Разновидности и преимущества трехшарошечных долот. Долота шарошечные

Долото буровое шарошечное: конструкция, работа, обозначения

Буровое шарошечное долото породоразрушающий инструмент, воздействует на породу дробящим или дробяще-скалывающим методом.

Шарошечные долота считаются долотами для проходки твердых пород, они позволяют бурить глубокие скважины. Однако шарошечные долота применяются как для бурения очень твердой, так и очень мягкой породы.

Конструкция шарошечных долот

Шарошечные долота могут иметь различное число шарошек, обычно до 6, причем каждая шарошка может быть одно-, двух- и трехконусной со смещением и без смещения оси вращения относительно долота.

Конструкция каждого из перечисленных типов примерно одинакова.

Различают конструкции долот на секционные и корпусные. В том или ином виде они выполняются в зависимости от диаметра. Для большого диаметра бурения используются долота корпусные, цельнолитые, а для скважин небольшого диаметра используются секционные долота, которые сварены из двух или трех секций.

Кроме того, соединительная резьба у секционных долот наружная конусная (нипель), а у корпусных внутренняя конусная (муфта).

Конструкция корпусного долота

Корпусное трехшарошечное долото.

1 – литой корпус; 2 – муфтовая присоединительная резьба; 3 – сварной шов; 4 –вставные лапы; 5 – цапфа; 6, 7, 8 – подшипники; 9 – шарошка; 10 – центральное промывочное отверстие.

Работа шарошечного долота

Процесс бурения шарошечным долотом

Обозначение шарошечных долот

На примере долота с маркировкой III 244,5 С-ЦВ, разберем что означают цифры и буквы.

• Римские цифры – обозначают число шарошек;
• Арабские цифры – диаметр;
• Буквы по порядку:

1. Твердость буримой породы;
2. Конструкции промывочных или продувочных каналов;
3. Тип опоры.

Число шарошек

Чаще всего используют трехшарошечные буровые долота, гораздо реже одно-, двухшарошечные. Многошарошечные долота при реактивно-турбинном бурении.

Диаметры шарошечных долот

Согласно ГОСТ 20692 серийно выпускаются долота следующих размеров:

Диаметр долота, мм
Номинальный, мм	Предельное отклонение, мм
76,0	+0,6
93,0
95,3
98,4
114,3
117,5
120,6
127,0
130,2
132,0
139,7
146,0
151,0
161,0
165,1	+0,8
171,4
187,3
190,5
200,0
212,7
215,9
222,3
238,1
241,3
244,5
250,8
269,9
295,3
304,8
311,1
320,0
349,2
365,1
368,3
371,5	+1,6
374,6
393,7
444,5
469,9
473,1
490,0	+2,4
508,0

Твердость буримой породы

Тип	Область применения	Исполнение
М	Бурение мягких пород	С фрезерованными зубьями
MH	Бурение мягких абразивных пород	Так vstavnymi зубками
МС	Бурение мягких пород с пропластками пород средней твердости	С фрезерованными зубьями
МСЗ	Бурение мягких абразивных пород с пропластками пород средней твердости	С фрезерованными зубьями и вставными зубками
С	Бурение пород средней твердости	С фрезерованными зубьями
С.З.	Бурение абразивных пород средней твердости	Так vstavnymi зубками
СТ	Бурение пород средней твердости с пропластками твердых пород	С фрезерованными зубьями
Т	Бурение твердых пород	С фрезерованными зубьями
TZ	Бурение твердых абразивных пород	Так vstavnymi зубками
ТК	Бурение твердых пород с пропластками крепких пород	С фрезерованными зубьями и вставными зубками
ТКЗ	Бурение твердых абразивных пород с пропластками крепких пород	Так vstavnymi зубками
К	Бурение крепких пород	Так vstavnymi зубками
ОК	Бурение очень крепких пород	Так vstavnymi зубками

Конструкция каналов

Ц – Центральная промывка;

Г – Боковая гидромониторная промывка;

П – Центральная продувка;

ПГ – Боковая продувка.

Тип опоры

В – на подшипниках с телами качения;

Н – на одном подшипнике радиального скольжения, остальные подшипники с телами качения;

НУ – на одном подшипнике радиального скольжения, остальные — подшипники с телами качения. С герметизацией маслонаполненной опоры;

А – на двух и более подшипниках скольжения;

АУ – на двух и более подшипниках скольжения с герметизированными маслонаполненными опорами.

Таким образом прочесть маркировку III 244,5 С-ЦВ, можно как – трехшарошечное долото, диаметром 244,5 с фрезерованными зубьями для бурения пород средней твердости, на подшипниках с телами качения.

burenieinfo.ru

2.2.2. Шарошечные долота

Шарошечным долотом называется такой породоразрушающий инструмент, у которого основным рабочим органом является шарошка — стальная конусообразная деталь, свободно посаженная на ось и несущая на своей поверхности инденторы — зубцы, штыри (рис.11). Оно представляет собой своеобразный механизм, у которого враще­ние его корпуса преобразуется во вращательное движение шарошек вокруг их оси, в результате чего происходит поражение забоя зубцами, периодически вступающими с ним в контакт.

Внашей стране на долю шарошечных долот приходится свыше 90 % объема глубокого бурения.

Долото может иметь от одной до трех и более шарошек. Наиболее распространены трехшарошечные долота; одно- и двухшарошечные долота производят в ограниченном количе­стве. Одношарошечные долота предназначены для бурения твердых неабразивных пород на больших глубинах, двухшарошечные — в основном для бурения на небольших глубинах в мягких породах с пропластками пород средней

твердости. Каждая шарошка снабжена множеством резцов, которые располагаются венцами.

Рис. 11. Шарошечное долото: корпус с резьбовой головкой; 2 - лапа с опорой; 3-шарошка.

Всем венцам шарошек присвоены буквенные индексы по направлению от вершины к основанию: А,Б,В,Г. Венец, расположенный у основания шарошки, называют периферийным. Венцы соседних шарошек располо­жены таким образом, что позволяют разрушать породу по всей поверхности забоя. Применяют два способа оснащения шарошки зубцами: фрезерование зубцов из тела шарошки с последующей наплавкой зерненого твердого сплава (релита и т.п.) или установка твердосплавных штырей (резцов) в гнезда методом холодного прессования. У одного и того же долота шарошки могут различаться по виду. Так, у некоторых трех­шарошечных долот только первая шарошка имеет полный конус, а две (вторая и третья по ходу часовой стрелки с торца) имеют форму усеченного конуса. Шарошки нумеруются в зависимости от числа зубьев на венце А. Первая имеет на этом венце наименьшее, а третья наибольшее число зубьев.

Шарошечные долота выпускаются в соответствии с ГОСТ 20692—75 (таблица). Этим документом предусматривается изготовление шарошечных долот 13 типов, 39 различных номинальных диаметров - от 46 до 508 мм. Типы долот отличаются друг от друга конструкцией и расположением шарошек и зубцов на них, а также конструкцией опор шарошек.

Характер взаимодействия зубцов шарошки с забоем, а следовательно, и специфика разрушения горных пород на забое зависят от размеров и плотности размещения зубцов в венце, а также от конфигурации шарошек и расположения их осей.

