Особенности износа и критерии ремонтопригодности буровых долот с алмазно-твердосплавными резцами
Исследованы степень износов и критерии ремонтопригодности буровых алмазных долот с алмазно-твердосплавными резцами. Проанализированы статистические данные отработки ресурса алмазных буровых долот разного сортамента. The degree of wear and criteria of repairability of diamond drill bits with diamond...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Дата: | 2012 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2012
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101300 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Особенности износа и критерии ремонтопригодности буровых долот с алмазно-твердосплавными резцами / В.Ф. Хорунов, Б.В. Стефанив, О.М. Сабадаш, В.В. Воронов // Автоматическая сварка. — 2012. — № 10 (714). — С. 43-47. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859806991592980480 |
|---|---|
| author | Хорунов, В.Ф. Стефанив, Б.В. Сабадаш, О.М. Воронов, В.В. |
| author_facet | Хорунов, В.Ф. Стефанив, Б.В. Сабадаш, О.М. Воронов, В.В. |
| citation_txt | Особенности износа и критерии ремонтопригодности буровых долот с алмазно-твердосплавными резцами / В.Ф. Хорунов, Б.В. Стефанив, О.М. Сабадаш, В.В. Воронов // Автоматическая сварка. — 2012. — № 10 (714). — С. 43-47. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Исследованы степень износов и критерии ремонтопригодности буровых алмазных долот с алмазно-твердосплавными резцами. Проанализированы статистические данные отработки ресурса алмазных буровых долот разного сортамента.
The degree of wear and criteria of repairability of diamond drill bits with diamond Ц hard alloy cutters (PDC) were investigated. Statistical data on service life of different types of diamond drill bits were analysed.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:17:35Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.791.3;622.24
ОСОБЕННОСТИ ИЗНОСА И КРИТЕРИИ
РЕМОНТОПРИГОДНОСТИ БУРОВЫХ ДОЛОТ
С АЛМАЗНО-ТВЕРДОСПЛАВНЫМИ РЕЗЦАМИ
Чл.-кор. НАН Украины В. Ф. ХОРУНОВ, Б. В. СТЕФАНИВ, канд. техн. наук,
О. М. САБАДАШ, В. В. ВОРОНОВ, инженеры (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Исследованы степень износов и критерии ремонтопригодности буровых алмазных долот с алмазно-твердосплавными
резцами. Проанализированы статистические данные отработки ресурса алмазных буровых долот разного сортамента.
К л ю ч е в ы е с л о в а : проходка, механическая скорость,
сверхтвердые материалы, алмазный слой, алмазно-твердос-
плавный резец (АТР), износостойкость, буровая скважина,
поликристаллический алмазный резец (PDC)
Горные породы, слагающие разрез скважины, раз-
личны по составу и имеют различные свойства,
в зависимости от которых их разрушают резани-
ем, скалыванием, истиранием, дроблением. Ха-
рактер разрушения зависит от твердости и плас-
тичности горных пород, поэтому для бурения
скважин применяют инструменты определенного
типа. Основным инструментом для механическо-
го разрушения горных пород в процессе бурения
скважины является долото. В современной прак-
тике применяют различные виды и типы долот.
Целью настоящей статьи являются исследо-
вания особенностей износа и критерии ремон-
топригодности буровых долот с алмазно-твердос-
плавными резцами.
Объектами настоящего исследования являются
инструменты вращательного способа бурения, та-
кие, как долота, буры, различные коронки и бу-
рильные головки, оснащенные алмазами, тверды-
ми сплавами или алмазно-твердосплавными ма-
териалами в форме цилиндрических вставок. Бу-
рильные долота и бурильные головки изготовля-
ют из прочных и износостойких материалов, так
как в процессе бурения на долото действуют осе-
вые, в том числе ударные нагрузки, вращающий
момент, а также давление и химическая актив-
ность промывочной жидкости.
