Сравнительная характеристика долот PDC применяемых

     4 Сравнительная характеристика долот  PDC применяемых
ООО  «ИНКО-Сервис»
     
     4.1 Конструктивные особенности долот PDC 
     
     Нефть и газ сегодня, а также в ближайшей перспективе являются основой экономики России. Даже для поддержания достигнутого уровня их добычи, не говоря уже о наращивании, необходимо бурение значительного количества глубоких скважин, особенно разведочных. Чтобы выполнить эту задачу при весьма ограниченных финансовых ресурсах, нужно прежде всего снизить затраты на строительство скважины. Последние во многом определяются производительностью долота. Поэтому как повышение производительности долот, так и подбор параметров бурения является весьма актуальной задачей, которой и посвящена данная спецчасть дипломного проекта.
     Механические и абразивные свойства разбуриваемых горных пород варьируются в широких пределах. Целевое назначение долот также различно. Следовательно, условия их работы, требования к ним разнообразны и для их выполнения необходима гамма долот.
     По назначению долота делятся на три группы: для бурения сплошным забоем, для бурения кольцевым забоем, специального назначения. Первые две группы включают по три класса долот, отличающихся по преобладающему характеру взаимодействия с горной породой: дробящее-скалывающего действия, режуще-скалывающего и истирающе-режущего действия. К двум последним как раз и относятся алмазные долота.
     Долота PDC разрушают горную породу с помощью режущего действия в отличий от разрушения породы сжатием, что происходит при использовании трехшарошечных долот. Эти долота были разработаны, в основном, для бурения мягких и средних пород, где раньше использовались трёх шарошечные долота. В мягких породах долота с резцами PDC демонстрировали скорость проходки, более чем в три раза превышающую аналогичную скорость при использовании других долот. Это достигается за счёт режущего механизма долот PDC и их большей долговечности в связи с отсутствием в их конструкции движущихся частей, которые могут быстро изнашиваться. 	Количество энергии для удаления одной единицы объёма значительно меньше, чем тот же показатель для шарошечных долот и долот, армированных натуральными алмазами.
     Во время процесса разрушения горной породы резцом PDC, твердо-сплавное основание, находящееся сразу за алмазным слоем, изнашивается быстрее, чем поликристаллические алмазы. В результате этого образуется заострённое алмазное лезвие, которое продолжает оставаться острым на протяжении всего ресурса работы резца. Хотя резец PDC показывает прекрасное сопротивление абразивному износу, он очень чувствителен к ударной нагрузке.
     Натуральные алмазы образуются в природе при давлении от 24 000 до 42000 МПа и температуре от 1000 ?С до 3000 ?С. В сравнении, синтетические алмазы создаются при давлении от 7 до 10,5 тысяч МПа и температуре 2000 ?С.
     Производство синтетических алмазов.
     Синтетические алмазы получаются путём комбинирования графита с металлическим растворителем, таким как никель или кобальт (также может быть  применён кремний). Эти металлы действуют как катализаторы. За счёт выбора соответствующих давления и температуры можно получать различные виды синтетических алмазов. В результате, получается алмазный порошок, представленный на рисунке 4.1, который используется для производства поликристаллических алмазных компактов.
     