Таблица

Типы шарошечных долот и области их применения (ГОСТ 20692-75)

Общая харак­теристика гор­ной породы	Характеристика механических свойств	Шифр долота	Исполнение вооружения шарошки
Мягкие поро­ды	Неабразивные рыхлые, пластичные (слабые супеси, наносы, пластичные глины, мягкие известняки и т.д.)	М	С фрезерован­ными зубьями
	Абразивные слабосцементи­рованные (слабые песчаники, суглинки, мергели и т.п.)	мз	Со вставными зубками
Мягкие поро­ды с пропластками пород средней твер­дости	Неабразивные породы (ка­менная соль с пропластками ангидритов, тонко переслаи­вающиеся глины с пропласт­ками слабых песчаников и т.п.)	мс	С фрезерован­ными зубьями
	Абразивные слабосцементиро­ванные породы (с пропласт­ками песчаников, сланцы мягкие с пропластками сланцев средней твердости и т.п.).	мсз	Со вставными зубками
Породы сред­ней твердости	Неабразивные пластичные и хрупкопластичные породы (известняки средней твердости. слабые доломиты, плотные глины и т.п.)	с	С фрезерован­ными зубьями
	Абразивные породы средней твердости (песчаники, алевро­литы и т.п.)	сз	Со вставными зубками
Породы сред­ней твердости с пропластками твердых	Неабразивные хрупкопластич­ные породы средней твердости с пропластками твердых (пере­слаивающиеся известняки, гипсы, доломиты, аргиллиты и т.п.)	ст	С фрезерован­ными зубьями
Твердые	Неабразивные твердые породы (аргиллиты, доломиты, твердые известняки и т.п.)	т	С фрезерован­ными зубьями
	Абразивные твердые породы (крепкие песчаники, окварцованные известняки, доломиты и т.п.)	тз	Со вставными зубками
Твердые с пропластками крепких	Неабразивные твердые породы с пропластками крепких (пере­слаивающиеся твердые извест­няки, доломиты, ангидриты и т.п.)	тк	С комбиниро­ванным воору­жением (фре­зерованные и вставные зубья)
	Абразивные твердые породы с пропластками крепких (мелкозернистые песчаники, окремнелые аргиллиты и т.п.)	ткз	Со вставными зубками
Крепкие	Крепкие породы (окремнелые разности известняков, доломитов, кварциты, изверженные крепкие породы)	к	Со вставными зубками
Очень крепкие	Скальные магматические породы (граниты, гнейсы, диабазы и т.п.)	ок	Со вставными зубками

Особенность кинематики работы шарошки состоит в том, что каждая шарошка участвует в сложном вращательном движении: относительном движении вокруг собственной оси и переносном вращательном движении вокруг оси долота (рис.12). В результате сложения двух вращательных движений в каждый момент времени шарошка совершает вращение вокруг некоторой мгновенной оси с частотой а.

Если мгновенная ось вращения шарошки проходит через линию контакта описанного конуса с поверхностью забоя (рис.12,а), то взаимодействие зубцов с забоем происходит без их относительного смещения. Если известна угловая скорость вращения долота д, то угловая скорость вращения шарошки вокруг своей оси равна ш = д / sin (/2) или ш =  n / 30 sin (/2), где п — частота вращения долота, мин-1;  — угол при вершине шарошки.

Если мгновенная ось пересекается с линией контакта шарошки с забоем (рис. 12, б), то при вращении шарошки зубцы, удаленные от точки А, будут проскальзывать по забою, производя скол. Скольжение зубцов шарошечного долота оценивается коэффициентом скольжения kск,, который равен отношению суммарной площади, описываемой зубцами долота за один его оборот при их проскальзывании по забою, к площади забоя. Коэффициент скольжения kск может изменяться от 0 до 0,15. Увеличение коэффициента скольжения достигается использованием многоконусных шарошек со смещением их осей относительно оси долота.

Таким образом, в зависимости от приведенных выше конструктивных особенностей шарошечное долото может быть отнесено к породоразрушающему инструменту дробяще-скалывающего или дробящего действия. В мягких породах при­меняют шарошечные долота с высокими коэффициентами скольжения, добиваясь тем самым усиления скалывающего действия зубцов.

Рис. 12. Характер взаимодействия вооружения шарошки с забоем:

а – без скольжения; б – со скольжением; Sk – площадь проскальзывания

В твердых и особенно в абразивных породах шарошечные долота должны работать без скольжения. Эти долота оснащаются шарошками, представляющими собой правильный конус, вершина которого лежит на оси до­лота. Коэффициент скольжения такого долота теоретически равен нулю.

Важная особенность, которая отличает шарошечные долота от лопастных, — то, что с забоем одновременно взаимодействует лишь небольшая часть зубцов. Отношение суммы длин зубцов, выделенных по одной образующей на каждой шарошке, к радиусу долота называется коэффициентом перекрытия kп. В мягких породах применяют долота с коэффициентом перекрытия kп = 1,1, в породах средней твердости kп = 1,4.

Ресурс работы долота определяется не только износом вооружения, но также и износостойкостью опоры шарошки. Опора шарошки — весьма уязвимый узел и нередко именно ее недостаточный ресурс ограничивает продолжительность работы долота на забое.

Опора шарошки включает несколько подшипников, один из которых шариковый, служащий для закрепления шарошки на цапфе и называемый замковым, остальные подшипники качения (шариковые или роликовые) или скольжения. После создания герметизированных маслозаполненных опор, обеспечивающих благоприятные условия работы подшипников, долговечность долота удалось повысить в несколько раз.

Под шифрами ГНУ и ГАУ разработаны две серии долот с герметизированной опорой. Долота серии ГНУ предназначены для роторного бурения и бурения с тихоходными забой­ными двигателями. В опоре долота серии ГНУ размещаются (от торца шарошки) роликовый подшипник, шариковый "замковый" подшипник и подшипник скольжения. У торца цапфы имеется упорный осевой подшипник скольжения, второй осевой подшипник скольжения введен у внутреннего бурта замкового подшипника.

В опоре долот серии ГАУ роликовый подшипник качения заменен подшипником скольжения. Герметизация опоры имеет упрощенную конструкцию. Наибольшую трудность в изготовлении долот серии ГАУ представляет отыскание материалов для подшипника скольжения и обеспечение высокой точности его размеров.

По расположению и конфигурации промывочных каналов различают долота с центральным промывочным каналом и гидромониторные долота с периферийными каналами. У долот с центральным каналом (цилиндрическим или щелевидным) поток промывочной жидкости направляется на шарошки, омывает их и затем попадает на забой.

Гидромониторные долота имеют каналы, в конце которых установлены сменные металлокерамические или твердосплавные насадки. Наиболее часто используют металлокерамические насадки с коноидальным или коническим каналом. Они предназначены для создания направленного потока, который по выходе из долота со скоростью выше 80 м/с устремляется прямо на забой.

Поскольку шарошечными долотами успешно разбуривают практически все породы — от самых мягких до особо крепких, в соответствии с ГОСТ 20692—75 для обеспечения высоких показателей бурения в породах с различными физико-механическими свойствами применяется широкая гамма до­лот. Они выпускаются под шифрами М, МЗ, МС, МСЗ, С, СЗ, СТ, Т, ТЗ, ТК, ТКЗ, К, ОК.

В условном обозначении долота, кроме шифра области применения, указывают число шарошек, номинальный диаметр долота (мм), конструкцию промывочных каналов и опор шарошек. Центральная промывка обозначается буквой "Ц", гидромониторная — "Г". У долот типов М, МС и С оси шарошек смещены, что позволяет повысить коэффициент скольжения. Долота типов СТ, Т, ТК, К, ОК имеют шарошки с несмещенными осями. Шарошки у долот типов М, МС и С — самоочищающиеся, т.е. венцы зубцов одной шарошки проходят между венцами соседней. Шарошки для долот ТК (частично), К и ОК заправ­ляются резцами из твердых сплавов (штыри) клиновидной или полусферической формы. Все долота, имеющие в шифре букву "3" и предназначенные для бурения в абразивных породах, имеют шарошки, оснащенные твердосплавными резцами клинообразной формы.

Лапы шарошек изготовляют из высококачественной стали марки 20ХНЗА, а собственно шарошки — из стали марок 17НЗМА и 20ХНЗА. Для повышения качества материала шарошек применяют способы шлакового переплава, двойного шлакового переплава и т.п.

При сборке долот с негерметизированной опорой ее заполняют графитовой смазкой. Герметизированные опоры заливаются специальной смазкой, содержащей присадки.

