Реферат на тему «Фрезеры, устройство, назначение, технология применения»

Введение Фрезеры — это широко применяемые инструменты. Они выпол¬няют различные функции в скважинах. В одних случаях они ис¬пользуются для разрушения предметов в скважинах путем их фре¬зерования на забое: в других — как вспомогательный инструмент с целью подготовки верхней части колонны труб для захвата их ловильным инструментом. Наконец, они используются для забу-‘ ривания нового ствола при отклонении от оставленного предмета в скважине. Кроме того, существуют конструкции фрезеров для правки обсадных колонн, а также для облегчения срезания ослож¬ненной части труб.

1. Фрезерное оборудование

Фрезерное оборудование в бурении выполняет функцию подготовки к ведению работ и применяется для разбуривания пакеров, скважинного оборудования, цементного камня и песчаных пробок при проведении капитального ремонта скважин и иного вида работ. Применяется забойный фрезер в сочетании со шламоулавливателем. Фрезер забойный по типу вооружения может быть представлен пластинчатым типом вооружения для работы по фрезеровке легкосплавных бурильных труб. В качестве разрушающего элемента в данном случае применяются платины из твердых сплавов. Рисунок 1- Фрезер забойный Фрезеры забойные с зубковым вооружением способны работать в условиях значительных ударных нагрузок и применяются для разрушения отдельных металлических элементов, осадочных и цементных масс, колонн тонкостенных насосно-компрессорных труб. Один из видов этого типа инструмента (41Ф) имеет вогнутый профиль, что дает возможность центрировать его в забое. Импегрированные забойные фрезеры по торцу армированы твердосплавной крошкой, распределенной в латунной никелесодержащей матрице. Аналогично ранее упомянутому виду зубковых фрезеров для центрирования инструмента в скважине их режущий профиль имеет вогнутый профиль. Один из наиболее эффективных видов забойного фрезера – это комбинированный тип. Поверхность между зубковым вооружением такого фрезера заполняется твердосплавной крошкой. Забойные фрезеры тяжелого типа армированы тяжелыми сплавами на 80% поверхности. Применение данного вида инструмента целесообразно в целях разрушения аварийных инструментов из стали (группа прочности Р,Т), буровых долот и фрагментов бурильных колонн. Фрезер забойный, который предполагается для работы в обсадных колоннах имеет шлифованную боковую поверхность, а в открытом стволе – армированную. Важной частью системы работы забойного фрейзера является система промывки, которая может быть организована как система отверстий с выходом на радиальные отводы вдоль режущей кромки или выполнена в качестве спиральной насадки. Важность этого элемента обусловлена тем, что в процессе работы по фрезеровке температура в месте соприкосновения устройства с металлическими элементами может достигать тысячи градусов по Цельсию и требует эффективного охлаждения. Использование вихревой системы промывки в сочетании с пульсирующим давлением жидкости позволяет в два-три раза снизить эту температуру.