     
     Рисунок 4.1 – Алмазный порошок
     
     
     4.1.1 Производство PDC
     Алмазный порошок помещается в огнеупорный контейнер, обычно изготовленный из циркония или молибдена. Форма контейнера определяет геометрию окончательного продукта. Подложка из твёрдого сплава (карбида вольфрама) помещается на алмазный порошок, и контейнер закрывается крышкой. После этого контейнер механически герметизируется. Обычно в каждом контейнере изготавливается несколько резцов. Затем контейнер помещается в графитовую нагревательную трубку.
     Сборка помещается в камеру, изготовленную из материала, обладающего экстремально эластичными и огнеупорными свойствами. Под действиями высокого давления этот материал надёжно герметизирует контейнер, одновременно передавая высокое давление штоков пресса на алмазный порошок. Таким материалом является пирофиллит.
     В заключении сборка помещается под пресс. При достижении давления в 7 000 МПа и температуры 1400 ?С начинается спекание алмазных кристаллов, при этом кобальт из твёрдосплавного «задника», где он играет роль цемента, проникает в алмазный порошок, катализируя реакцию спекания. Кобальт также формирует соединения с твёрдосплавным материалом, помогая получить единый компонент.
     После цикла прессования контейнеру дают остыть, а затем вскрывают. PDC компонент подвергается очистке пескоструем, а его поверхность шлифуется для снятия шлаков и для получения плоских внешних поверхностей. Окончательные размеры продукта доводят шлифованием и полировкой.
     Соединение с твердосплавной удлиненной опорой.
     Большинство изготавливаемых резцов PDC имеют только сравнительно короткую твёрдосплавную опору для удержания поликристаллического алмазного слоя. 
     Поэтому возникает необходимость обеспечить более существенную опору для PDC не только для удержания алмазного слоя, но и для присоединения резца к корпусу долота. Эта твёрдосплавная основа может быть выполнена в виде столбиков или цилиндров из карбида вольфрама.
     Процесс присоединения, так называемый «LS-bonding», осуществляется с помощью запатентованной установки. Процесс соединения происходит при температуре 950 ?С, достигаемой за счёт индукционного нагревания.
     Соединяемые поверхности твёрдосплавной удлинённой опоры и PDC очищаются с помощью ультразвуковой установки. Прокладка из припоя приклеивается к опоре и алмазному резцу. Затем производится спайка на специальном оборудовании.
     
     4.1.2 Присоединение резца PDC к корпусу долота
     Для закрепления резцов PDC на долоте, в зависимости от материала корпуса долота (стального или твёрдосплавного), используются два различных процесса:
     а) присоединение к долоту со стальным корпусом.
     Корпус долота нагревается в печи до температуры 440 ?С. При этой температуре посадочные отверстия для резцов, заранее высверленные в теле долота, расширяются до размера, при котором резцы могут быть свободно вставлены. Когда долото охлаждается до наружной температуры, диаметр отверстий соответственно сокращается, зажимая при этом резец в нужной позиции;
     б) присоединение к долоту с матричным корпусом. 
     В долотах с матричным корпусом посадочные карманы для резцов производятся при помощи установки вспомогательных графитовых вкладышей, которые после отливки корпуса удаляются машинной обработкой. Все резцы впаиваются  в корпус долота, используя обычный припой. Опоры резцов и карманы для них тщательно очищаются до помещения припоя на дно каждого кармана. Для нейтрализации продуктов окисления, которые могут помешать правильному проведению пайки, на опоры резцов накладывается флюс. Наличие флюса также обеспечивает равномерное распределение припоя по телу резца. Резцы устанавливаются в карманах и закрепляются специальным пружинным устройством. Корпус долота помещается в печь и в восстановительной среде нагревается до температуры 700 ?С. При данной температуре формируются соединения между поверхностями опоры резца и кармана. После охлаждения припой твердеет, и пружинное фиксирующее устройство снимается. 
     Так же имеет значение температурная стабильность PDC.
     Присутствие кобальта обуславливает предел температурной устойчивости резца PDC, который существенно ниже, чем у натурального алмаза. Кобальт используется в процессе производства синтетических алмазов в качестве растворителя графита и затем - как катализатор для его превращения и высаживания создавшихся частиц алмазов. Если резец PDC нагреть выше 700 ?С, кобальт вновь начинает работать как катализатор, но в данном случае он стимулирует превращение алмазных кристаллов в графит. Поэтому, во избежание риска спонтанной графитизации, очень важно, чтобы резец PDC использовался при температуре ниже критической.
     
