного слоя 15 пластин на ¼ ее поверхности. В качестве примеров приведем фотографию наиболее часто встречающихся видов износа (рисунок 3.40). 91 Рисунок 3.40 – Виды износа долот и бурильных головок с АТП и АТР На рисунке 3.40 а показано отслоение алмазного слоя на одном из резцов (повреждения здесь и далее показано стрелкой). На рисунке 3.40 б виден скол алмазного и твердосплавного слоев резца и трещина на алмазном слое. Рисунок 3.40 в представляет повреждение в виде неровного скола АТП. На рисунке 3.40 г наблюдается абразивный износ двух резцов вдоль образующей цилиндра со сломом и выпадением части одного резца с алмазным слоем. На рисунке 3.40 д видно выпадение одного АТР. Рисунок 3.40 е посвящен изображению кольцевой выработки на границе рабочей и кольцевой поверхностей. 92