При бурении рабочая поверхность вставок, из-
нашиваясь, изменяет первоначальную форму, что
приводит к снижению технико-экономических по-
казателей бурового инструмента. Аномальный из-
нос и образование на рабочей поверхности долот
кольцевых канавок приводит инструмент в неп-
ригодное состояние.
Износ рабочей поверхности бурового инстру-
мента — сложный процесс, обусловленный мно-
гими факторами, в том числе свойствами инстру-
ментальных материалов и горных пород на забое
скважины, качеством конструкции бурового инс-
трумента, эффективностью очистки породоразру-
шающих элементов и промывки скважины.
В настоящее время накоплен значительный
фактический материал относительно отработки
ресурса долот с алмазно-твердосплавными резца-
ми (АТР) и их ремонтопригодности. В Украине
для бурения скважин по добычи нефти и газа в
основном применяют буровые долота производ-
ства США, Китая, России и в меньшей степени
Украины. Узким местом для бурения твердых и
сверхтвердых пород буровых скважин является
значительный износ отечественных долот и в ка-
кой-то мере зарубежных долот. Для увеличения
срока службы необходимо производить ремонт
этих дорогостоящих изделий. Однако в настоящее
время в Украине ремонт и восстановление оте-
чественных и зарубежных долот не проводится.
Долота ведущих фирм «Reed Tools», «Smith
Tools», «Hughes Christensen» и ВАТ «Волгабур-
маш» (Россия), степень износа которых не пре-
вышает 30%, вывозятся за пределы страны для
ремонта в США, Канаду и другие страны. Поэ-
тому выявление особенностей износа и критериев
ремонтопригодности отечественных и зарубеж-
ных долот является актуальной задачей, решение
которой позволит увеличить ресурс долот и сэ-
кономить значительные средства.
В ИЭС им. Е. О. Патона был проведен анализ
особенностей износа АТР стальных и матричных
буровых долот, бывших в использовании при бу-
рении скважин в горных породах. За основу был
взят метод описания износа долот, построенный
по системе классификации, принятой Междуна-
родной ассоциацией буровых подрядчиков
(IADC) [1, 2], согласно которой для определения
износа используют восемь параметров (табл. 1).
В нашем случае для определения износа долот
достаточно шести параметров, кроме 5-й и 8-й
колонок данной таблицы.
© В. Ф. Хорунов, Б. В. Стефанив, О. М. Сабадаш, В. В. Воронов, 2012
10/2012 43
Рассмотрим подробнее классификацию опре-
деления износа долот по табл. 1.
Износ внутренних и наружных рядов. Для
описания износа режущей структуры используют
1, 2-ю колонки. В колонке 1 (I — внутренний
ряд) ставится код износа той части режущей
структуры, которая при работе долота на забое
не касается стенок скважины. Как правило, внут-
ренние ряды составляют 2/3 всей режущей струк-
туры (рис. 1). Характеристика износа вооружения,
расположенного на внутренних рядах, позволяет
уменьшить количество вариантов износа и более
детально определить его причину.
В колонке 2 (О — наружный ряд) ставится
код износа режущей структуры долота, которая
в процессе бурения непосредственно соприкаса-
ется со стенками скважины. Наружные ряды сос-
тавляют 1/3 всей режущей структуры (рис. 1). Ха-
рактеристика износа этой части вооружения по-
могает оценить правильность работы калибрую-
щей части режущей структуры долота в скважине.
Для описания износа АТР или твердосплавных
вставок применяют линейную шкалу в диапазоне
от 0 до 8. Номер степени износа увеличивается
с износом PDC-резца (рис. 2, а) и твердосплавных
вставок (рис. 2, б).
Характеристики износа долота. В колонке 3
(D — характер износа) для указания основного
(преобладающего) характера износа используют
кодировку, приведенную в табл. 2.