Широкое повсеместное внедрение шарошечных долот обусловлено рядом их существенных преимуществ:

• зубцы шарошки поочередно и лишь кратковременно взаи­модействуют с забоем, что при большом количестве рабочих элементов обеспечивает большую долговечность вооружения долота;

• возможность варьирования механизмом взаимодействия долот с забоем, что позволяет реализовать наиболее эффективный способ разрушения горной породы, — отсюда широ­кая гамма типов долот для бурения пород от самых мягких до крепчайших;

• использование опор качения и скольжения позволяет значительно снизить крутящий момент, требуемый для вращения долота на забое.

studfiles.net

Долота шарошечные для сплошного бурения

До 90 % объемов бурения производится шарошечными долотами. Шарошечные долота наиболее широко распространены и предназна­чены для сплошного бурения нефтяных и газовых скважин. Шарошечные долота имеют следующие преимущества:

1. площадь контакта шарошечных долот с забоем значительноменьше, чем у лопастных долот, а длина их рабочих кромок больше, чтозначительно повышает эффективность разрушения горных пород;
2. шарошки долота перекатываются по забою в отличие от лезвийлопастного долота, скользящих по нему, вследствие чего интенсивностьизноса зубьев шарошек значительно меньше интенсивности износалезвий лопастных долот;
3. вследствие перекатывания шарошек по забою крутящий момент,потребляемый долотом, сравнительно невелик, поэтому опасность заклинивания шарошечного долота сводится к минимуму.

 

Все долота в зависимости от твердости и абразивности разбуриваемых пород длятся на 13типов, указанных в таблице 3.

Таблица 3 – Типы шарошечных долот

№№ п/п	Обозна-чение	Твердость пород	Литологический состав пород	Вооружение
1.	М	мягкие	Глины с прослоями песков, алевролитов	Зубчатое (задано с телом шарошки)
2.	МЗ	мягкие абразивные	Чередование аргиллитов, алевролитов, окварцованных песчаников, глинистых сланцев	Вставные твердо- сплавные зубки
3.	МС	Мягкие с про-пластками сред-ней твердости	Глины, аргиллиты с прослоями песчаников	Заодно с телом шарошек
4.	МСЗ	Мягкие абразив-ные с пропласт-ками средней твердости	Чередование аргиллитов известковистых	Вставные зубья и выполненные заодно с телом шарошки
5.	С	Средней твердости	Известняки и доломиты с прослоями глин и аргиллитов	Зубья заодно с телом шарошек
6.	СЗ	Абразивные средней твердости	Переслаивание глин с включением гипса и ангидрита с аргиллитами и алевролитами	Вставные зубья
7.	СТ	Средние с пропластками твердых пород	Известняки, доломиты, пере-слаивание глин алевролитистых, алевролитов, песчаников, аргиллитов известковистых	Фрезерованные зубья
8.	Т	твердые	Известняки, доломиты с просло-ями глин и включениями ангидритов	Фрезерованные зубья
9.	ТЗ	Твердые абразив-ные породы	Известняки, участками окремнелые, доломитизированные	Вставные зубья
10.	ТК	Твердые с проплатками крепких пород	Известняки, доломиты окремнелые с прослоями мергелей	Фрезерованные и вставные зубья
11.	ТКЗ	Твердые абразив-ные с пропласт-ками крепких пород	Известняки, доломиты, аргиллиты окремнелые, алевролиты, песчаники кварцевые	Вставные зубья
12.	К	Крепкие	Песчаники кварцевые с прослоями аргиллитов	Вставные зубья
13.	ОК	Очень крепкие	Кварцевые песчаники с прожилками кварца	Вставные зубья

Шарошечные долота подразделяются на разновидности по количеству рабочих органов:

Одношарошечные I (обозначение)

Двухшарошечные II

Трехшарошечные III

Четырехшарошечные IV

Шестишарошечные VI

Для бурения скважин наиболее широко распространены 3-х шарошечные долота.

Каждый вид долота выпускается сериями.

Серия – специфическая особенность конструкции или технологии изготовления (например, ГНУ, ГАУ). Характеризуется иной конструкцией отдельного узла (например, вооружение).

Вооружение шарошек – это конструкция, число, размер зубьев и расположение их на теле шарошки.

По вооружению шарошечные долота делятся на 3 класса:

1 кл. – Зубчатое (выфрезерованные стальные элементы) (МС, М, С, СТ, Т)

2 кл. – Штыревое (вставное твердо-сплавное вооружение) (МЗ, СЗ, ТЗ, ТКЗ, К, ОК)

3 кл. – Зубчато-штыревое (МСЗ, ТК)

“З” – твердосплавные зубья.

Типы долот делятся на модификации:

1) по схеме промывки:

Г – гидромониторная (боковая) промывка

Ц – центральная промывка

П – центральная продувка

ПГ – боковая продувка

2) по конструктивному выполнению опор:

В – на п/ш качения (для высокооборотного бурения)

Н – на 1 п/ш скольжения, остальные качения (для низкооборотного бурения)

НУ – на 1 п/ш скольжения с герметизацией уплотнительными кольцами и резервуарами для смазки.

АУ – на 2-х и более п/ш скольжения с герметизацией, маслонаполненные.

Модификация включает несколько моделей, которые отличаются между собой размерами (диаметр, высота).

Долота независимо от их назначения, конструкции и типа нормализованы по диаметрам. Нормальный ряд долот изменяется от 46,0 ÷ 508 мм. В нашем регионе используются 3-х шарошечные долота:

• 393,7 мм – для бурения под направление;
• 295,3 мм – для бурения под кондуктор;
• 215,9; 190,5 мм – для бурения под эксплуатационную колонну.

 

Похожие статьи:

poznayka.org

Трехшарошечные долота для бурения: диаметры, ГОСТ

Содержание   

С помощью бурения человек может выполнить огромное количество поставленных перед собой задач. Для бурения используют специальные станки и бурильные установки. С их помощью удается выполнять бурение водяных скважин, нефтегазовых скважин, каналов, туннелей и т.д.

Схематическое изображение трехшарошечного долота

Существуют буровые установки разного типа, однако ни одна из них не сможет обойтись без бурового долота. Особенно популярны буровые долота шарошечного типа. В частности, трехшарошечные долота, о которых сейчас и пойдет речь.

Принцип работы трехшарошечного долота

Буровые установки любого типа – это мощные механизмы с двигателем, что обеспечивает вращение основного направляющего элемента. В его качестве используют ротор или другие подобные механизмы. Однако бурение скважин или туннелей нельзя обеспечить одним только ротором.

Нужна насадка на ротор, которую именуют долотом. Долота выполняются из высококачественных сплавов металла или пластика. Для их производства используют промышленные станки, что способны работать в условиях повышенных нагрузок.

Самые популярные на данный момент – это трехшарошечные долота. Шарошечное долото – это устройство прямого типа. То есть оно при бурении разрабатывает всю рабочую площадь, дробя и убирая породу по всему периметру.

Состоит такой механизм из нескольких элементов, которые мы сейчас и опишем. Но главная его составляющая и по совместительству рабочий механизм – это шарошки.

Шарошками называют специальные конусообразные дробильные элементы с нарезанными на них зубьями. Для нарезки зубьев используют промышленные станки, а саму заготовку, как правило, выплавляют в печи.

Исключение составляют только дорогие комбинированные шарошки, которые и сами способны вращаться. Изделия такого типа выливать нельзя. При их производстве используются только фрезеровочные высокоточные станки.

Шарошки монтируют на лапу долота. Их количество определяется назначением буровой установки. Например, одношарошечное долото используется для бурения скважин или мелких каналов.

Трехшарошечное долото с тремя лапами и возможностью подключения механизма подачи смазки

Одношарошечное долото имеет простейшую конструкцию, так как на нем полноценной лапы нет. В ней просто нет нужды. Единственная шарошка вращается на роторе и одновременно на собственных подшипниках, что и дает неплохой эффект.