1.1 Фрезеры для разрушения металлических предметов

Фрезер забойный ФЗ предназначен для разрушения металли¬ческих предметов. Он состоит (рис. 2,) из корпуса /, истирающего участка 3 и режущих пластин 4 с релитом 2. На истирающем участке фрезера запрессованы и заплавлены припоем режущие пластины из металлокерамического твердого сплава. Боковая по¬верхность фрезера наплавлена релитом 2. Рисунок 2- Фрезер забойный Фрезер торцовый ФТ, так же как и фрезер ФЗ, предназначен для торцового разрушения металлических предметов, находящих¬ся в скважине (переводников, долот, труб). Он (рис. 3) состоит из переводника 1, разъемного корпуса 2 и 5, пружины 3, штока 4, режущей головки 6, циркуляционного кан.ала 7, резцов 8, шты¬рей 9 из твер.дого сплава. Рис.унок 3- Фрезер тор.цевой Отличительная особе.нность фрезера торц.ового — наличие под-пружи.ненной головки, улучш.ающей работу фре.зера и обеспечи¬ваю.щей постоянный кон.такт с фрезеруемым пред.метом. При фре¬зеровании пред.мета режущая гол.овка под действием пру.жины по¬стоянно нахо.дится в контакте с ним, что способ.ствует равномер¬но.му нагружению и уско.ряет выполнение ра.бот. Фрезер комбини.рованный ФЗК предназначен для кольц.евого фрезерования по нару.жному диаметру и послед.ующему фрезеро¬ва.нию по всему сеч.ению металлического пред.мета. Фрезер (рис. 4) сос.тоит из переводника /, торц.ового 2 и коль¬цев.ого 3 фрезеров. Он совм.ещает функции кольц.евого и забойно¬го фрез.еров и изготовляется тол.ько с наружным диам.етром 118 мм для работы в коло.ннах с внутренними диаме.трами 122— 148 мм. Применяется фре.зер преимущественно для фрезер.ования труб диаме.трами 73 и 89 мм. Длина фре.зера 625 мм, высота ре¬жу.щей части 20 мм, ма.сса 35 кг. Рисунок 4- Фре.зер торцевой Фре.зер пилотный ФП предна.значен для фрезеро¬ва.ния в обсадной кол.онне прихваченных тр.уб, пакеров, му.фт, монтажных элем.ентов погружных электро.насосов и т. д. Он состоит из кор.пуса /, воронки 2, истира.ющихся режущих учас.тков 3 и на¬правляющего шт.ока 4 (рис. 5). При фрезерова¬нии шт.ок заходит в ав.арий¬ный объект и центр.ирует фрезер. Как и фре.зер ФЗК, он изготовляется тол.ько од¬ного раз.мера с наружным диам.етром 115 мм для ра¬боты в коло.ннах с наружны¬ми диаме.трами 140—146 мм. Рисунок 5- Фре.зер пилотны Диа.метр штока 50 мм, дли¬на фре.зера 385 мм, высота реж.ущей части 20 мм, ма.сса 16 кг. У всех фрез.еров этой гру.ппы режущая ча.сть вы¬полнена из .металл.окерами¬ческого твер.дого сплава. Вер.хняя часть фрез.еров имеет соо.твет-ствующую рез.ьбу замковой му.фты, которая изгото.вляется левой и пра.вой. Фрезерами эт.их типов рекоме.ндуется работать совм.естно с металлоулавливателями. 1.2 Фре.зеры для офрезерования пред.метов в скважине Фре.зеры, кольцевые ФК (рис.6) предна.значены для офрезерования прихва.ченных труб (бури.льных, насосно-комрпе.ссорных и насосных шт.анг), а также дру.гих круглых пред.метов. Рисунок 6- Фре.зер кольцевой ФК Фре.зер (рис. 6) состоит из гол.овки 1 с присоединительной рез.ьбой под соответствующие тр.убы; корпуса 2 с винт.овыми пазами вну.три и режуще истир.ающим участком 3 на то.рце, армированным дроб.леным металлокерамическим тве.рдым сплавом. Фре.зер изготовляют как с пра.вой, так и с левой присоеди.нительной резьбой. Напра.вление винтовых па.зов корпуса обра.тное направле.нию присоединительной рез.ьбы головки. Ре.жим работы кольц.евого фрезера: Коль.цевые фрезеры (рис. 7) изготав.ливаются в нескольких вари.антах исполнения: — по фо.рме верхней ча.сти корпуса (НФ с фас.кой под сварку; 12Ф — с присоеди.нительной резьбой; 13Ф — с прот.очкой для нарезания рез.ьбы); — по форме повер.хности нижнего то.рца (плоская, волн.истая, кони че.ская, зубчатая); Рис.унок 7- Фрезеры коль.цевые конструкции ЗАО «Сиб Тр.ейд Сервис»: а — ти.па 11Ф с плоской поверх.ностью; б — типа 11Ф с зубч.атой поверхностью; в — ти.па 12Ф с волнистой поверх.ностью; г — типа 13Ф с конич.еской поверхностью — по фо.рме боковых поверх.ностей режуще-истир.ающей наплавки (запо.длицо с корпусом, высту.пающая наружу, высту.пающая внутрь и высту.пающая наружу и во вну.трь); — по форме нару.жной и внутренней повер.хности средней ча.сти корпуса (гла.дкие, с продольными кана.вками на наружной и винт.овыми канавками на внутр.енней поверхности). Осно.вные параметры баз.овых кольцевых фрез.еров приведены в та.бл. 8.38. Таблица 1-Осно.вные параметры баз.овых кольцевых фрез.еров конструкции ЗАО «Сиб Тр.ейд Сервис» Фре.зеры кольцевые конст.рукции ОАО НПП «Бурсервис» прив.едены на рис. 8. Рисунок 8- Фре.зеры кольцевые конст.рукции ОАО НПП «Бурсервис»: а — ти.па ФКЗ; б — типа ФКП; в — ти.па ФКИ Фрезер-вор.онка ФВ предназначается для офрезе.рования верхнего ко.нца бурильных и нас.осно-компрессорных тр.уб в обсадной кол.онне. Она представляет со.бой стандартную вор.онку, режуще-истир.ающая часть кот.орой армирована дроб.леным твердым спл.авом на припое. Как пра.вило, фрезер-воро.нкой работают совм.естно с ловильным инстру.ментом, например с лови.телем.

