PDC bits

PDC долота "DDI". (Polycrystalline Diamond Cutter).

Типы долот по принципу разрушения горной породы:

-режущего действия,

-режуще-скалывающего действия,

-режуще-истирающего действия,

-комбинированного действия.

Область применения PDC долот:

Режущего действия	Применяются при бурении в рыхлых несвязных и связных породах I-IV категории по буримости с удалением продуктов разрушения гидравлическим или пневматическим способом. Для повышения эффективности работы такие долота снабжаютсяструйными или гидромониторными насадками.
Режуще-скалывающего действия или крупного скола	Имеют сложную прерывисто-ступенчатую форму и оснащаются крупными резцами PDC. Предназначены для разрушения хрупких пород III-VI категории по буримости. Ступенчатая форма долотаобеспечивает наиболее эффективное разрушение пород в нескольких параллельных плоскостях . При этом резцы, работающие на уступах, скалывают крупные куски породы, что обеспечивает достаточно высокую стойкость долот и довольно низкие энергозатраты на разрушение породы.
Режуще-истирающего или фрезерующего действия	Предназначены для бурения скважин в породах средней и выше средней твёрдости. Рабочие органы таких долот оснащаются многорядным вооружением.
Комбинированного действия

Классификация PDC и алмазных долот и бурголовок по коду IADC (БУРИНТЕХ).

1	2		3				4
Тип корпуса	Тип горных пород		Диаметр резцов PDC				Тип профиля
			1	2	3	4	1	2	3	4
S - стальной М - матричный D - алмазный	очень мягкие	1		19	13	8	короткий "рыбий хвост"	короткий профиль	средний профиль	длинный профиль
	мягкие	2
	средне-мягкие	3
	средние	4
			Тип алмазов
	средне-твёрдые	6	натуральные алмазы	термически стойкие TSP	комбинированные
	твёрдые	7
	очень твёрдые	8				импрегнированные алмазы

Долото режущего действия.	Долото режуще-истирающего действия.

IADC classification: PDC bits.

IADC classification: PDC bits
A		B		C		D
Bit body		Formation type		Cutting structure		Bit profile
"M"	Matrix	1	Very soft	2	PDC, 19 mm	1	Short fishtail
"S"	Steel			3	PDC, 13 mm	2	Short profile
"D"	Diamond			4	PDC, 8 mm	3	Medium profile
		2	Soft	2	PDC, 19 mm	4	Long profile
Example				3	PDC, 13 mm
M	Matrix			4	PDC, 8 mm
4	Medium	3	Soft to medium	2	PDC, 19 mm
3	PDC 13 mm			3	PDC, 13 mm
4	Long profile			4	PDC, 8 mm
		4	Medium	2	PDC, 19 mm
				3	PDC, 13 mm
				4	PDC, 8 mm
		5	no code
		6	Medium hard	1	Natural diamond
				2	TSP
				3	Combination
		7	Hard	1	Natural diamond
				2	TSP
				3	Combination
		8	Extremely hard	1	Natural diamond
				4	Impregnated diamond

	Долото с вооружением PDC комбинированного действия.

Бурильная головка с вооружением PDC.

Заметным преимуществом PDC долота перед шарошечными заключается в его износостойкости. Даже при деформации такие долота можно ремонтировать и вновь запускать в работу. Механизм разрушения горной породы срезом в два раза эффективнее сжатия, и, соответственно, механическая скорость проходки (МСП) для долот PDC должна быть выше. Разработка новых форм и профелей лопастей ведёт к улучшению управляемости долотами при наклонно-направленном бурении. А разработки в области резцов PDC позволяют бурить все более твердые породы, интервалы с переслаиванием крепких горных пород.

Основной причиной износа буровых долот при эксплуатации в России является значительное повреждение долота при ударной нагрузке. Буровой организацией, должны приниматься меры для оптимизации КНБК и улучшения режима бурения, чтобы уменьшить степень повреждения долот под воздействием ударной нагрузки. Главную сложность представляют не литологические условия. Основная проблема заключается в недостаточных мощностях буровых станков, некачественном контроле параметров бурения и недостаточной информации об условиях бурения в тех регионах, где применяются долота.