Существуют буровые шарошечные болота разного типа. Количество шарошек в них не ограничивается тремя. В массовом производстве можно встретить шестишарошечные образцы для бурения крупных скважин.

Но и это далеко не предел. По заказу, для разработки алмазных шахт могут создавать оборудование с впечатляющими характеристиками. Например, долото шарошечного типа, что вмещает в себя до 10-12 шарошек и может обрабатывать боковые плоскости за счет дополнительных бурящих элементов на контуре лап.

Теперь приступим к разбору конкретной конструкции трехшарошечного долота. Основной элемент изделия состоит из литого металла, для обработки которого применялись специальные станки.

Его монтируют на вращающийся ротор, посредством резьбовых соединений и именуют соплом. На этом элементе крепятся лапы. Лап может быть несколько. В долотах трехшарошечного типа их есть три. Однако количество лапе не всегда жестко привязано к количеству шарошек.

Так, для основательного бурения скважин в горной породе или граните используют шестишарошечное долото, у которого на одной лапе находятся по две шарошки. Если рассматривается одношарошечное долото, то здесь лап может не быть вообще.

Как правило, на внутренней части лапы установлен параллельный вращательный механизм с подшипниками. Шарошка для бурения монтируется именно на этот механизм.

Причем конструкция лап и шарошек создана таким образом, чтобы непосредственно бурильный элемент вращался в противоположную сторону, к направлению вращения основного ротора.

Впрочем, здесь все зависит от тех решений, что примет сам производитель. Благодаря такой системе вращения удается намного качественнее дробить и убирать породу. Причем разработка проходит быстрее, шарошки меньше засоряются, а удалять грунт удается очень легко.

Трехшарошечные малогабаритные изделия на производстве

Буровые долота шарошечного типа используются очень широко. Без них невозможно себе представить процесс разработки скважин, крупных тоннелей и т.д. Другие типы бурильных механизмов такой мощностью, эффективностью и надежностью похвастаться не могут, что и определило столь высокую популярность на рынке.к меню ↑

Виды шарошечных долот

Теперь обратимся к разновидностям конструкции шарошек, разберем их характеристики и некоторые нюансы долот трехшарошечного типа.

Классификация шарошечных долот чрезвычайно широка. Что впрочем, вполне очевидно, ведь и сфера их применения считается самой крупной. С их помощью выполняют разработку не только скважин на воду или нефть. Они широко применяются в шахтной разработке, при бурении каналов метро и т.д.

Метод производства тоже оказывает свое влияние как на тип изделия, так и на его назначение. Ведь в работе используют разные станки, разное оборудование и различными характеристиками.

По типу сопла (первого элемента, что отвечает за сцепление с ротором) их делят на:

• Модели НД;
• Модели НКВ.

Первые предназначены для бурения скважин, а вторые более разнообразны и производятся в широком диапазоне габаритов.

По выбранной серии долота делят на:

• Образцы серии 1АН;
• Образцы серии 2АН;
• Образцы серии 1АВ и 2АВ.

Популярные разновидности трехшарошечных долот в исполнении из металла

Стоит понимать, что серийный номер рассматриваемого изделия показывает не только его основные характеристики, но и их конструктивные особенности.

Так, серия 1АН представлена моделями, что монтируют на буровые станки с низкооборотными двигателями. Они предназначены для разработки относительно мягких пород.

Серия 2АН уже характеризуется повышенной оборотностью (до 250 оборотов в минуту) и возможность постоянного смазывания шарошек и подшипников во время работы.

Серия АВ специально создавалась для ситуаций, когда применяются буровые станки и установки высокой мощности. Буква «В» как раз и говорит нам о том, что это высокооборотное изделие, что способно выдерживать огромные нагрузки.

Сами шарошки для бурения тоже имеют свои конструктивные особенности. Они могут иметь одинарную, двойную и даже тройную форму. Для одношарошечных образцов часто используют сферические модели, что способны обрабатывать большее количество породы за единицу времени.

По типу конструкции шарошки делят на:

• Цельные;
• Комбинированные.

Цельные модели выливают непосредственно на производстве. Затем используют фрезерные станки для их заточки зубьев. После этого остается только закалить изделие и проточить на нем резьбу.

Комбинированные образцы – это уже куда более интересный и дорогостоящий вариант. В таких шарошках несколько уровней могут вращаться в разных направлениях. Не стоит и упоминать о том, что этих условиях эффективность их работы возрастает многократно.

Линейка трехшарошечных долот с разными размерами

Впрочем, как и цена. Ведь в отличие от литых образцов, комбинированные шарошки собирают из разных деталей. Еще одна интересная особенность комбинированных моделей в том, что их способ вращения способствует самоочистке лицевой части шарошек.

При этом вам не придется даже использовать буровые станки с возможностью очистки. Противоположные движения разных уровней шарошек сами удаляют до 90% загрязнений, за счет непоследовательного вращения зубьев.

Диаметры долот шарошечного типа тоже существенно различаются. Диаметр сопла начинается от 100 мм и может доходить до нескольких тысяч. Или даже больше, если рассматривать действительно мощное оборудование.

Шарошка для бурения тоже имеет очень различные диаметры. Встречаются образцы от 50 и до 1000 мм. Не стоит удивляться, как удается уместить в 100 миллиметровом сопле три шарошки с диаметром в 50 мм.

Во-первых, сопло – это самая узкая часть долота. Во-вторых, шарошки монтируются под углом друг к другу. В третьих, их положение можно регулировать, и как правило, чем крупнее площадь обработки долота, тем лучше для рабочих.

Например, чем шире диаметр разработки скважин, тем проще будет установить обсадную трубу или совершать различные манипуляции.

Еще один способ классификации трехшарошечного долота, заключается в их делении по типу разрабатываемой породы. Их делят на:

• Образцы класса М;
• Образцы класса МС;
• Образцы класса С;
• Образцы класса СТ;
• Образцы класса Т.

Процесс корректировки лап и шарошек в трехшарошечном долоте

Классы М и МС предназначены для разработки относительно мягких пород. Классы С и СТ используются для прокладки скважин и тоннелей в средних по своей прочности породах. Ну а класс Т используется для дробления твердых пород.к меню ↑

Нюансы применения трехшарошечных долот

Применение трехшарошечных долот сложностью не отличается, так как весь механизм уже собран и готов к работе. Вам нужно только проделать несколько простых операций и приступить к работе.

Как правило, собирать долота такого типа не требуется. Тем более что заниматься этим должны специально обученные люди. Долото в собранном виде нужно только установить на ротор. Для этого нужно насадить сопло на ротор и затянуть резьбу.

Затягивать надо очень тщательно, чтобы в процессе работы оно не сорвалось, так как это может привести к очень неприятным последствиям.

Затем подключают все элемент, саму лапу, убеждаются в правильно работе всех частей. Например, очень важно заранее проверить момент вращения шарошек, их угол наклона и движение лапы. Если где-то обнаружены проблемы, то приступать к бурению запрещено. Это правило, которое нельзя нарушать.

Также нужно выставить шарошки в необходимом для работы положении и точно отрегулировать их взаимодействие между собой.

Если долото способно подавать смазку для очистки буровых частей и поддержки работы механики, то проверить следует и сам механизм подачи.

Такие изделия, как правило, очень сильно зависят от наличия смазки. Более того, работая без нее, они быстро изнашиваются и приходят в негодность. А потому и на этот момент стоит обязательно обратить внимание. После выполнения всех работ вам остается только начать процесс бурения и выполнять поставленную задачу.к меню ↑

Обзор трехшарошечных долот (видео)

 Главная страница » Инструменты для бурения

byreniepro.ru

Шарошечные долота

Шарошечные штыревые долота: особенности и преимущества .