     4.1.3 Профили долота
     Существуют три основных типа профилей.
     Плоский, или с неглубоким конусом: эта конструкция позволяет равномерно распределять приложенную на долото нагрузку на каждый из резцов, но при этом она ограничивает плотность размещения резцов, и тем самым ограничивает применение долота в породах с твёрдыми пропластками.
     Двойной конус, или сужающийся профиль: эта конструкция позволяет увеличить плотность размещения резцов в сторону наружного диаметра долота, даёт возможность получить их равномерный износ, а также обеспечивает высокую стабильность при вращении и направленном бурении. Долота с двойным конусным профилем наиболее пригодны для бурения пород с чередующимися твёрдыми пропластками.
     Параболический профиль: эта конструкция долота обеспечивает равно-мерное распределение нагрузки по поверхности, исключая тем самым зоны с резкой концентрацией напряжений. Обычно долота с параболическим пофилем используются при бурении с забойными двигателями и турбобурами.
     Немаловажную роль имеет расположение гидравлических насадок.
     Расположение гидравлических насадок имеет важное значение для сведения к минимуму образования застойных зон вокруг долота при бурении. С помощью стробоскопии могут быть выявлены и, при необходимости, откорректированы застойные зоны и зоны избыточного движения жидкости.
     В качестве механизма  для разрушения горных пород используются резцы PDC. 
     Долота PDC разрушают горную породу с помощью режущего действия в отличии от разрушения породы сжатием, что происходит при  использовании трехшарошечных долот. Количество энергии для удаления одной единицы объёма значительно меньше.
     Во время процесса разрушения горной породы резцом PDC, твёрдосплавное основание, находящееся сразу за алмазным слоем, изнашивается быстрее, чем поликристаллические алмазы. В результате этого образуется заострённое алмазное лезвие, которое продолжает оставаться острым на протяжении всей жизни резца.
     Хотя резец PDC показывает прекрасное сопротивление абразивному из-носу, он очень чувствителен к ударной нагрузке. Более вязкая твёрдосплавная основа обеспечивает определённую степень поддержки и смягчения ударных нагрузок. Компания «Рид-Хайкалог» запатентовала импрегнированные алмаз-ные вспомогательные элементы, которые используются во всех типах буровых долот с резцами PDC, что также играет ключевую роль в защите алмазных резцов от ударных нагрузок [17]. 
     В отличие от шарошечных  и долот с мелкими алмазами, PDC резцы обладают самозатачивающимися свойствами. Механизм разрушения породы долотом с алмазные буровые долота (АТП) представлен на рисунке 4.2.
     
     
      
     
     
     
     
     Рис.4.2 ? Разрушение породы
     4.2 Разновидности PDC резцов 
     
     Разновидности PDC резцов имеют наибольшую толщину алмазного стола, которые представлены на мировом  рынке (0,150 – 3,85 мм):
                      –  GridMax резцы высшего качества соединительные поверхности резцов GridMax имеют ячеистую структуру. Повышенная ударная прочность и сниженные остаточные напряжения. Специальная смесь натуральных и синтетических алмазов повышает абразивное сопротивление (рисунок 4.3); 
     
                                              
        Рисунок 4.3 ? Резцы GridMax
                        – SonicMax резцы имеют три концентрические кольца снижают остаточные напряжения. Кольца имеют различные высоты и расположены на поверхности опоры.. Достигается, повышена ударная прочность и снижения остаточного напряжения, специальная смесь натуральных и синтетических алмазов  повышает абразивное сопративление (рисунок 4.4);

     Рисунок 4.4 ? SonicMax резцы
                 – TecMax резец имеет два алмазных слоя при этом геометрия соединительной поверхности первичного алмазного слоя снижает остаточные напряжения высокое ударное сопротивление (уникальная форма позволяет также увеличить объём алмазов  в критических местах) и  вторичный алмазный слой расположен в зоне основного износа подкладки резца (рисунок 4.5);
     Рисунок  4.5 TecMax резцы
       –  GeoMax-Quick резцы специальный профиль подкладки позволяет более глубокое проникновение резца в породу и повышение удельных нагрузок за счёт снижения контактной поверхности (рисунок 4.6);
     
     
     
     
                        
     Рисунок 4.6 GeoMax-Quick резц
       –  GeoMax-Lo-Torque резцы с
     нижаются агрессивность резания, что необходимо при работе на низкомоментных турбинах в мягких породах кроме того Фаска по кромке алмазного слоя увеличивает обратный угол резания (рисунок 4.7);
     
     
     
     
                     Рисунок 4.7 – Резец GeoMax-Lo-Torque
     
     
     	  – резцы GeoMax-Arrow 
     имеет приостреённый конец основная идея предварительное разрушение породы и рекомендуется только для бурения карбонатных пород (рисунок 4.8).
     
