Применение скважинного фрезерного инструмента
Скважинные фрезеры предназначены для фрезерования металла, цементного камня при ликвидации аварий в скважине и забуривании новых столов. Фрезерование — наиболее распространенный способ разрушения металлов в стволе скважины, основанный на резании различными режущими устройствами. Основное отличие работы скважинного фрезерного инструмента (СФИ), его режущих элементов от работы режущих инструментов, применяемых в металлообработке — отсутствие возможности обеспечения периодической заточки режущих элементов, контроля состояния в процессе работы, часто незакрепленное состояние объекта фрезерования (обработки). Более тяжелые условия работы СФИ требуют обеспечения абразивной стойкости, кромкостойкости режущих элементов и эффекта самозатачивания. Для обеспечения высоких технико-экономических показателей работы СФИ в первую очередь необходимо достичь высокой стойкости и скорости проходки, а это требует комплексного решения задачи по выбору эффективного режима отработки, материала, формы, размера резцов, схемы их размещения, запаса, схемы промывки и охлаждения рабочей поверхности.
Эксплуатационные и конструктивные параметры скважинного инструмента и устройств определяются назначением и условиями их работы. Этим обусловлена и большая разновидность типоразмеров и конструкций.
Условия, при которых работают скважинные фрезерные инструменты, зависят в основном от вида и технологии ремонтно-восстановительных работ. При прочих равных условиях, с увеличением глубин и уменьшением диаметров скважин, условия работы инструмента резко ухудшаются. Уменьшение диаметра вызывает неизбежное уменьшение габаритов инструмента, что затрудняет создание надежной и высокопроизводительной конструкции.
Объекты фрезерования отличаются по свойствам материала, условиям их залегания, характеру расположения в скважине, геометрическим размерам, целям фрезерования и др.
Фрезерование аварийного объекта в скважине проводят, главным образом, в следующих целях:
- очистка ствола скважины от прихваченных, заклиненных и зацементированных насосно-компрессорных и бурильных труб, пакеров, насосов (ЭЦН), штанг, долот и других предметов сплошным фрезерованием;
- исправление верхнего конца аварийного предмета фрезерованием для последующего захвата его ловильным инструментом;
- вырезание участка обсадной или бурильной колонны над зацементированным, прихваченным интервалом для их извлечения или проводки второго ствола;
- исправление смятий и сломов обсадной колонны;
- обработка (обуривание) аварийного предмета по кольцу для подъема его различными ловителями.
Производительность фрезерования в первую очередь будет определяться объектом фрезерования:
- физико-механическими свойствами материала объекта;
- характером закрепленности и расположения аварийного объекта в стволе скважины.
Производительность и эффективность фрезерования при ремонте скважин будет зависеть также от следующих факторов:
- конструктивных параметров инструмента, его долговечности, надежности и режущей способности;
- режимных параметров отработки инструмента, соответствия конструкции разбуриваемому объекту;
- качества изготовления инструмента.
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.
Как отмечалось ранее, эксплуатационные и конструктивные параметры скважинного инструмента и устройств определяются назначением и условиями их работы, чем и обусловлена большая разновидность типоразмеров и конструкций. Однако четкой классификации СФИ не существует. Нами предлагается следующая примерная градация.
Первоначально СФИ подразделяются на две основные группы:
СФИ с подвижными режущими органами — это раздвижные и вставные фрезеры.