Шарошечное штыревое долото – дробящий, дробяще-скользящий инструмент, предназначенный для разрушения пород. Главный рабочий орган – шарошка, представляющая собой элемент в форме конуса, изготовленного из стали. Вооружение шарошки – зубья разной длины или штыри, произведенные из карбида вольфрама. Этот твердый сплав используется для разрушения всевозможных горных пород, начиная от мягкой, заканчивая достаточно прочной.

Долото шарошечное – система, вращение шарошек вокруг своей оси возможно благодаря вращению корпуса. В результате работы механизма, производится разрушение горных пород на забое посредством зубцов, вступающих с ними в контакт. Шарошки имеют особую конструкцию – наличие большого количества зубцов, размещенных особым образом. Они расположены таким образом, что горная порода разрушается по всему периметру забоя.

Шарошечные штыревые долота также имеют несколько важных систем: смазка и промывка. Оборудование может изготавливаться с боковой или центральной системой промывки. В первом варианте жидкость из отверстий направлена под шарошку. При наличии на отверстиях специальных накладок, система именуется гидромониторной.

Сфера использования шарошечных штыревых долот

Для бурения газовых/нефтяных скважин применяются твердосплавные долота, оснащенные шарошками конической формы.

Инструмент широко используется для бурения геологоразведочных, газовых, нефтяных скважин. Также применяется в горнодобывающем производстве, строительстве. Долота имеют ряд преимуществ, к которым относятся: 

• Достаточная площадь контакта с забоем;

• Большая длина рабочих кромок, что повышает эффективность при работе с инструментом;

• Низкий уровень износа зубьев;

• Небольшой крутящий момент, благодаря чему опасность заклинивания долота минимальна.

burgeokomplekt.ru

Типы шарошечных долот и области их применения (ГОСТ 20692-75)

Общая харак­теристика гор­ной породы	Характеристика механических свойств	Шифр долота	Исполнение вооружения шарошки
Мягкие поро­ды	Неабразивные рыхлые, пластичные (слабые супеси, наносы, пластичные глины, мягкие известняки и т.д.)	М	С фрезерован­ными зубьями
Абразивные слабосцементи­рованные (слабые песчаники, суглинки, мергели и т.п.)	мз	Со вставными зубками
Мягкие поро­ды с пропластками пород средней твер­дости	Неабразивные породы (ка­менная соль с пропластками ангидритов, тонко переслаи­вающиеся глины с пропласт­ками слабых песчаников и т.п.)	мс	С фрезерован­ными зубьями
Абразивные слабосцементиро­ванные породы (с пропласт­ками песчаников, сланцы мягкие с пропластками сланцев средней твердости и т.п.).	мсз	Со вставными зубками
Породы сред­ней твердости	Неабразивные пластичные и хрупкопластичные породы (известняки средней твердости. слабые доломиты, плотные глины и т.п.)	с	С фрезерован­ными зубьями
Абразивные породы средней твердости (песчаники, алевро­литы и т.п.)	сз	Со вставными зубками
Породы сред­ней твердости с пропластками твердых	Неабразивные хрупкопластич­ные породы средней твердости с пропластками твердых (пере­слаивающиеся известняки, гипсы, доломиты, аргиллиты и т.п.)	ст	С фрезерован­ными зубьями
Твердые	Неабразивные твердые породы (аргиллиты, доломиты, твердые известняки и т.п.)	т	С фрезерован­ными зубьями
Абразивные твердые породы (крепкие песчаники, окварцованные известняки, доломиты и т.п.)	тз	Со вставными зубками
Твердые с пропластками крепких	Неабразивные твердые породы с пропластками крепких (пере­слаивающиеся твердые извест­няки, доломиты, ангидриты и т.п.)	тк	С комбиниро­ванным воору­жением (фре­зерованные и вставные зубья)
Абразивные твердые породы с пропластками крепких (мелкозернистые песчаники, окремнелые аргиллиты и т.п.)	ткз	Со вставными зубками
Крепкие	Крепкие породы (окремнелые разности известняков, доломитов, кварциты, изверженные крепкие породы)	к	Со вставными зубками
Очень крепкие	Скальные магматические породы (граниты, гнейсы, диабазы и т.п.)	ок	Со вставными зубками

 

Особенность кинематики работы шарошки состоит в том, что каждая шарошка участвует в сложном вращательном движении: относительном движении вокруг собственной оси и переносном вращательном движении вокруг оси долота (рис.12). В результате сложения двух вращательных движений в каждый момент времени шарошка совершает вращение вокруг некоторой мгновенной оси с частотой wа.

Если мгновенная ось вращения шарошки проходит через линию контакта описанного конуса с поверхностью забоя (рис.12,а), то взаимодействие зубцов с забоем происходит без их относительного смещения. Если известна угловая скорость вращения долота wд, то угловая скорость вращения шарошки вокруг своей оси равна wш = wд / sin (a/2) или wш = p n / 30 sin (a/2), где п — частота вращения долота, мин-1; a — угол при вершине шарошки.

Если мгновенная ось пересекается с линией контакта шарошки с забоем (рис. 12, б), то при вращении шарошки зубцы, удаленные от точки А, будут проскальзывать по забою, производя скол. Скольжение зубцов шарошечного долота оценивается коэффициентом скольжения kск,, который равен отношению суммарной площади, описываемой зубцами долота за один его оборот при их проскальзывании по забою, к площади забоя. Коэффициент скольжения kск может изменяться от 0 до 0,15. Увеличение коэффициента скольжения достигается использованием многоконусных шарошек со смещениемих осей относительно оси долота.

Таким образом, в зависимости от приведенных выше конструктивных особенностей шарошечное долото может быть отнесено к породоразрушающему инструменту дробяще-скалывающего или дробящего действия. В мягких породах при­меняют шарошечные долота с высокими коэффициентами скольжения, добиваясь тем самым усиления скалывающего действия зубцов.

Рис. 12. Характер взаимодействия вооружения шарошки с забоем:

а – без скольжения; б – со скольжением; Sk – площадь проскальзывания

 

В твердых и особенно в абразивных породах шарошечные долота должны работать без скольжения. Эти долота оснащаются шарошками, представляющими собой правильный конус, вершина которого лежит на оси до­лота. Коэффициент скольжения такого долота теоретически равен нулю.

Важная особенность, которая отличает шарошечные долота от лопастных, — то, что с забоем одновременно взаимодействует лишь небольшая часть зубцов. Отношение суммы длин зубцов, выделенных по одной образующей на каждой шарошке, к радиусу долота называется коэффициентом перекрытия kп. В мягких породах применяют долота с коэффициентом перекрытия kп = 1,1, в породах средней твердости kп = 1,4.

Ресурс работы долота определяется не только износом вооружения, но также и износостойкостью опоры шарошки. Опора шарошки — весьма уязвимый узел и нередко именно ее недостаточный ресурс ограничивает продолжительность работы долота на забое.

Опора шарошки включает несколько подшипников, один из которых шариковый, служащий для закрепления шарошки на цапфе и называемый замковым, остальные подшипники качения (шариковые или роликовые) или скольжения. После создания герметизированных маслозаполненных опор, обеспечивающих благоприятные условия работы подшипников, долговечность долота удалось повысить в несколько раз.

Под шифрами ГНУ и ГАУ разработаны две серии долот с герметизированной опорой. Долота серии ГНУ предназначены для роторного бурения и бурения с тихоходными забой­ными двигателями. В опоре долота серии ГНУ размещаются (от торца шарошки) роликовый подшипник, шариковый "замковый" подшипник и подшипник скольжения. У торца цапфы имеется упорный осевой подшипник скольжения, второй осевой подшипник скольжения введен у внутреннего бурта замкового подшипника.