1.3 Фрезеры для прор.езания обсадных ко.лонн

Фрезер-ра.йбер ФРС типа 1, 2 и 3 предна.значен для прорезания обса.дной колонны с це.лью забуривания нов.ого ствола в сква.жине. Основным рай.бером № 1 прорезывают отве.рстие в колонне обса.дных труб, за.тем райбером № 2 отве.рстие увеличивают на дл.ину скошенной ча.сти отклонителя, а рай.бером № 3 вырез обраба.тывают и калибруют. Фре.зер-райбер изгото.вляется комплектно. В комп.лект входят три рай.бера для последовательного увели.чения «окна». Сна.чала работают мен.ьшим райбером № 1 (а), за.тем последующими спус.ками райберов № 2 (б) и № 3 (в) «ок.но» увеличивают до нуж.ных размеров. Фрезе.ррайбер ФРС — неразборная конст.рукция. Рабочая ча.сть его наплавляется тве.рдым сплавом. Фре.зер-райбер пр.огрессивного рез.ания РПМ (рис. 9) также предна.значен для прорезания обса.дной колонны с це.лью забуривания нов.ого ствола в сква.жине и заменяет комп.лект фрезеров ФРС. Констр.уктивно он отличается от послед.них тем, что в одном фре.зере имеются три раб.очие поверхности раз.ного диаметра, замен.яющие три фрезера ФРС. Реж.ущие элементы фре.зера изготовлены из пла.стин высокого про.чного твердого спл.ава. Рисунок 9- Фре.зер-райбер прогрес.сивного резания РПМ Комп.лекс режущего инстр.умента (КРИЗ) предна.значен для вскрытия «ок.на» в обсадной кол.онне и последующего забур.ивания через не.го в скважине нов.ого ствола. Комп.лекс состоит из фре.зер-райбера пило.тного (рис. 8.73, а) и фрезер-дол.ота (рис. 8.73, б). С помощью пер.вого прорезается «ок.но» в обсадной кол.онне и благодаря направ.ляющему штоку дости.гается плавный вы.ход фрезер-рай.бера из колонны. Фре.зер-долотом калиб.руется «окно» и ча.сть ствола за ним, чем созд.ается беспрепятственное углуб.ление скважины и гарант.ируемое прохождение дол.ота любого ти.па соответствующего раз.мера. Фрезер-ра.йбер (см. рис. 10, а) состоит из кор.пуса 1 и штока 2. Раб.очие поверхности кор.пуса оснащены режу.щими зубьями из твердос.плавных пластин, а шт.ок наплавлен рел.итом. Для соединения с бури.льной колонной вер.хняя часть кор.пуса фрезера выпо.лнена в виде му.фты с замковой рез.ьбой. Фрезер-дол.ото (см. рис. 10, б) состоит из му.фты 1 с присоединительной замк.овой резьбой вве.рху, корпуса 2, армиро.ванного по торцовой и бок.овой поверхностям дроб.леным металлокерамическим тве.рдым сплавом 3. Рис.унок 10- а — фрезер-ра.йбер КРИЗ; б — фре.зер-долото ФД Пе.ред спуском в сква.жину проверяется сост.ояние присоединительной рез.ьбы и режущей повер.хности, а также диа.метр фрезер-рей.бера. Комплекс рабо.тает следующим обр.азом. Спуском фре.зер-райбера прор.езают «окно» в обса.дной колонне на дл.ину до 1 м, затем фрезер.долотом фрезеруют и кали.бруют «окно» необхо.димого профиля. По.сле работы дет.али комплекса промы.ваются, обмеряются, испр.авные консервируются и устанав.ливаются на аварийной площ.адке. Фрезер-рай.беры с изношенной поверх.ностью или замковой рез.ьбой отправляются на рем.онт. Фрезеры коло.нные конусные ти.па ФКК применяют для выравн.ивания фрезерованием повреж.денных участков обса.дных колонн. Фре.зеры изготовляют дв.ух видов (рис. 11): с боко.выми промывочными отвер.стиями; с боковыми и центра.льными промывочными отвер.стиями. Первые выпу.скают диаметром до 167 мм, а оста.льные – большим диам.етром. Режущую ча.сть фрезеров арми.руют пластинами из твер.дого сплава, кот.орые вставляются в па.зы и припаиваются лату.нным прутком. Рис.унок 11-Фрезер коло.нный конусный: 1 — кор.пус; 2 — резцы; 3 — циркуля.ционный канал Че.рез каждый 1 м прох.одки, но не более чем че.рез 20 мин работы на повреж.денном участке, произ.водят отрыв и прип.одъем фрезера не ме.нее чем на 13-15 м над местом фрезер.ования. Райбер ко.лонный конический ти.па РКК (рис. 12) предназначен для восстан.овления проходимости деформи.рованных обсадных тр.уб и выпускаются под шиф.ром РКК, 2РКК и ЗРКК с уг.лом при вершине соответ.ственно 15°, 30° и 60°. Основные техни.ческие параметры рай.беров типа РКК прив.едены в табл. 2. Рис.унок 12-Райбер коло.нный конический ти.па РКК конструкции ООО НПК «Бурт.ехмаш» Таблица 2-Пара.метры райберов ти.па РКК производства ООО НПК «Бурт.ехмаш» Фрезеры конус.ные типов 5Ф и 10Ф (рис. 13) предна.значены для снятия неров.ностей и кусочков мет.алла с внутренней повер.хности трубных кол.онн; очистки «ок.на» в обсадной кол.онне; образования фа.ски по внутреннему диам.етру труб; прора.ботки труб, име.ющих эллипсность, с це.лью восстановления внутр.еннего диаметра; разфрез.ерования снятых труб. Фрезы конусные режуще-истирающие элементы напаяны на коническую поверхность в виде полос, сходящихся у вершины. Циркуляция бурового раствора осуществляется через наклонно расположенные отверстия, выполненные в средней части конуса, и боковые каналы корпуса. Фрезеры конусные выпускаются в двух модификациях, отличающихся углом конуса: тип 5Ф — угол 30°; тип 10Ф — угол 60°. Основные наружные размеры этих фрезеров варьируют от 111 до 270 мм. Рисунок 13-Фрезеры конусные конструкции ЗАО «Сиб Трейд Сервис»: а — типа 5Ф; б — типа 10Ф За рубежом райберы выпускают многие фирмы, изготавливающие бурильный инструмент. Райберы, как правило, армируются осколками карбида вольфрама, что дает возможность после сработки повторно наплавлять рабочие поверхности инструмента. Ряд фирм выпускает для получения выреза в обсадной колонне алмазные фрезеры, которые используют в сочетании с фрезой цилиндрической формы, расположенной выше. Применение таких фрез на глубине свыше 3000 м в колоннах из высокопрочной стали марки Р-110 позволяет сократить число спускоподъемных операций не менее чем на два рейса для получения одного полноразмерного выреза. В ряде случаев для забуривания дополнительного ствола из обсаженной скважины удаляют участок колонны на заданном интервале. Для этой цели применяют секционные (интервальные) фрезы, являющиеся разновидностью раздвижных буровых инструментов, которые используют при расширении или калибровке ствола скважины.