Конструкция долота выбирается только после подробного изучения литологии, мощности станка, проекта по буровым работам и детального анализа отработки долота на соседних скважинах.

Порода разрушается более эффективно при срезающем действии. Долота PDC разрушают породу в основном за счет именно этого свойства. Поэтому очевидно, что бурение может осуществляться значительно быстрее при использовании долот PDC. Негативным эффектом является то, что чем больше породы удаляется за один оборот долота, тем больше требуется энергии. Избыточный крутящий момент на долоте и нестабильное направленное бурение – это основные причины порой неудовлетворительной работы долот PDС.

Шарошечное долото разрушает породу в основном за счет дробления (хотя в его действии присутствует и срезающий компонент: в большей степени в конструкциях долот для мягких пород), а вращательное движение зубьев производит энергию в форме тепла. Действие шарошечных долот более благоприятно по отношению к изношенным забойным гидравлическим двигателям и старому буровому оборудованию. Алмаз – это наиболее твердый из известных материалов, поэтому резцы PDC обладают высочайшей прочностью при разрезании породы. Однако, алмазы в той форме, которая используется в PDC, характеризуются высокой хрупкостью и могут сломаться при колебаниях нагрузки на долото и под воздействием ударной нагрузки на забое.

Здесь следует отдать должное шарошечным долотам, так как твердосплавные карбид-вольфрамовые вставки намного устойчивее к ударной нагрузке, чем алмазы, поэтому в некоторых случаях это будет лучший выбор.

К основным достоинствам PDC долот относится целый ряд параметров: отсутствие в их конструкции движущихся частей (что значительно снижает риски оставления частей долота в забое скважины при бурении), высокая износостойкость, позволяющая обеспечивать высокие показатели проходки, низкая требуемая осевая нагрузка при высоких скоростях бурения.

Развитие долот PDC, привело к качественному скачку показателей, как по механической скорости, так и по длине рейсов и соответственно сокращению количества СПО (спуско-подъемных операций). Так же снизилась аварийность, связанная с оставлением частей долота на забое.

Жёсткая компановка низа бурильной колонны с долотом PDC.

pdc bits

Технические и технологические факторы влияющие на работу PDC долот.

Геометрия и конструкция долота.	Материал корпуса	Геометрия установки резцов и их характеристика	Свойства промывочной жидкости, подача	Кинематика бурового снаряда	Геологические факторы
1	2	3	4	5	6
Плотность перекрытия забоя резцами	Матричный корпус, сплав карбито вольфрама	Тип разрушающего воздействия на горную породу	Смазывающие добавки	Вибрация на КНБК	Перепад нагрузок на долото при прохождении границы мягкая-твёрдая горная порода
Перефирийное вооружение долота, сохранение диаметра скважины	Стальной корпус	Конструкция системы крепления резца	Сальникообразование	Повреждение долота при ударных нагрузках	Абразивное действие песка на корпус долота
Количество лопастей и расстояние между ними		Угол наклона резца к проекции плоскости забоя	Охлаждение долота	Крутящий момент на долоте	Абразивное действие твёрдых пород на вооружение долота
Угол наклона лопастей по отношению к забою		Термостойкость резцов	Вынос шлама с забоя скважины	Нагрузка на долото
Толщина лопости		Устойчивость PDC элементов к износу		Жёсткость КНБК
Высота лопасти		Усталостное разрушение		Вид передачи крутящего момента (роторное бурение, бурение забойным двигателем)
Ширина лопости		Острота краёв PDC элементов (фаска)
Угол горизонтальной проекции лопасти
Количество гидронасадок
Профиль канавок для промывки
Сквозные отверстия в лопастях

Условия выноса шлама с забоя	Разность в скорости износа матрицы и резцов
Скорость движения промывочной жидкости в призабойной части скважины
Турбулентный режим движения промывочной жидкости, эффект кавитации (разрушение долота)