В опоре долот серии ГАУ роликовый подшипник качения заменен подшипником скольжения. Герметизация опоры имеет упрощенную конструкцию. Наибольшую трудность в изготовлении долот серии ГАУ представляет отыскание материалов для подшипника скольжения и обеспечение высокой точности его размеров.

По расположению и конфигурации промывочных каналов различают долота с центральным промывочным каналом и гидромониторные долота с периферийными каналами. У долот с центральным каналом (цилиндрическим или щелевидным) поток промывочной жидкости направляется на шарошки, омывает их и затем попадает на забой.

Гидромониторные долота имеют каналы, в конце которых установлены сменные металлокерамические или твердосплавные насадки. Наиболее часто используют металлокерамические насадки с коноидальным или коническим каналом. Они предназначены для создания направленного потока, который по выходе из долота со скоростью выше 80 м/с устремляется прямо на забой.

Поскольку шарошечными долотами успешно разбуривают практически все породы — от самых мягких до особо крепких, в соответствии с ГОСТ 20692—75 для обеспечения высоких показателей бурения в породах с различными физико-механическими свойствами применяется широкая гамма до­лот. Они выпускаются под шифрами М, МЗ, МС, МСЗ, С, СЗ, СТ, Т, ТЗ, ТК, ТКЗ, К, ОК.

В условном обозначении долота, кроме шифра области применения, указывают число шарошек, номинальный диаметр долота (мм), конструкцию промывочных каналов и опор шарошек. Центральная промывка обозначается буквой "Ц", гидромониторная — "Г". У долот типов М, МС и С оси шарошек смещены, что позволяет повысить коэффициент скольжения. Долота типов СТ, Т, ТК, К, ОК имеют шарошки с несмещенными осями. Шарошки у долот типов М, МС и С — самоочищающиеся, т.е. венцы зубцов одной шарошки проходят между венцами соседней. Шарошки для долот ТК (частично), К и ОК заправ­ляются резцами из твердых сплавов (штыри) клиновидной или полусферической формы. Все долота, имеющие в шифре букву "3" и предназначенные для бурения в абразивных породах, имеют шарошки, оснащенные твердосплавными резцами клинообразной формы.

Лапы шарошек изготовляют из высококачественной стали марки 20ХНЗА, а собственно шарошки — из стали марок 17НЗМА и 20ХНЗА. Для повышения качества материала шарошек применяют способы шлакового переплава, двойного шлакового переплава и т.п.

При сборке долот с негерметизированной опорой ее заполняют графитовой смазкой. Герметизированные опоры заливаются специальной смазкой, содержащей присадки.

Широкое повсеместное внедрение шарошечных долот обусловлено рядом их существенных преимуществ:

· зубцы шарошки поочередно и лишь кратковременно взаи­модействуют с забоем, что при большом количестве рабочих элементов обеспечивает большую долговечность вооружения долота;

· возможность варьирования механизмом взаимодействия долот с забоем, что позволяет реализовать наиболее эффективный способ разрушения горной породы, — отсюда широ­кая гамма типов долот для бурения пород от самых мягких до крепчайших;

· использование опор качения и скольжения позволяет значительно снизить крутящий момент, требуемый для вращения долота на забое.

 

Алмазные долота

Алмазные долота предназначены для разрушения истиранием (микрорезанием) неабразивных пород средней твердости и твердых на больших глубинах (с глубины 3000 м).

Алмазное долото состоит из стального корпуса с замковой резьбой и фасонной алмазонесущей головки (матрицы). Матрица разделена на секторы радиальными (или спиральными) промывочными каналами, которые сообщаются с полостью в корпусе долота через промывочные отверстия (рис. 13).

Алмазонесущую матрицу изготовляют методом прессования и спекания смеси

специально подобранных порошкообразных твердых сплавов. Перед прессованием в пресс-форме по заданной схеме размещают кристаллики природных или синтетических алмазов. При однослойном размещении алмазов применяют алмазы в 0,05-0,4 карата (карат - единица измерения массы алмазов (1 карат равен 0,2 г). Диаметр кристалла сферической формы в 1 карат равен примерно 4,5 мм. Для бурения в твердых породах изготовляют долота с объемным размещением мелких (менее 0,02 карата) кристаллов алмаза в матрице (импрегнированные алмазные долота). После изготовления долота вылет алмазов над рабочей поверхностью матрицы составляет 0,1-0,25 их диаметра.

Диаметр алмазных долот на 2-3 мм меньше соответствующих диаметров шарошечных долот. Это вызвано созданием условий для перехода к бурению алмазными долотами после шарошечных, у которых, как правило, по мере износа уменьшается диаметр.

Отраслевым стандартом ОСТ 39026-76 предусмотрено выпускать алмазные долота диаметром от 91,4 до 292,9 мм.

Основными достоинствами алмазных долот являются большая проходка на долото, хорошая центрируемость их на забое и формирование круглого забоя (в отличие от треугольной с округленными вершинами формы забоя при бурении шарошечными долотами).

Существенные недостатки алмазных долот - это крайне низкая механическая скорость бурения (максимальная механическая скорость не превышает 3 м/ч), узкая область применения (исключаются абразивные породы), а также повышенные требования к предварительной подготовке ствола и забоя скважины и промывке скважины в процессе бурения.

Долота ИСМ

Особая разновидность долот разработана Институтом сверхтвердых материалов (ИСМ) - долота типа ИСМ. Долота ИСМ предназначены для разрушения резанием и истиранием (микрорезанием) неабразивных пород мягких (М), перемежающихся по твердости (МС) и средней твердости (С).

Эти долота имеют вооружение из сверхтвердого композиционного материала «Славутич», в состав которого входят мелкокристаллические алмазы и дробленный карбид вольфрама. Для оснащения долот применяют цлиндрические вставки (штыри) диаметром 8-12 мм с плоскими или полусферическими рабочими торцами. Штыри в корпусе долота припаивают в гнездах.

Существует две разновидности долот ИСМ по конструкции: лопастная и секторная. Лопастная разновидность аналогична по конструкции долоту 6ИР.

Секторная разновидность долота состоит из стального корпуса, торцевая профильная поверхность которого разделена на секторы радиальными промывочными каналами. Штырями из «Славутича» вооружена торцевая и калибрующая поверхности долота. Вылет штырей над поверхностью секторов составляет 3-5 мм. На калибрующей поверхности штыри утоплены.

При бурении в мягких породах штыри работают как резцы, осуществляя резание и скалывание. В перемежающихся по твердости и породах средней твердости работают зерна алмазов, разрушая породу микрорезанием.

Присоединяют долото к бурильной колонне при помощи замковой резьбы.

Отраслевым стандартом ОСТ 39026-76 предусмотрено вьпускать долота ИСМ диаметрами от 91,4 до 391,3 мм.

Преимуществами долот ИСМ являются их значительная проходка на долото, достигающая (при соблюдении условий эксплуатации) нескольких сотен метров и относительно высокая рейсовая скорость.

К недостаткам следует отнести узкую область применения (только в неабразивных породах М, МС и С) и высокий момент на вращение долота, ограничивающий применение забойных двигателей.

 

3.3. Долота для бурения с отбором керна

 

Для отбора керна используется колонковое долото (рис.14), состоящее из бурильной головки (ГОСТ 21210-75) и керноприемного устройства (ГОСТ 21949-76).

Бурголовка, разрушая породу по периферии забоя, оставляет в центре скважины колонку породы (керн), поступающую при углублении скважины в керноприемное устройство, состоящее из корпуса и керноприемной трубы (керноприемника).

Корпус керноприемного устройства служит для соединения бурильной головки с бурильной колонной, размещения керноприемника и защиты его от механических повреждений, а также для пропуска бурового раствора к промывочным каналам

Рис.14. Колонковое долото:

1 – бурильная головка; 2 – керн; 3 – керноприемная труба; 4 – корпус керноприемного устройства;

5 – шаровой клапан

 

 

бурголовки. Керноприемник предназначен для приема керна, сохранения его во время бурения от механических повреждений и гидроэрозионного воздействия бурового раствора и сохранения при подъеме на поверхность. Для выполнения этих функций в нижней части керноприемника устанавливают кернорватели и кернодержатели, а вверху клапан, пропускающий через себя вытесняемый из керноприемника буровой раствор при заполнении его керном.