Заключение

Фрезерование аварийного, часто металлического, объекта в скважине — сложный процесс, сопряженный с взаимодействием многочисленных факторов, ускоряющих износ инструмента, работающего в осложненных условиях. При этом осевая нагрузка на инструмент достигает 50…70 кН при частоте вращения до 2,7 с-1. На рабочую кромку в процессе фрезерования действуют внешние факторы: ударные нагрузки, высокая температура, гидроабразивы, крутильные, поперечные, продольные колебания. При фрезеровании инструмент взаимодействует с цементом, песком, горной породой, частицами снятых стружек, обломками металла и другими объектами, которые осаждаются на забой и не выносятся на поверхность промывочной жидкостью. Эти факторы оказывают на рабочую поверхность абразивное воздействие. Рабочие органы инструмента для фрезерования высокопрочных сталей работают в особенно жестких условиях. При работе СФИ, эффективно воздействуя на объект фрезерования, необходимо сохранить герметичность крепи скважины (обсадной колонны и цементного камня). Анализ состояния скважин показывает, что с большой вероятностью обсадная колонна и цементное кольцо теряют герметичность после фрезерных (буровых) работ в интервалах и выше. Это связано с воздействием на обсадную колонну и цементный камень самого фрезера (особенно его периферийной части) и бурильной колонны, при спуске и фрезеровании травмируется обсадная колонна и цементный камень под действием ударных нагрузок элементов компоновки колонны. Эффективность того или иного инструмента определяется не только его конструктивными параметрами, физико-механическими свойствами материала, режимными параметрами отработки, но и технологией изготовления, ее влиянием на свойства материала.

Список используемой литературы

1. Пустовойтенко И.П. Предупреждение и методы ликвидаций аварий и осложнений в бурении: Учебное пособие: для профтехобразования.-М:Недра, 1987.-237 с. 2. Строительство нефтегазовых скважин: Учеб, для вузов: В 2-х томах/Под редакцией А.Г. Калинина. — М.: Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина, 2013. — Том. 1. 691 с.: ил. 3. Скважинные фрезеры [Электронный ресурс], режим доступа: http://www.drillings.ru/skvfrezer 4. Фрезер забойный [Электронный ресурс], режим доступа: https://rosprombur.ru/frezer-zabojnyj.html