Торсионные биты¶

Торсионные биты — класс буровых долот, применяемых при бурении нефтяных и газовых скважин, в которых режущие элементы (зубья или пластинки) установлены в специальных гнёздах и могут свободно вращаться вокруг собственной вертикальной оси. Свободное вращение зубьев позволяет им работать преимущественно в режиме касательного (торсионного) резания, что снижает износ, повышает стойкость долота и улучшает механическую скорость проходки по абразивным породам.

¶Принцип работы

В отличие от фиксированных долот, где зубья жёстко закреплены в корпусе и воспринимают ударные и статические нагрузки, торсионные биты оснащены зубьями, свободно вращающимися в посадочных гнёздах. При контакте с забоем такой зуб не «вгрызается» в породу, а скользит по ней, создавая касательные усилия. Вращение зуба происходит за счёт трения о породу, поэтому в процессе резания он самопроизвольно разворачивается, и режущая кромка перемещается по новой траектории.

Такой режим работы обеспечивает несколько эффектов:

• снижение интенсивности износа режущих кромок за счёт распределения нагрузки по всей длине кромки;
• уменьшение ударных нагрузок на долото и буровую колонну;
• повышение стойкости долота в абразивных породах (песчаниках, сланцах, алевролитах);
• снижение вероятности поломки зубьев и «затупления» долота на забое.

¶Устройство

Торсионное долото состоит из корпуса (стального или сплавного), на котором установлены ряды зубьев-роликов или роликовых пластин. Каждый зуб смонтирован в гнезде на оси (штифте) и может вращаться вокруг неё. Между зубом и гнездом обычно предусмотрены уплотнения (манжеты), предотвращающие попадание шлама и бурового раствора в подшипниковую зону.

Зубья изготавливают из износостойких материалов — легированных сталей, твёрдых сплавов (вольфрамокобальтовых, твёрдосплавных пластинок), в ряде конструкций применяют алмазные или керамические вставки. Форма зуба подбирается под конкретную породу: для мягких пород используются более широкие зубья с большим вылетом, для твёрдых — узкие, с усиленным сплавным наконечником.

¶Классификация

По назначению торсионные биты делятся на:

• для мягких пород (глины, суглинки, мягкие песчаники) — с крупными зубьями и большим вылетом;
• для среднетвёрдых пород (песчаники, алевролиты, сланцы) — с зубьями среднего размера и усиленными наконечниками;
• для твёрдых и абразивных пород (кремнистые песчаники, кварциты) — с мелкими, плотно расположенными зубьями, покрытыми твёрдым сплавом.

По конструкции корпуса различают торсионные биты с открытым и закрытым (с внутренними каналами для промывки) забоем.

¶Применение

Торсионные биты применяются преимущественно при бурении в абразивных породах, где обычные шарошечные или лопастные долота быстро изнашиваются. Они эффективны на средних и больших глубинах, где стоимость подъёма колонны для замены долота высока, и стойкость долота напрямую влияет на экономику скважины.

В советской и российской буровой практике торсионные долота разрабатывались для бурения в условиях Сибири и Поволжья, где широко распространены абразивные песчаники и сланцы. Конструкции с самоориентирующимися зубьями рассматривались как альтернатива шарошечным долотам при проходке по твёрдым породам.

¶Достоинства и ограничения

К достоинствам торсионных бит относят высокую стойкость в абразивных породах, снижение вибраций и ударных нагрузок, а также равномерный износ. К ограничениям — сложность конструкции, необходимость надёжных уплотнений, чувствительность к попаданию крупных обломков и шлама в подшипниковую зону, а также более высокую стоимость изготовления по сравнению с простыми лопастными долотами.

¶Источники

• Буровые долота: конструкция, расчёт, применение / под ред. А. А. Гриценко. — М.: Недра.
• Справочник бурового мастера / под ред. В. И. Мироненко. — М.: Недра.
• Справочник по бурению нефтяных и газовых скважин / под ред. А. А. Гриценко. — М.: Недра.