Техника - молодёжи 1958-10, страница 6

Разными путями приходят инженеры к решению тех или других вопросов в технике. Иногда эти пути бывают длинными и трудными, а порой и короткими, но тоже нелегкими.

При разработке новых, совершенных способов бурения нефтяных скважин советские ученые на протяжении многих лет хотя испытывали немало разочарований, но систематически вносили в это дело признанные всем миром усовершенствования. Они создали, например, забойные двигатели — турбобур и электробур. При бурении скважин при помощи ротора колонна труб, длиной иногда в несколько тысяч метров, с поверхности вращает на забое долото. При бурении забойными двигателями турбобур или электробур устанавливается непосредственно над долотом. И это помогло устранить расход энергии на вращение всей колонны труб при бурении и резко повысить скорость проходки скважин.

Однако и в этом случае изменился только способ вращения долота, а не сам процесс разрушения породы.

Коллектив Азербайджанского института нефтяного машиностроения по предложению А. С. Арутюнова начал разрабатывать новый, планетарный способ бурения. Постепенно, в длительных поисках созревал этот способ бурения.

Высверлить или пробить отверстие в металле, в дереве, в глыбе гранита или в толще породы можно механическим способом — клином. Однако клин работает по-разному. Когда отверстие пробивается, острие упирается в породу и под ударами движется сверху вниз. Острие клина в этом случае раздвигает частицы породы, раскалывает ее. Так разрушается порода обыкновенным клином. Если этот клин, помимо движения вниз, еще вращается, то острие клина, двигаясь по кругу, дробит на куски породу.

В современном вращательном бурении используются оба эти принципа.

ПЛАН ЕТАРН ОЕ

Когда клин движется сверху вниз, он раздвигает частицы породы. Если этот клин еще и вращается вокруг оси скважины, то острие клина, двигаясь по кру~ гу, дробит на куски породу (рис. вверх у). При сверлении острие клина движется по кругу. Оно состругивает куски породы (нижний рис.)„

По первому принципу работают так называемые шарошечные долота. Они составлены из сваренных лап, в нижней части которых укреплены вершинами друг к другу три свободно вращающихся конуса с зубчатой поверхностью, называемые шарошками. При бурении колонна труб частично давит своим весом на это долото, а турбобур или электробур одновременно вращает его. По дну скважины (забою) катятся шарошки. Их зубья ударяются о забой и выбивают из него куски породы. Они действуют как маленькие зубила, одно за другим ударяя по забою скважины.

По второму принципу работает лопастное долото. Оно представляет собой, по существу, обыкновенную лопату с загнутой режущей кромкой. Эту кромку раздвигают, как рыбий хвост, загибают каждую половину в противоположные стороны. Такое долото так и называют «рыбий хвост». Лопастное долото может иметь три-четыре лезвия.

При вращении долота его кромки вгрызаются в породу и состругивают ее. Вспомните, как работает режущая кромка сверла.

Что общего в работе обоих долот? И то и другое получают при бурении одновременно два одинаковых движения. Первое: сверху вниз (осевое), создаваемое давлением колонны труб на долото. Второе — вращательное, создаваемое вращением колонны труб при роторном бурении, при бурении забойными двигателями—турбобуром и электробуром. Поэтому при сочетании обоих движений долото получает винтовое движение, направленное вниз, в процессе которого долото разрушает забой скважины. В этом случае вся работа совершается только одной нижней рабочей частью долота — зубом или лезвием. Долото снимает или дробит породу по кругу только под собой; углубляет скважину, «скалывая» породу забоя, снимая с него один горизонтальный слой за другим, и делает «плоский забой», плоское дно.

Повседневный опыт показал, что это наименее экономный способ высверливания отверстий. Он требует наибольшей затраты сил. Припомните, землекоп, выкапывая круглую яму, делает сначала лунку, а затем убирает грунт с боков. В металлообработке, когда требуется просверлить в детали отверстие диаметром свыше 50—70 мм, сначала сверлят отверстие меньшего диаметра, а затем расширяют его — растачивают — до необходимого размера фрезой, то есть также состругивают слои с боков. Это требует значительно меньших усилий, чем пробивание или вырезывание отверстий такой же ширины в монолите.

Л. ИТЕЛЬСОН, кандидат технических наук, Г. КАРАСИК, инженер

г. Баку

А можно ли использовать такой прием в бурении, принесет ли он выгоду? Но для проверки надо создать инструмент, который в отличие от существующего не только делал бы отверстие в дне скважины, но и расширял это отверстие по кругу, снимая слои породы со стенок.

Такой инструмент создан. Конструкция его несложна: большое долото, которое вращается вокруг своей оси и оси скважины, заменено двумя маленькими. Оси вращения долот расположены параллельно друг другу, а центр забоя проходит между ними. Оба долота вращаются в одном и том же направлении с одинаковой скоростью турбобуром или электробуром. Инструмент имеет замечательное свойство: благодаря реактивной силе вся система начинает сама вращаться вокруг оси забоя, как только маленькие долота начнут вращаться вокруг своей оси. Долота, как маленькие планетки, вращаются вокруг своей оси и одновременно оба кружатся вокруг центра системы. Поэтому эта конструкция и имеет «астрономическое» название.

Итак, внимание! Планетарный инструмент опущен в забой; нагруженный сверху тяжестью колонны бурильных труб, он вдавился в дно скважины. Включен электробур. Планетки — долота — закрутились, выдалбливая в забое две небольшие лунки. Пока все идет, как при обычном вращательном бурении, но только бурится два забоя. Но вот в действие вступает реактивная сила — оба долота, медленно набирая скорость, пошли вокруг оси забоя, скалывая и срезая своей боковой частью стенки лунок, расширяя их, растачивая до диаметра скважины. Плоский забой принял ступенчатую форму. Нижняя его часть выбурена вдавившимися планетками, а верхняя расширена, расфрезерована их боковой частью.

Чем шире скважина, тем меньше породы разрушается неэкономным и трудоемким торцовым разбуриванием, тем больше ее снимается, скалывается по принципу фрезерования. Так, например, даже при работе шарошек диаметром в половину скважины лишь 15% породы разрушается зубьями долота, а 85% снимается со стен скважины по принципу фрезерования. А ведь только на то, чтобы долото разбуривало эти 15% забоя, уходит около четырех пятых всей затрачиваемой энергии и всего одна пятая на разрушение породы с боков скважины. Показателями сводки опытной скважины на промысле «Сталиннефть» в Баку установлено, что при бурении скважин равных диаметров планетарным способом расхо-

(Окончание на стр. 29.)

4