     
      
     
     
     
     
     
     
     
     Рисунок 4.8 – Резец GeoMax-Arrow
     
                                 
     4.3 Конструкция долот PDC
     
     Конструкции буровых долот с поликристаллическими алмазными вставками (polycrystalline diamond compact-PDC) значительно усовершенствовались по сравнению с первыми примитивными конструкциями, которые использовались в начале 1970-ых годов. Вместе с разработкой искусственных алмазов было налажено массовое производство поликристаллических алмазных вставок (PDC) и вставок из термостойких поликристаллических алмазов (thermally stable polycrystalline-TSP) или вставок из «спекшейся алмазной крошки». После первого применения PDC-долот с жестко закрепленными шарошками в течение последующих 35 лет они стали предпочтительным выбором при освоении месторождений. Развитие технологии PDC – долот могло стать признаком значительного улучшения состава материала, геометрии и расположения шарошек в долоте. Как сказал представитель одной из известных компаний – производителей долот: «Промышленность видит, что в последнее время использование долот с жестко закрепленными шарошками расширяется по сравнению с использованием долот с роликовыми коническими шарошкам». Кроме того, при выполнении буровых операции расширяются масштабы использования PDC-долот [18]. 
     Помимо обзора новых конструкций долот, также рассматриваются различные аспекты развернувшейся недавно конкурентной борьбы патентов на конструкции долот, собственные программные средства для конструирования долот и инновационные решения, появившиеся в результате разработки новых конструкции, как это следует из различных публикаций, посвященных оптимизации бурения.
     
     4.4 Долота серии «SHARC»
     
     Высокопроизводительные долота SHARC для бурения особо прочных пород Конструкция алмазных долот SHARC позволяет осуществлять бурение прочных высокоабразивных пород без снижения скорости проходки. Увеличение скорости бурения и времени пребывания в скважине за один рейс долот SHARC является значительным преимуществом, особенно при росте затрат на эксплуатацию буровых установок и все более сложных программах бурения.
     Первоначально испытанные в самых прочных породах Восточного Техаса и акватории Северной Луизианы, долота SHARC теперь показывают прекрасные результаты по всему миру в самых сложных интервалах. Во время первых буровых испытаний проходка алмазным долотом с конструкцией SHARC превысила на 36 % проходку стандартного долота при аналогичных условиях.
     Оба долота работали до тех пор, пока степень износа резцов не достигла 1-1. Результаты показали, что проходка долотом SHARC составила 320 м (1050 футов)  по сравнению с 223 м (732 футами) долота обычной конструкцией. Ключевым фактром в достижении износостойкости долота и максимальной скорости проходки является поддержание его стабильности в широком диапазоне условий бурения. 
     Снижение износа резцов означает большее количество пробуренных метров за рейс и более высокую скорость проходки за счет сохранения острой режущей кромки резцов. Повышение износостойкости долот SHARC позволяют сократить количество спускоподъемных операций, тем самым сэкономить время и деньги нефтегазодобывающей компании. Все долота SHARC прошли  сертификацию IDEAS или сертификацию по наклонно-направленному бурению IDEAS. Бурение абразивных пород Компания Smith Bits разработала резцы, которые дополняют возможности долот SHARC в области бурения абразивных пород. В долотах SHARC применяются последние достижения в области материалов, геометрии соединительной поверхности алмазной пластины с твердосплавной подложкой и технологии производственных процессов. Как и зубы акулы, расположенные в несколько рядов, структура резцов SHARC состоит из двух рядов резцов, установленных на определенных лопастях. 
     Каждый индивидуальный ряд резцов усиливает предыдущий, что обеспечивает повышенную долговечность в уязвимых носовой и плечевой областях профиля долота, гарантируя необходимую скорость проходки. Двойные ряды резцов расположены таким образом, чтобы обеспечить эффективную гидравлическую очистку и охлаждение.  Данная характеристика важна не только при бурении абразивных переслаивающихся пород, но также при бурении поверхностных интервалов или в условиях ограниченной гидравлической энергии. Когда резцы из поликристаллических алмазов (PDC) типа ONYX* были представлены на рынке, их стойкость к абразивному износу и термическому разрушению значительно улучшили эксплуатационные характеристики долот PDC при бурении в твердых и абразивных породах.
      Для дальнейшего повышения эффективности долот PDC необходимо было создать совершенно новую технологию изготовления резцов. Углубленный анализ износа долот, применение новых материалов и производственных процессов позволили компании Smith Bits создать резец PDC ONYX II* класса Premium. Сохраняя острые кромки дольше, чем резцы предыдущего поколения, новые резцы ONYX II увеличивают эффективность  бурения долотами PDC в самых сложных условиях, что значительно улучшает общие эксплуатационные характеристики долот PDC и снижает стоимость проходки.
     
