Конструктивные особенности шарошечных долот
Лекция №14
История развития долот насчитывается порядка 60 лет. За это время появились разные конструкции от одношарошечных до многошарошечных долот. Из всей этой гаммы долот наиболее распространенные - трехшарошечные долота, которые выпускаются как для сплошного, так и для колонкового бурения.
Различаются корпусные и секционные долота.
Корпусные (диаметр от 394 до 490 мм) долота состоят из литого корпуса, к которому привариваются лапы с цапфой и шарошкой. Однако, эти долота устарели и выпуск из резко сокращается.
Основная продукция долотных заводов - это секционные долота, которые изготавливаются путем сварки трех (двух, четырех) секций, на цапфах которых с помощью различных комбинаций подшипников (скольжения, шариковый, роликовый) укрепляются шарошки. Причем, вооружение шарошки изготавливается соответствующим конкретному типу долота, предназначенного для бурения соответствующих горных пород по механическим свойствам.
|
|
При сварке секций образуется корпус долота с внутренней полостью для организации промывки забоя скважины. На верхней части этого корпуса нарезается наружная коническая резьба.
Шарошечные долота отличаются друг от друга конструкцией шарошек, их расположением, вооружением, конструкцией опор шарошек.
В настоящее время широко применяются 10 различных схем опор с подшипниками при рассмотрении их от основания к периферии:
1. С-Ш-С 2. С-Ш-Ш 3. Р-Ш-С 4. С-Ш-Р 5. Р-Ш-Ш
6. Ш-Ш-Ш 7. Р-Ш-Р 8. Ш-Ш-Р 9. Ш-Ш-Р 10. Р-Ш-Стп
(Стп - подшипник скольжения, твердосплавный, с опорной пятой).
Следует отметить, что первые шесть схем применяются в долотах до 145 мм. Для долот большого диаметра применяются 7-10 схемы.
Проведенные исследования различных видов бурения показали, что в зависимости от вида бурения различных схем опор различна. Для турбинного бурения предпочтительно применять схемы: Ш-Ш-Ш, Ш-Ш-Р, Р-Ш-Р, а для роторного Р-Ш-Стп.
Шарошечные долота для сплошного бурения выпускаются следующих основных диаметров: 46 мм, 59, 76, 93, 112, 118, 132, 140, 145, 151, 161, 172, 190, 214, 243, 269, 295, 320, 346, 370, 394, 445, 490.
В зависимости от диаметра нагрузка на долото возможна в пределах от 1,5 до 40 т.
Все эти долота выпускаются с ниппелем.
Бурильные головки выпускаются диаметром от 76 до 346 мм.
Качество изготовления долот и бурильных головок резко сказывается на показателях бурения. Одним из дефектов буровых долот является разновысотность шарошек.
В результате такого дефекта буровое долото опирается на одну или две шарошки. В этом случае нагрузка на отдельные лапы превышает допустимое, что сопряжено с аварией. Преждевременный выход из строя возможен и при радиальном при радиальном биении шарошки относительно цапфы.
|
|
В общих случаях неравномерно изнашивается вооружение шарошек и опоры, т. е. подшипников С. Р. Ш.
В случае несоосности элементов бурильной головки приводит к поломке керна, а, следовательно, и к снижению % выноса керна.
В настоящее время отечественная промышленность выпускает 13 типов долот.
Тип М. Долота этого типа выпускаются диаметром 145-490 мм (кроме 151 мм). Эти долота предназначаются для бурения самых мягких, несцементированных пород типа наносов, мягких и вязких глин, сланцев, мягких известняков.
Тип МЗ. Долота этого типа выпускаются диаметром 161-295 мм. Эти долота используются для бурения мягких, слабо абразивных пород типа песчаников и мергелей.
Тип МС. Диаметр этих долот может быть в пределах 161-295 мм. Хорошие результаты бурения этими долотами можно получить при бурении мягких неабразивных пород с пропластками пород средней твердости. К этим породам можно отнести мел с пропластками слабосцементированных песчаников, каменную соль с пропластками ангидритов, глинистые сланцы.
Тип МСЗ. Долота этого типа выпускаются (также) диаметрами 161-295 мм.,ти долота хорошо зарекомендовали себя при бурении мягкихя. Слабосцементированных пород с пропластками пород средней твердости. К этим породам можно отнести песчаноглинистые сланцы, плотные глины с пропластками песчаников.
Тип С. Эти долота выпускаются диаметрамиот 93 до 490 мм. Долота типа С рационально применять при бурении пластичных и хрупко-пластичных неабразивных пород средней твердости, таких как плотные глины, глинистые сланцы, известняки средней твердости.