В колонке 4 (L — местоположение) для ука-
зания места на поверхности долота, где произо-
шел износ вооружения (рис. 3), используют бук-
венный или цифровой код. Коды, которые при-
меняют для описания местоположения износа на
буровых алмазных долотах, приведены на рис. 4.
Коды износостойкости цилиндрических АТР
приведены на рис. 5.
Износ долота по диаметру. В колонке 6 (G
— внешний диаметр) указывают износ долота по
калибру. Для этого диаметр долота замеряют пе-
ред его спуском в скважину и при подъеме спе-
циальным калибровочным кольцом. Допуски на-
ружного диаметра алмазных буровых долот по
API представлены в табл. 3.
В колонке 7 (О — другие типы износа) для
описания вторичной характеристики износа до-
лота в добавление к характеристикам износа во-
оружения, перечисленным в колонке 3, исполь-
зуют те же двухбуквенные коды, что и в табл. 2.
Применение долот нового поколения для до-
бычи нефти и газа, оснащенных поликристалли-
Т а б л и ц а 1. Классификация определения износа долот
Вооружение (режущая структура) В G Примечания
Внутренние
ряды (I)
Внешние
(наружные)
ряды (O)
Характер
износа (D)
Местоположение
(L)
Уплотнение
опоры (В)
Износ
по диаметру
(G)B 1/16
Другие типы
износа (О)
Причина
подъема из
скважины (R)
1 2 3 4 5 6 7 8
Рис. 1. Схема степени износа вооружения
Рис. 2. Схема износа алмазно-
твердосплавных резцов (а) и
твердосплавных вставок (б): а:
0 — резец долота не изношен;
1–7 — резец изношен соответ-
ственно на 10, 15, 25, 30, 50, 70,
100 %; 8 — полная потеря
вооружения; б: 0 — вставка до-
лота не изношена; 2, 4, 6 —
вставка изношена соответс-
твенно на 25, 50, 75 %
Рис. 3. Местоположение вида износа на буровом долоте
44 10/2012
ческими алмазными резцами PDC (Polycrystallinе
Diamand Cutter) производства ведущих мировых
марок (DDI, «Reed Hycalog», DPI, «Baker Hughes»,
«Smith International», «King Dream», «Security»),
имеют существенные преимущества по сравне-
нию с шарошечными долотами [3]: увеличение
проходки на долото и механической скорости бу-
рения в 4…5 раз; уменьшение количества спус-
ко-подъемных операций; существенное снижение
себестоимости метра проходки и стоимости од-
ного часа работы буровой установки; высокую
износостойкость резцов; возможность эффектив-
ного повторного использования восстановленных
долот без ухудшения эксплуатационных качеств
вследствие отсутствия движущихся элементов;
высокий моторесурс и др.
Основой восстановления эксплуатационных
качеств буровых алмазных долот является замена
PDC-резцов и восстановление поверхностного
слоя матрицы. Выпаивание изношенных и пайка
новых резцов с использованием серебряных при-
поев является основным технологическим процес-
Рис. 4. Схемы и коды износа вооружения долот: N — режущая структура, расположенная ближе всего к вершине долота; M
— средний ряд резцов долота, расположенный между рядами N и G; G — калибрующий ряд, режущая структура, находящаяся
на калибрующей поверхности долота; A — все ряды (вся режущая структура долота); С — внутренняя конусная поверхность;
Т — наружная конусная поверхность; S — плечо
Т а б л и ц а 2. Характер износа долот
BC Слом части долота LТ Потеря резцов
BT Сломаны резцы NO Отсутствие износа
BU Зашламованость долота NR Не пригодно для повторного спуска
CC Образование трещин на долоте OC Ексцентрический износ
CD Заклинивание долота PB Механическое повреждение долота при СПО
CI Зацепление долота PN Закупорка насадки промыванием канала
CR Кернение (износ вершины долота) RG Износ калибрующей части вооружения
CT Скол резца RO Кольцевая выработка на долоте
ER Эрозионный износ RR Долото пригодно для повторного спуска
FC Плоский износ SD Повреждения козырька резца
HC Термический нагрев резцов SS Эффект самозатачивания резцов
JD Работа долота по металлу TR Образование гребней на долоте
LC Потеря долота WO Размыв корпуса долота
LN Потеря насадки WT Износ резцов
Рис. 5. Схема и коды износостой-
кости АТР: 1 — отсутствие изно-
са; 2 — изношенные резцы (WT);
3 — потеря резца (LT); 4 — слом
алмазной пластины (BF)
Та б л и ц а 3. Допуски наружного диаметра буровых долот
Номинальный наружный диаметр долота, мм В дюймах В миллиметрах
От 85,76 до 349,2 включительно –0…+0,313(1/32) –0…+0,794
От 355,6 до 444,5 включительно –0…+0,625(1/16) –0…+1,588
От 447,68 и более –0…+0,938(3/32) –0…+2,381
10/2012 45
сом замены алмазно-твердосплавных резцов
(PDC).