По способу установки керноприемника в корпусе ГОСТ 21949-76 «Устройства керноприемные» предусматривает изготовление керноприемных устройств как с несъемными, так и со съемными керноприемниками.

При бурении с несъемными керноприемниками для подъема на поверхность заполненного керном керноприемника необходимо поднимать всю бурильную колонну.

При бурении со съемным керноприемником бурильная колонна не поднимается. Внутрь колонны на канате спускается специальный ловитель, с помощью которого из керноприемного устройства извлекают керноприемник и поднимают его на поверхность. При помощи этого же ловителя порожний керноприемник спускают и устанавливают в корпусе.

В настоящее время разработан целый ряд керноприемных устройств с несьемными керноприемниками («Недра», «Кембрий», «Силур»), предназначенных для различных условий отбора керна и имеющих аналогичную конструкцию. При турбинном бурении керн отбирают с помощью колонковых турбодолот со съемным керноприемником КТДЗ и КТД4С.

Для керноприемных устройств изготовляют шарошечные, алмазные, лопастные и ИСМ бурголовки, предназначенные для бурения в породах различной твердости и абразивности.

ГОСТ 21210-75 предусмотрено выпускать шарошечные и лопастные бурильные головки диаметрами от 76,0 до 349,2 мм.

Пример условного обозначения бурголовки для керноприемных устройств без съёмного керноприемника (К) с наружным диаметром Дн = 212,7 внутренним диаметром Дв = 80 мм для бурения мягких пород:

К 212,7/80 М ГОСТ 21210-75.

Пример условного обозначения бурголовки для керноприемных устройств со съемным керноприемником (КС) с наружным диаметром Дн = 187,3мм, внутренним диаметром Дв = 40 мм для бурения абразивных пород средней твердости: КС 187,3 / 40 СЗ ГОСТ 21210-75.

 

Похожие статьи:

poznayka.org

Шарошечное долото — Добыча нефти и газа

ШАРОШЕЧНЫЕ ДОЛОТАШарошечным долотом называется такой породоразрушающий инструмент, у которого основным рабочим органом является шарошка — стальная конусообразная деталь, свободно посаженная на ось и несущая на своей поверхности иденторы — зубцы, штыри. Оно представляет собой своеобразный механизм, у которого вращение его корпуса преобразуется во вращательное движение шарошек вокруг их оси, в результате чего происходит поражение забоя зубцами, периодически вступающими с ним в контакт. 

Шарошечное долото: 1 — корпус с резьбовой головкой; 2 лапа с опорой; 3 — шарошка Предложенная в 1909 г., эта конструкция породоразрушающего инструмента оказалась весьма перспективной. В результате разработки и внедрения многочисленных модификаций и непрерывного совершенствования конструкции шарошечных долот за последние годы достигнут быстрый рост показателей эффективности их работы. В нашей стране на долю шарошечных долот приходится свыше 90 % объема глубокого бурения. Долото может иметь от одной до трех и более шарошек. Наиболее распространены трехшарошечные долота; одно- и двухшарошечные долота производят в ограниченном количестве. Одношарошечные долота предназначены для бурения твердых неабразивных пород на больших глубинах, двухшарошечные — в основном для бурения на небольших глубинах в мягких породах с пропластками пород средней твердости.

Каждая шарошка снабжена множеством резцов, которые располагаются венцами. Венцы соседних шарошек расположены таким образом, что позволяют разрушать породу по всей поверхности забоя. Применяют два способа оснащения шарошки зубцами: фрезерование зубцов из тела шарошки с последующей наплавкой зерненого твердого сплава (релита и т.п.) или установка твердосплавных штырей (резцов) в гнезда методом холодного прессования. У одного и того же долота шарошки могут различаться по виду. Так, у некоторых трехшарошечных долот только первая шарошка имеет полный конус, а две (вторая и третья по ходу часовой стрелки с торца) имеют форму усеченного конуса. Шарошечные долота выпускаются в соответствии с ГОСТ 20692 — 75. Этим документом предусматривается изготовление шарошечных долот 39 различных номинальных диаметров — от 46 до 508 мм. Промышленностью производятся шарошечные долота многих типов, различных по вооружению и по конструкции опоры. По вооружению они отличаются друг от друга конфигурацией и расположением шарошек, размером и формой зубцов, их размещением на шарошке, использованием твердого сплава для армирования шарошек.Характер взаимодействия зубцов шарошки с забоем, а следовательно, и специфика разрушения горных пород на забое зависят от размеров и плотности размещения зубцов в венце, а также от конфигурации шарошек и расположения их осей. При перекатывании шарошки по забою в контакт с ним попеременно вступают зубцы шарошки. В общем виде возможны два варианта контакта зубцов с забоем: опора на один зубец либо опора на два зубца. Если опорную поверхность рассматривать как абсолютно твердое тело, то перемещение оси шарошки по вертикальной оси z можно представить как 6z = R(1 — ео8ф/2), где R — радиус описанной (по вершинам зубцов) окружности в рассматриваемом сечении шарошки; ф = 2n/n; n — число зубцов в рассматриваемом венце шарошки. Или 6z = 2Rsin2(n/2n).    (2.2) Хотя в натурных условиях из-за деформации и разрушения породы на забое и других факторов смещение оси шарошки Схема вертикального перемещения шарошки по ровной поверхности 

Характер взаимодействия вооружения шарошки с забоем: а — без скольжения; б — со скольжением; SK — площадь проскальзывания шарошки 6z оказывается значительно ниже расчетной величины по формуле, тем не менее в результате перекатывания шарошки возникает ударная нагрузка. Особенность кинематики работы шарошки состоит в том, что каждая шарошка участвует в сложном вращательном движении: относительном движении вокруг собственной оси и переносном вращательном движении вокруг оси долота. В результате сложения двух вращательных движений в каждый момент времени шарошка совершает вращение вокруг некоторой мгновенной оси с частотой ша.

Если мгновенная ось вращения шарошки проходит через линию контакта описанного конуса с поверхностью забоя, то взаимодействие зубцов с забоем происходит без их относительного смещения. Если известна угловая скорость вращения долота шд, то угловая скорость вращения шарошки вокруг своей оси равна ш ш = шд^т(а/2) или ш ш = = nn/30sin(a/2), где n — частота вращения долота, мин-1; а — угол при вершине шарошки. Если мгновенная ось пересекается с линией контакта шарошки с забоем (рис. 2.5, •), то при вращении шарошки зубцы, удаленные от точки Л, будут проскальзывать по забою, производя скол. Скольжение зубцов шарошечного долота оценивается коэффициентом скольжения кск, который равен отношению суммарной площади, описываемой зубцами долота за один его оборот при их проскальзывании по забою, к площади забоя. Коэффициент скольжения кск может изменяться от 0 до 0,15. Увеличение коэффициента скольжения достигается использованием многоконусных шарошек со смещением их осей относительно оси долота.