     
     4.5 Резцы PDC серии ONYX II (класса Premium)
     
     Постоянные инвестиции компании Schlumberger в самое современное испытательное оборудование позволили улучшить понимание фундаментальных процессов взаимодействия резца и породы. С помощью специального лабораторного оборудования наши инженеры-разработчики испытывали резцы ONYX II нового поколения и сравнивали их с режущими элементами ONYX первой серии.
     Это сравнение, выполненное в контролируемых лабораторных условиях, показало, что проходка резцами ONYX II на 20 % больше, при этом их износ существенно меньше, чем у резцов ONYX первой серии. Эти результаты ясно указывают на то, что улучшенная термическая стабильность позволяет резцам ONYX II сохранять структурную «Schlumberger»  [17].
     Фундаментальная конструкция PDC – долота включает оптимальное размещение шарошек для обеспечения желаемых углов наклона при входе долота в пласт (рисунок 4.9). 
       
Третье  поколение резцов PDC класса Premium
2009

       
Второе поколение резцов PDC класса Premium 
    2006
Первое поколение резцов PDC класса Premium 2003
Четвертое поколение резцов PDC класса Premium 2011
       





Рисунок 4.9 ?  График изменения  проходки долота  PDC [17].
     
       Выступающая часть шарошки, которая соответствует расстоянию между верхней частью лопасти долота и краем шарошки, должна быть максимальной из-за ее влияния на гидравлические характеристики.
     От величины переднего угла в продольной плоскости шарошки зависит ее жесткость. При небольших значениях передних углов в продольной плоскости увеличивается глубина резания и максимально повышается механическая скорость проходки (rate of penetration ? ROP) в мягких породах.
     В более твердых породах увеличение передних углов в продольной плоскости способствует минимизации износа. Увеличение этого угла влияет на продление срока службы шарошки, однако при этом уменьшается скорость проходки – ROP. Чтобы найти компромиссное решение для этих двух задач, связанных  с износом долота и увеличением ROP, конструкторы должны признать оптимального распределения шарошек вдоль режущей поверхности долота. По режущему лезвию каждого PDC – долота эти передние углы в продольных плоскостях шарошек распределяются так, чтобы уравновесить суммарные силы, действующие на шарошки. Конструкторы размещают менее жесткие режущие элементы ближе к оси долота, а более жесткие к его калибрующего части.

     
     Рисунок 4.10 – Ориентация шарошки в PDC-долоте, показывающая,
что эффективный передний угол в тыльной плоскости зависит от угла смещения (DOC) и геометрии передней поверхности/фаски шарошки.
 
     Аналогично, конструкторы предпочитают размещать рабочие плоскости режущих элементов под меньшим передними углами ближе к оси долота и под большими углами наклона калибрующей части. При разработке конструкций современных долот должна быть осуществлена оптимизация этих углов. Для этого требуется собственные программные средства, позволяющие моделировать износ и влияние этих углов на процесс бурения различных видов пород.
     В конечном счете, самой главной задачей конструкторов долот является обеспечение устойчивости шарошек, которая зависит от размещения и ориентации режущей поверхности лопасти долота, а также от других особенностей, таких как профиль лопасти, ее геометрия, число лопастей и показатель спиральности лопастей. Помимо геометрии и ориентации шарошек конструкторы должны обратить внимание на конструкцию шарошек. Конструкция PDC ? долота состоит из рабочих элементов, которые называются режущими элементами с алмазным покрытием, состоящим из тонких пластин со спекшейся алмазной крошки, и конструктивных элементов, которые называются подложкой. Как при выборе геометрической схемы шарошки конструктору необходимо определить баланс между эффективностью шарошки и ее износом, точно также необходимо найти баланс между долговечностью и термостойкостью режущих элементов [19].
     Термостойкостью спекшейся алмазной крошки значительно возрастает после удаления катализатора, после чего она приобретает свойства TSP. Процесс удаления катализатора получил название «кислотного выщелачи-вания». Однако выщелачивание снижает ударную прочность режущих элемен-тов. Для идеальной конструкции было бы оптимально, чтобы в процессе выще-лачивания катализатор удалялся только из ключевых зон алмазного покрытия режущих элементов для повышения их термостойкости и, в то же время, под-держания их ударной прочности. 
     Корпуса долот PDC бывают стальными и матричными. Матричный корпус получают путем пропитки твердосплавного порошка, помещенного в пресс-форму, легкоплавким связующим – латунью, бронзой, сплавами на основе никеля.
     Матрица обладает значительно более высокой износоустойчивостью и сопротивляемостью гидроабразивному износу.
     Стальной корпус имеет более высокую точность изготовления и обеспечивает значительно большую протяженность лопастей долота в осевом и радиальном направлении (то есть “вылет” лопасти над корпусом долота).
     