Масса фрезерованных, сварных и матричных
долот, которая, как правило, мало отличается друг
от друга, в зависимости от наружного диаметра
(93…495 мм) она составляет от 5 до 200 кг. Кон-
струкция лопастей, их количество, схемы разме-
щения резцов в различных типах долот значи-
тельно отличаются, что также требует индивиду-
ального подхода при выборе источников нагрева,
его мощности и способа передачи тепловой
энергии для обеспечения качественного восста-
новления каждого бурового долота.
Известно, что PDC-резцы долота изнашивают-
ся неодинаково — наиболее изношенными явля-
ются центральные, а наименее периферийные, т. е.
нагрузка на резцы долота распределяется статис-
тически неопределенным образом. Таким обра-
зом, при внешнем осмотре долота необходимо
составить дефектную ведомость для данного типа
долота и определить количество и качество PDC-
резцов для полной или частичной их замены.
При выборе источника нагрева для распайки
PDC-резцов из гнезд лопастей долот необходимо
учитывать температурную стойкость поликрис-
таллического алмазного слоя, массу и количество
лопастей долота, а также схему размещения рез-
цов в долоте.
Проанализировав источники [4–10] тепловой
энергии конструктивных типов (сварных, цель-
нофрезерованных, матричных) алмазных буровых
долот и состояние их изношенности (не более
50 %), установлено, что объемные
способы нагрева (в печи, солевой
расплав) не соответствуют требова-
ниям контроля температурно-вре-
менных режимов технологического
процесса замены АТР. Наиболее ра-
циональные способы выпаивания
PDC-резцов с точки зрения сохране-
ния физико-химических свойств их
алмазного слоя являются газопла-
менный и индукционный нагрев.
В результате проведенных иссле-
довательских работ были установле-
ны температурно-временные режи-
мы выпаивания PDC-резцов из бу-
ровых алмазных долот (сварочных
стальных, с матричным корпусом и
цельнофрезерованным стальным
корпусом):
— для групповой (с целой ло-
пастью) — наиболее приемлем ин-
дукционный нагрев с максимальной
мощностью до 30 кВт;
— для выборочной (один или нес-
колько) — нагрев одним или двумя
газовыми горелками № 4 при мак-
симальной мощности газовой смеси
(кислород-пропан/бутан) до 10 кВт.
Особенности восстановления до-
лот зависят от плотности и физико-
химических свойств коррозионнос-
тойкого поверхностного слоя долот,
а также влияния на температурно-в-
ременные режимы нагрева, устойчи-
вости поликристаллического алмаз-
ного слоя и качества паяных соеди-
нений PDC резцов с матрицей до-
лота.