Тип СЗ. Долота этого типа выпускаются следующих диаметров: 132 мм, 161-295 мм. Эти долота предназначены для бурения абразивных пород средней твердости, таких как песчаники, песчанистые сланцы.
Тип СТ. Диаметры таких долот возможны в пределах 161-295 мм. Хорошие результаты бурения долотами этого типа можно получить при бурении хрупко-пластичных пород средней твердости с пропластками твердых пород, таких как, песчаник с пропластками гипса, известняк с пропластками гипса, ангидрит.
Тип Т. Эти долота выпускаются диаметрами в пределах 76-394 мм. Долота этого типа рекомендуется применять для бурения твердых неабразивных пород, таких как твердые известняки, доломиты, доломитизированные известняки.
Тип ТЗ. Долота этого типа выпускаются в пределах 76-295 мм, кроме долота диаметром 151 мм. Эти долота применяются для бурения твердых абразивных пород, т. е. окварцованных известняков, доломитов.
Тип ТК. Долота типа ТК выпускаются диаметрами в пределах 161-295 мм. Эти долота предназначены для бурения твердых пород с пропластками крепких пород, такие как твердые известняки с пропластками мелкокристаллических известняков и доломитов.
Тип ТКЗ. Диаметр таких долот возможен в пределах 151-295 мм. Долота типа ТКЗ рекомендуется применять для бурения абразивных твердых пород с пропластками крепких пород. К таким породам относятся окремнелые аргеллиты, твердые известняки и доломиты, мелкозернистые сильно сцементированные песчаники.
Тип К. Эти долота выпускаются диаметрами от 76 до 295 мм, кроме долот диаметром 97, 118, 140 мм. Долота типа К применяются при бурении крепких пород, таких как окремнелые мелкокристаллические известняки, доломиты, кварциты.
Тип ОК. Диаметр таких долот возможен в пределах от 76 до 490 мм, кроме долот диаметром 93, 151, 161, 172, 346 и 370 мм. Эти долота применяются при бурении очень крепких пород типа гранита, кварцита и диабаза.
Все шарошечные долота производят разрушение горной породы за счет удара элементов вооружения шарошек на поверхности забоя, т. е. используется эффект скалывания.
В случае смещения осей шарошек возможно получить дополнительный эффект фрезерования.
|
|
По всей конструкции шарошки имеют вид конуса. Возможно несколько разновидностей шарошек - одноконусная, двухконусная, трехконусная и четырехконусная (рис.56).
Рис.56
одноконусная шарошка | двухконусная шарошка | трехконусная шарошка |
j - угол наклона оси шарошки к оси долота;
f - вылет вершины шарошки за ось долота;
2b, 2b1, 2b2, 2b3 - углы конусов;
- длины образующих конусов.
Размещение шарошек в плане возможно двух видов (рис.57):
Рис.57
- величина положительного смещения, вперед по вращению долота.
По первому варианту сконструированы долота типа СТ, Т, ТЗ, ТК, ТКЗ, К и ОК, а по второму - М, МЗ, МС, МСЗ, С и СЗ.
Угол наклона оси шарошки к оси долота (j) и углы конусов шарошки определяют профиль забоя.
Профиль забоя характеризуется углами a1, a2, a3 (рис.58).
Вооружение шарошек располагается на венцах, число которых зависит от типа долота, его диаметра и типа породоразрушающих элементов. В зависимости от расположения венцов на шарошках различа ют самоочищающиеся и несамоочищающиеся долота.- | Рис.58 |
Самоочищающиеся долота снабжены одноконусными шарошками без смещения, а несамоочищающиеся долота снабжены одноконусными или многоконусными шарошками без смещения или с положительным смещением (рис.59).
Рис.59
Несамоочищающееся долото | Самоочищающееся долото |
Шарошки для мягких, средних и твердых неабразивных пород снабжены фрезерованными зубьями.
По мере увеличения твердости пород долота должны применяться с уменьшающимся шагом и высотой зубцов и с увеличивающимся углом заострения.
У шарошек долот типа ТК на периферийном венце добавляются твердосплавные сферические штыри. У шарошек долот типа К и ОК на всех венцах запрессованы такие штыри (твердосплавные, сферические).
Шарошки долот, предназначенных для бурения абразивных пород твердосплавными зубцами клиновидной формы.
Рис.60 | Шарошки долота обозначаются римскими цифрами. Наиболее полная шарошка является первой (I) и т. д. Венцы шарошки обозначаются по порядку с вершины буквами русского алфавита. |
|
|