     Конструкция PDC долот представлена на рисунках 4.11 и 4.12.
     

Рисунок 4.11 ?  Долото PDC вид сверху


Рисунок 4.12 ? Долото PDC вид слева

     Решение о том, какой материал использовать в новой конструкции всегда является компромиссным решением.
     От корпуса долота, на протяжении всего срока службы долота, требуется обеспечение следующих функций:
     - удерживать и обеспечивать поддержку, как резцов, так и промывочных насадок;
     - сохранять прочность при рабочих условиях на забое скважины;
     - направлять и контролировать поток бурового раствора, очищающего и охлаждающего резцы;
     - обеспечивать крепление к бурильной колонне.
     Хотя как сталь, так и матрица могут удовлетворить все эти требования, каждый из материалов может превосходить другой в специфических функциях.
     В любом случае основные конструктивные особенности долот: размер вооружения, профиль лопастей, материал корпуса и так далее зависят от типа разбуриваемых пород.
     Для более твердых пород увеличивается запас вооружения, следователь-но, увеличивается количество лопастей и уменьшается диаметр резцов. Малые резцы дают максимальный радиальный объем алмазов благодаря плотности их распределения. 
     Для менее твердых пород – размер резцов увеличивают (до ?22,5 мм). Крупные резцы имеют больший объем алмазов обусловленный их большим выступом.
     Также может изменяться и длина калибрующей части в зависимости от назначения долота. Например, для бурения участка набора зенитного угла калибрующая часть укорачивается, для зарезных долот может вообще отсутствовать или являться режущей. Для участка стабилизации, с целью повышения качества ствола и стабилизации работы долота, длину калибрую-щей части повышают. 
     

Рисунок 4.13 ?  Шифры условного обозначения долото PDC
     4.6 Конструктивные особенности долот PDC ООО НПП «БУРИНТЕХ»
     
     ООО НПП «БУРИНТЕХ» производит широкую гамму долот и бурголовок, имеющих различное назначение и удовлетворяющих множеству различных требований заказчика.