Согласно данной классификации
были определены степени износа бу-
ровых алмазных долот (сварочных
стальных, с матричным корпусом и
Т а б л и ц а 4. Характеристика износа матричного долота производства
США (горные породы — песчаник серый, алевролит темно-серый, арги-
лит темно-серый)
Тип износа Классификация данного
износа согласно IADC Пример износа
Износ режущих
кромок PDC-резцов
SS — износ
режущих кромок
WT — общий износ
Общий износ/разру-
шение PDC-резцов
WT — общий износ
CT — сколотые резцы
BT — сломанные рез-
цы
Местный износ пок-
рытия и сердцевины
корпуса с разруше-
нием посадочных
мест под PDC-резцы
RO — износ вооруже-
ния по окружности
FC — плоский износ
WO — размыв долота
Общий износ
корпуса долота WO — размыв долота
FC — плоский износ
долота
46 10/2012
цельнофрезерованным стальным ко-рпусом), пос-
тавленных для ремонта в ИЭС им. Е. О. Патона
НАН Украины. По результатам исследований бы-
ли построены таблицы износа буровых долот в
зависимости от физико-химических характерис-
тик горных пород. В качестве примера приведены
характеристики износа бурового матричного до-
лота с АТР фирмы «Baker Hughes» производства
США (табл. 4). Итоговая оценка износа данного
долота согласно IADC: 3 7 RO T 0 I (CT, BT,
WT, FC) PR — ремонту подлежит.
Выводы
1. Составлены таблицы особенностей износа до-
лот и дефектов АТР и твердосплавных вставок
согласно классификации IADC.
2. Определены критерии ремонтопригодности
трех типов изношенных долот: стального сварно-
го долота (Украина), долота с цельнофрезерован-
ным стальным корпусом (Россия) и долота с мат-
ричным твердосплавным корпусом (США).
3. Основными видами износа PDC долот на
месторождениях являются: износ резцов (17 %),
поломка резцов (30 %), скалывание резцов
(31 %), выпадение резцов (3 %), отсутствие из-
носа (19 %).
1. Коды износа алмазных долот. http://vbs-service.ru
2. Классификация долот по характеру износа. http://vbs-ser-
vice.ru
3. Продаем PDC долота. Компания «ЮНИТУЛЗ» Рус.
02.03.2009. http://www.unitools.ru
4. Кортес А. Р. Сварка, резка, пайка металлов. — М.: ООО
«Арфа СД», 1999. — 192 с.
5. Lindberg R. A., Braton N. R. Welding and other joining pro-
cesses. Boston: Allyn and Bacon Inс., 1976. — 541 р. —
(Welding and Other Joining Processes).
6. Сварка в машиностроении: Справ. 4 т. / Редкол. Г. Л.
Николаев и др.; под ред. Н. А. Ольшанского. — М.: Ма-
шиностроение, 1978. — Т.1. — 504 с.
7. Глизманенко Д. Л., Евсеев Г. Б. Газовая сварка и резка
металлов. — М.: Машгиз, 1954. — 512 с.
8. Николаев Г. И., Ольшанский Н. А. Специальные методы
сварки. — М.: Машиностроение, 1974. — 232 с.
9. Богданов В. Н., Рыскин С. Е. Применение сквозного ин-
дукционного нагрева в промышленности. — М.; Л.: Ма-
шиностроение, 1965. — 96 с.
10. Справочник по пайке / Под ред. И. Е. Петрунина — 3-е
изд. перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 2007. —
480 с.
The degree of wear and criteria of repairability of diamond drill bits with diamond Ц hard alloy cutters (PDC) were
investigated. Statistical data on service life of different types of diamond drill bits were analysed.
Поступила в редакцию 22.05.2012
НОВАЯ КНИГА
Современные технологии ремонта, восстановления и реновации. — Киев: Меж-
дународная ассоциация «Сварка», 2012. — 172 с. Мягкий переплет, 200×290 мм.
