Шарошечные долота.

Основной объем буровых работ выполняется с использованием шарошечных долот с коническими шарошками. Их основное преимущество по сравнению с лопастными долотами следующие:

-площадь контакта с забоем значительно меньше, а длина рабочих кромок больше, что повышает эффективность разрушения пород;

-интенсивность износа зубьев шарошек меньше износа лезвий лопастных долот;

-вследствие перекатывания шарошек по забою опасность заклинивания долота сводится к минимуму.

Современное шарошечное долото дробяще-скалывающего действия состоит из лап, шарошек, несущих на себе вооружение, и опор шарошек. Кроме того, долото имеет систему промывки и систему смазки опор. Долота изготавливают из легированных никель-молибденовых и хромоникель-молибденовых сталей. Для повышения износостойкости лапы и шарошки подвергаются цементации (насыщаются углеродом) на глубину до 2,4 мм с последующей закалкой и отпуском.

Элементы вооружения в теле шарошки могут быть фрезерованными или твердосплавными – запрессованными в отверстия на венцовых поверхностях шарошек. Важнейшие характеристики твердосплавного вооружения – диаметр зубьев, вылет их над телом шарошки, радиус кривизны рабочих поверхностей и шаг размещения в венце. С точки зрения надежности крепления важными характеристиками являются диаметр и глубина запрессовки зубьев в тело шарошки.

Стоимость долота зависит от его размера и материала вооружения. Трехшарошечные долота могут иметь массу от 5 кг (98,4Т-ЦА) до 316 кг (490С-ЦВ). Долота с твердосплавным вооружением примерно в 2 раза дороже долот со стальным вооружением.

Используются долота: одношарошечные – I, двухшарошечные – II и трехшарошечные – III.

Одношарошечные долота выпускаются со сферическими шарошками. Такое долото имеет корпус с присоединительной резьбой, нижняя часть корпуса выполнена в виде лапы с наклоненной под углом 30 градусов цапфой (рис. 14.1). На цапфе на радиально-упорных подшипниках установлена сферическая шарошка. Шарикоподшипники замкового действия собираются через отверстие в лапе и цапфе. После сборки отверстие закрывается пальцем. В корпусе имеется полость и промывочное отверстие, образующие систему промывки долота.

Рис. 14.1. Одношарошечное долото:

1 – корпус с присоединительной резьбой; 2 – лапа; 3 – отверстие для сборки замкового подшипника; 4 – цапфа; сферическая шарошка; 6 – промывочное отверстие

Сферическая шарошка вооружается твердосплавными зубьями. Зубья выполняются из твердого сплава ВК8-В и имеют разный радиус скругления рабочей поверхности. Зубья с полусферической головкой изготовливают для разрушения крепких и очень крепких пород. В теле шарошки выполнены пазы для улучшения выноса шлама, улучшения охлаждения и проходимости долота по стволу скважины при СПО.

Одношарошечные долота образуют круглый ствол скважины и в меньшей степени возбуждают поперечные и крутильные колебания бурильного инструмента. Эти долота применяются для бурения твердых пород, залегающих на большой глубине.

Двухшарошечные долота представляют собой неразборную конструкцию, состоящую из двух сваренных секций (лап), на цапфах которых смонтированы вращающиеся шарошки. Двухшарошечные долота – гидромониторные с двумя боковыми каналами. В каналах устанавливаются сменные насадки, направляющие струи раствора на периферию забоя.

Трехшарошечные долота получили наибольшее распространение. Каждая из секций долота включает лапу 5, на цапфе 7 которой с помощью подшипников 8 установлена шарошка 9, имеющая вооружение в виде зубчатых или сплошных венцов 10 (рис. 14.2). На верхнем конце сваренных секций долота выполняется конус и нарезается присоединительная резьба. Двухрядный шариковый подшипник собран через отверстие, которое закрывается пальцем 6. Система промывки долота включает внутреннюю полость 1, сужающийся подводящий канал 2 и цилиндрическое промывочное отверстие 3. В долотах для бурения с продувкой воздухом в лапах и цапфе выполняются отверстия 4 и 11 для охлаждения подшипников и защиты от засорения шламом.

Рис.14.2. Трехшарошечное долото

По расположению и конструкции промывочных каналов долота изготавливаются с центральной промывкой – Ц, со скоростью струй не более 30 м/с и с боковой гидромониторной промывкой – Г (рис. 14.3).

Рис. 14.3. Гидромониторное долото:

1 – внутренняя полость; 2 – подводящий канал; 3 – насадка из твердого сплава или минералокерамики; 4 – уплотнение; 5 – крепление

Гидромониторная система выполняется в долотах с опорами АУ, НУ и Н. При бурении скорость истечения жидкости из промывочных отверстий составляет 80–120 м/с. Струя жидкости направляется непосредственно на забой.

Для каждой горной породы подбирается долото, способное наиболее эффективно её разрушать. Для различных классов горных пород применяются следующие 13 типов трехшарошечных долот:

Мягкие ………………………………………. ……. М

Мягкие абразивные…………………………………МЗ

Мягкие с пропластками средней твердости ………МС

То же абразивные …………………………………...МСЗ

Средней твердости…………………………………..С

То же абразивные ………………………………… СЗ

Средней твердости с пропластками твердых………СТ

Твердые……………………………………………….Т

Твердые абразивные …………………………… ТЗ

Твердые с пропластками крепких………………… ТК

То же абразивные…………………………………….ТКЗ

Крепкие………………………………………………..К

Очень крепкие……………………………………… ОК

Долота типов от М до Т для бурения малоабразивных пород выпускаются со стальным фрезерованным вооружением. Для бурения высокоабразивных горных пород выпускаются долота с твердосплавным вооружением типов МЗ, СЗ, ТЗ. Буква З означает, что вооружение долот выполнено из твердосплавных зубьев.

Долговечность вооружения шарошечных долот необходимо сопоставлять с ожидаемой долговечностью опор шарошек. Допустимая нагрузка на долото зависит от его диаметра и может достигать 500 кН (долото III 490С-ЦВ).

Таким образом, категории твердости и абразивности горных пород определяют необходимый тип долота, а тип долота, в свою очередь, определяет конструкцию вооружения шарошек.

В шифр долота последовательно входят: число шарошек; диаметр долота; тип долота; расположение промывочных или продувочных каналов; особенности конструкции опоры.