     На сегодняшний день спрос на нефть и газ возрастает, а вновь вводимые в разработку запасы углеводородного сырья расположены на значительно больших глубинах, по сравнению с разработанными, или характеризуются более сложным горно-геологическим строением горизонтов. В этих условиях ставится вопрос об увеличении объемов бурения и улучшении технико-экономических показателей процесса бурения. Одним из решений данной задачи является применение более эффективных породоразрушающих инструментов. В разрезах представленных породами 6-й категории твердости и выше применяются шарошечные долота с запрессованными твердо-сплавными зубками. 
         После успешной разработки долот PDC для бурения мягких и мягких с включениями средних по твердости пород, в ООО НПП «БУРИНТЕХ» проделана большая работа по проектированию долот PDC для бурения скважин в условиях, где в геологическом разрезе представлены твердые породы 6 и 7-й категорий твердости. Как показали промысловые испытания, проведенные на месторождениях европейской части России и в Восточной Сибири, при применении PDC долот удается получать более высокие показатели механической скорости. Однако быстрый износ резцов и вызванное этим уменьшение суммарной проходки на долото делают нерациональным использование долот PDC для бурения в твердых породах 6 и 7-й категорий твердости. Анализ показал, что быстрый износ резцов обусловлен вибрациями, вследствие которых возникают значительные динамические напряжения на резцах PDC. Сильные вибрации могут возникать из-за несбалансированности сил, действующих на резцы во время бурения. В ООО НПП «БУРИНТЕХ» разработана конструкция долота БИТ 295,3 ВТ 516 УСВ.908-01, которая обладает сложной режущей структурой, спроектированной специально для бурения твердых пород и 5-й категорий твердости. В марте  2014 года долото БИТ 295,3 ВТ 516 УСВ.908-01с успешно прошло промысловые испытания в районе деятельности ОАО «Оренбургнефть» на Широкодольском место-рождении в интервале 300-1660м,  представленном переслаиванием глины, песчаников, алевролитов, известняки и доломитов. Механическая скорость бурения данного интервала долотом БИТ 295,3 ВТ 516 УСВ.908-01, с исполь-зованием винтовых забойных двигателей ДГР-244, составила 26,9 м/ч, что выше средних показателей шарошечных долот в этих интервалах [20].   
           Применение долота БИТ 295,3 ВТ 516 УСВ.908-01позволило сократить время строительства скважины как за счет увеличения механической скорости бурения, так и за счет сокращения времени на спускоподъемные операции. 
     ООО НПП «БУРИНТЕХ» предложила ряд новых конструкций PDC-долот для бурения в мягких и средних горных породах. Модернизации  подверглись модели четырех-, пяти- и  шестилопастных долот. В течение I квартала 2013 г. были проведены успешные  испытания и  получены результаты, позволяющие приступить  к  серийному производству и массовому внедрению новых моделей породоразрушающего инструмента. Полученные конструкции обеспечили прирост механической скорости проходки, а стойкость увеличена за счет использования различных дизайнерских решений и установки вооружения нового поколения [20].
     Начиная с 2009 года бурение ведется во всех основных секциях: 393,7 мм 
 (15 1/2"), 295,3 мм (11 5/8"), 219,1 мм (8 5/8") и 152,4 мм (6"). При производстве работ используются  различные серии долот PDC, прошедшие  оптимизацию в системе  динамического  моделирования IDEAS. Доработка  конструкции долот с учетом условий бурения в регионе  позволила существенно улучшить основные производственные показатели: снизить износ режущей структуры, повысить управляемость долот и механическую скорость проходки.
     Характеристика  и анализ отработки долото скважины PDC НПП «БУРИНТЕХ»  № 703 Широкодольского месторождения, приведен в таблице 4.1[22 ].  
     
     
Таблица 4.1 – Характеристика отработки долот PDC НПП «БУРИНТЕХ»
Дата долб-ления
Тип 
долота
Интервал, м
Про-ходка,м
Время, бур/час
Код износа 
по IADC
Механическая
скорость,
 м/ч


от
до




25.08.2013
БИТ 393,7 В519ТС
32
300
268
6,5
0-0-OL-WT-S-X-IN-RR-TD
41,23








28.08.2013
295,3ВТ519УСВ

300
1690
1390
50
0-0-CT,ER-N-X-IN-RR-TD
27,80
     
     
     
Рисунок 4.14 – Характеристика БИТ 295,3 ВТ 516 УСВ


 

Рисунок 4.15 ? Долото 295,3ВТ519УСВ



Рисунок 4.16 ? Долото БИТ 393,7 В519ТС




Рисунок 4.17 – Долото БИТ 295,3 ВТ 519 УСВ


     4.7 Конструктивные особенности долот, выпускаемые компанией Schlumberger
     
     В обоих протяженности интервала под 323,7 мм кондуктор (393,7 мм долото) составляет порядка 620 м по вертикали (от 30 до 625 м по стволу). К бурению данной секции наша компания впервые приступила в 2009 году. Наличие гравийного участка исключало возможность применения здесь долот PDC (по причине высокого износа режущей структуры), поэтому выбор был сделан в пользу фрезерованных шарошечных долот серии XR+. За три года использования нам удалось добиться существенных результатов: к примеру, сегодня одним таким долотом можно пробурить до 4 – 5 секций со средней механической скоростью 18 – 20 м/ч. Рекорд по скорости с долотами XR+ был установлен в июне этого года, когда интервал протяженностью 593 м был пройден со скоростью 35,9 м/ч.
     Для бурения интервала под 245 мм техническую колонну (295,3 мм долото, интервал от 625 до 1750 м по стволу) сегодня мы применяем несколько типов долот PDC. Прежде всего это пятилопастные долота c 16мм резцами серии M516, а также четырехлопастные долота с 19 мм резцами серии MDI419.
     