Сборник включает 38 статей, опубликованных в журнале «Авто-
матическая сварка» за период 2009-2011 гг., по проблемам ремонта,
восстановления и реновации изделий ответственного назначения.
Авторами статей являются известные в Украине ученые и
специалисты в области сварки, наплавки, упрочнения, металлизации
и других технологий ревитализации.
Сборник предназначен для научных сотрудников, инженеров,
технологов, конструкторов и аспирантов, занимающихся проблемами
сварки и других родственных технологий обработки материалов.
По вопросам реализации просьба обращаться
в редакцию журнала Автоматическая сварка»
10/2012 47
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-101300 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:17:35Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Хорунов, В.Ф. Стефанив, Б.В. Сабадаш, О.М. Воронов, В.В. 2016-06-01T18:51:15Z 2016-06-01T18:51:15Z 2012 Особенности износа и критерии ремонтопригодности буровых долот с алмазно-твердосплавными резцами / В.Ф. Хорунов, Б.В. Стефанив, О.М. Сабадаш, В.В. Воронов // Автоматическая сварка. — 2012. — № 10 (714). — С. 43-47. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101300 621.791.3;622.24 Исследованы степень износов и критерии ремонтопригодности буровых алмазных долот с алмазно-твердосплавными резцами. Проанализированы статистические данные отработки ресурса алмазных буровых долот разного сортамента. The degree of wear and criteria of repairability of diamond drill bits with diamond Ц hard alloy cutters (PDC) were investigated. Statistical data on service life of different types of diamond drill bits were analysed. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Производственный раздел Особенности износа и критерии ремонтопригодности буровых долот с алмазно-твердосплавными резцами Peculiarities of wear and criteria of repairability of drill bits with diamond- hard alloy cutters Article published earlier |
| spellingShingle | Особенности износа и критерии ремонтопригодности буровых долот с алмазно-твердосплавными резцами Хорунов, В.Ф. Стефанив, Б.В. Сабадаш, О.М. Воронов, В.В. Производственный раздел |
| title | Особенности износа и критерии ремонтопригодности буровых долот с алмазно-твердосплавными резцами |
| title_alt | Peculiarities of wear and criteria of repairability of drill bits with diamond- hard alloy cutters |
| title_full | Особенности износа и критерии ремонтопригодности буровых долот с алмазно-твердосплавными резцами |
| title_fullStr | Особенности износа и критерии ремонтопригодности буровых долот с алмазно-твердосплавными резцами |
| title_full_unstemmed | Особенности износа и критерии ремонтопригодности буровых долот с алмазно-твердосплавными резцами |
| title_short | Особенности износа и критерии ремонтопригодности буровых долот с алмазно-твердосплавными резцами |
| title_sort | особенности износа и критерии ремонтопригодности буровых долот с алмазно-твердосплавными резцами |
| topic | Производственный раздел |
| topic_facet | Производственный раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101300 |
| work_keys_str_mv | AT horunovvf osobennostiiznosaikriteriiremontoprigodnostiburovyhdolotsalmaznotverdosplavnymirezcami AT stefanivbv osobennostiiznosaikriteriiremontoprigodnostiburovyhdolotsalmaznotverdosplavnymirezcami AT sabadašom osobennostiiznosaikriteriiremontoprigodnostiburovyhdolotsalmaznotverdosplavnymirezcami AT voronovvv osobennostiiznosaikriteriiremontoprigodnostiburovyhdolotsalmaznotverdosplavnymirezcami AT horunovvf peculiaritiesofwearandcriteriaofrepairabilityofdrillbitswithdiamondhardalloycutters AT stefanivbv peculiaritiesofwearandcriteriaofrepairabilityofdrillbitswithdiamondhardalloycutters AT sabadašom peculiaritiesofwearandcriteriaofrepairabilityofdrillbitswithdiamondhardalloycutters AT voronovvv peculiaritiesofwearandcriteriaofrepairabilityofdrillbitswithdiamondhardalloycutters |