     
     Рисунок 4.18 ? Сравнение показателей PDC долот Smith Bits  и конкурентами, диаметр долот 219,1 мм
     
     До недавнего времени секция разбуривалась при помощи шестилопаст-ных PDC долот c 13 мм резцами серии MDI613. При этом мы неоднократно сталкивались с необходимостью замены PDC долота (с целью выдерживания заданной пространственной кривизны скважины) на шарошечное. Для решения проблемы в 2011 году перед нашей инженерной группой была поставлена задача ? создать такое долото, которое позволило бы уменьшить реактивный момент при резком дохождении нагрузки на долото (прежде всего при разбуривании более сложного нижнехетского горизонта), повысить управляя-емость долота, а также сократить количество дополнительных СПО и повысить механическую скорость бурения.
     Конструкция долот MDI613 была оптимизирована при помощи программного комплекса IDEAS. Была задействована система оптимизации буровых долот (DBOS-Drill Bit Optimization System), которая служит для определения параметров пластов, необходимых для более глубокого понимания геомеханических свойств буримых пород (твердость, абразивность, наличие липких глин и др.). Данная система используется в сочетании с базой по отработке долот (DrillingRecords System), представляющей собой самую полную в отрасли базу данных по отработке буровых долот(более 3 млн рейсов). Долота Викинг предназначены для бурения как в роторных управляемых системах, так в сочетании с забойными двигателями [22]. 
     


     Рисунок 4.19 ? Сравнение показателей механических скоростоей и проходки долот  Smith Bits  и конкурентами, диаметр долот 393,7 мм
     
     Применение ВЗД нецелесообразно, поскольку при использовании винтового забойного двигателя в компоновке обеспечить равномерный доход нагрузки на долото при бурении в направленном режиме практически невозможно. Поэтому для бурения данной секции применяются роторно управляемые системы Power Drive  производства Schlumberger) в сочетании с двумя типами PDC долот (четырехлопастным долотом с 13 мм резцами серии MDI413 и пятилопастными долотами с 16-мм резцами серии MI516 и MDI516), также прошедшими оптимизацию в системе IDEAS. Это позволило добиться стабильно высоких показателей механической скорости бурения при минимальных износах режущей структуры долот. Так, на одной из скважин, пробуренных на яковлевский горизонт, в 2012 году мы установили рекорд, пробурив горизонтальный участок за одно долбление со скоростью 53,4 м/ч (Mi516LUPX). При бурении на нижнехетский горизонт средняя механическая скорость на данный момент составляет 32 м/ч. На рисунке представлен сравнительный анализ бурения секций 393,7 долотами Smith Bits (PDC и шарошечными) и долотами компаний-конкурентов за 2012 год.
     
     4.8 Породоразрушающий элемент Stinger 
     
     Развитие технологии породоразрушающего элемента Stinger.
     Stinger – новый уникальный породоразрушающий элемент, который обла-дает высокими показателями: повышение скорости проходки благодаря повышению эффективности бурения; повышение эффективности зафиксиро-вано полевыми испытаниями; превосходная износостойкость и ударопроч-ность; доступно сегодня для пользователей, желающих повысить произво-дительность PDC-долота и снизить расходы на бурение.
     Stinger не имеет аналогов среди любых других типов существующих породоразрушающих элементов, это коническая форма режущей кромки долота, толстый слой поликристаллического алмаза, превосходные свойства материала, прочность и долговечность конструкции. Отличается от других типов долот PDC, тем что у стингера усиленные лопасти и имеется на лопастях второй ряд вставленных зубьев, как на шарошечных долотах [22].
     Результат проходки показал, хорошие показатели по сравнению с другими долотами: 8,75-дюймовая модель MiZ616 обеспечивает повышение скорости проходки на 46 %; во время последней проходки достигнут рекорд прохождения интервала 62 м/ч; зарегистрировано прохождение целиком вертикального разреза в 2 метра; прекрасные результаты с устранением затупления при выбуривании;  Stinger не получает повреждений.
     Область применения долота PDC c породоразрушающего элемента Stinger:
     - пласты самых разных типов и значений устойчивости к сжимающим нагрузкам;
     
       
Рисунок 4.20 – PDC Stinger-215,9MDZSiZ616PX
     
     Рисунок 4.21 – PDC долото.......................