Таким образом, в зависимости от приведенных выше конструктивных особенностей шарошечное долото может быть  отнесено к породоразрушающему инструменту дробяще-скалывающего или дробящего действия. В мягких породах применяют шарошечные долота с высокими коэффициентами скольжения, добиваясь тем самым усиления скалывающего действия зубцов. В твердых и особенно в абразивных породах шарошечные долота должны работать без скольжения. Эти долота оснащаются шарошками, представляющими собой правильный конус, вершина которого лежит на оси долота. Коэффициент скольжения такого долота теоретически равен нулю. Механизм работы шарошечного долота на забое скважины осложняется тем, что на поверхности забоя остаются следы предшествующего воздействия зубцов в виде так называемой рейки. В некоторых случаях могут образовываться также "воротники", участки неразрушенной породы, расположенные концентрическими кругами. Важная особенность, которая отличает шарошечные долота от лопастных, — то, что с забоем одновременно взаимодействует лишь небольшая часть зубцов. Отношение суммы длин зубцов, выделенных по одной образующей на каждой шарошке, к радиусу долота называется коэффициентом перекрытия кп. В мягких породах применяют долота с коэффициентом перекрытия кп = 1,1, в породах средней твердости кп = 1,4. Ресурс работы долота определяется не только износом во-оружения, но также и износостойкостью опоры шарошки. Опора шарошки — весьма уязвимый узел и нередко именно ее недостаточный ресурс ограничивает продолжительность работы долота на забое. Опора шарошки включает несколько подшипников, один из которых шариковый, служащий для закрепления шарошки на цапфе и называемый замковым, остальные подшипники качения (шариковые или роликовые) или скольжения. После создания герметизированных маслозаполненных опор, обеспечивающих благоприятные условия работы подшипников, долговечность долота удалось повысить в несколько раз.

Под шифрами ГНУ и ГАУ разработаны две серии долот с герметизированной опорой. Долота серии ГНУ предназначены для роторного бурения и бурения с тихоходными забойными двигателями. В опоре долота серии ГНУ размещаются (от торца шарошки) роликовый подшипник, шариковый "замковый" подшипник и подшипник скольжения. У торца цапфы имеется упорный осевой подшипник скольжения, 52 второй осевой подшипник скольжения введен у внутреннего бурта замкового подшипника. В опоре долот серии ГАУ роликовый подшипник качения заменен подшипником скольжения. Герметизация опоры имеет упрощенную конструкцию. Наибольшую трудность в изготовлении долот серии ГАУ представляет отыскание материалов для подшипника скольжения и обеспечение высокой точности его размеров.

По расположению и конфигурации промывочных каналов различают долота с центральным промывочным каналом и гидромониторные долота с периферийными каналами. У долот с центральным каналом (цилиндрическим или щелевидным) поток промывочной жидкости направляется на шарошки, омывает их и затем попадает на забой. Гидромониторные долота имеют каналы, в конце которых установлены сменные металлокерамические или твердосплавные насадки. Наиболее часто используют металлокерамические насадки с коноидальным или коническим каналом. Они предназначены для создания направленного потока, который по выходе из долота со скоростью выше 80 м/с устремляется прямо на забой. Поскольку шарошечными долотами успешно разбуривают практически все породы — от самых мягких до особо крепких, в соответствии с ГОСТ 20692 — 75 для обеспечения высоких показателей бурения в породах с различными физикомеханическими свойствами применяется широкая гамма долот. Они выпускаются под шифрами М, М3, МС, МСЗ, С, СЗ, СТ, Т, ТЗ, ТК, ТКЗ, К, ОК (табл. 2.2). В условном обозначении долота, кроме шифра области применения, указывают число шарошек, номинальный диаметр долота (мм), конструкцию промывочных каналов и опор шарошек. Центральная промывка обозначается буквой "Ц", гидромониторная — "Г". У долот типов М, МС и С оси шарошек смещены, что позволяет повысить коэффициент скольжения. Долота типов СТ, Т, ТК, К, ОК имеют шарошки с несмещенными осями. Шарошки у долот типов М, МС и С — самоочищающиеся, т.е. венцы зубцов одной шарошки проходят между венцами соседней. Шарошки для долот ТК (частично), К и ОК заправляются резцами из твердых сплавов (штыри) клиновидной или полусферической формы. Все долота, имеющие в шифре букву "3" и предназначенные для бурения в абразивных по-родах, имеют шарошки, оснащенные твердосплавными резцами клинообразной формы.

Типы шарошечных долот и области их применения (ГОСТ 20692-75)   

Общая харак­теристика гор­ной породы	Характеристика механических свойств	Шифр долота	Исполнение вооружения шарошки
Мягкие поро­ды	Неабразивные рыхлые, пластичные (слабые супеси, наносы, пластичные глины, мягкие известняки и т.д.)	М	С фрезерован­ными зубьями
	Абразивные слабосцементи- рованные (слабые песчаники, суглинки, мергели и т.п.)	М3	Со вставными зубками
Мягкие поро­ды с пропласт- ками пород средней твер­дости	Неабразивные породы (ка­менная соль с пропластками ангидритов, тонко переслаи­вающиеся глины с пропласт­ками слабых песчаников и т.п.)	МС	С фрезерован­ными зубьями
	Абразивные слабосцементиро- ванные породы (с пропласт­ками песчаников, сланцы мягкие с пропластками сланцев средней твердости и т.п.).	МС3	Со вставными зубками
Породы сред­ней твердости	Неабразивные пластичные и хрупкопластичные породы (известняки средней твердости, слабые доломиты, плотные глины и т.п.)	с	С фрезерован­ными зубьями
	Абразивные породы средней твердости (песчаники, алевро­литы и т.п.)	С3	Со вставными зубками
Породы сред­ней твердости с пропластка- ми твердых	Неабразивные хрупкопластич­ные породы средней твердости с пропластками твердых (пере­слаивающиеся известняки, гип­сы, доломиты, аргиллиты и т.п.)	ст	С фрезерован­ными зубьями
Твердые	Неабразивные твердые породы (аргиллиты, доломиты, твердые известняки и т.п.)	т	С фрезерован­ными зубьями
	Абразивные твердые породы (крепкие песчаники, окварцо- ванные известняки, доломиты и т.п.)	Т3	Со вставными зубками
Твердые с пропластками крепких	Неабразивные твердые породы с пропластками крепких (пере­слаивающиеся твердые извест­няки, доломиты, ангидриты и т.п.)	ТК	С комбиниро­ванным воору­жением (фре­зерованные и вставные зубья)
	Абразивные твердые породы с пропластками крепких (мелкозернистые песчаники, окремнелые аргиллиты и т.п.)	ТК3	Со вставными зубками
Крепкие	Крепкие породы (окремнелые разности известняков, доломиов, кварциты, извер­женные крепкие породы)	К	Со вставными зубками
Очень крепкие	Скальные магматические породы (граниты, гнейсы, диабазы и т.п.)	ОК	Со вставными зубками

 

Шарошечные долота изготовляют по одной из двух технологических схем: 1)    штамповка секций, их обработка и оснащение шарошками, сварка секций и обработка сварного корпуса с нарезкой присоединительной резьбы; 2)    штамповка корпуса и лап, монтаж шарошек на лапах, приваривание лап к корпусу. Преимущественно в производстве используется первая схема, по второй изготовляют шарошечные долота больших диаметров. Однако ведутся работы по переходу на первую схему и при изготовлении долот большого диаметра.

Лапы шарошек изготовляют из высококачественной стали марки 20ХН3А, а собственно шарошки — из стали марок 17Н3МА и 20ХН3А. Для повышения качества материала шарошек применяют способы шлакового переплава, двойного шлакового переплава и т.п. При сборке долот с негерметизированной опорой ее заполняют графитовой смазкой. Герметизированные опоры заливаются специальной смазкой, содержащей присадки. Широкое повсеместное внедрение шарошечных долот обусловлено рядом их существенных преимуществ: зубцы шарошки поочередно и лишь кратковременно взаимодействуют с забоем, что при большом количестве рабочих элементов обеспечивает большую долговечность вооружения долота;

 

• возможность варьирования механизмом взаимодействия долот с забоем, что позволяет реализовать наиболее эффективный способ разрушения горной породы, — отсюда широкая гамма типов долот для бурения пород от самых мягких до крепчайших;
• использование опор крачения и скольжения позволяет значительно снизить крутящий момент, требуемый для вращения долота на забое.

rengm.ru

---

• 
  Электроды для наплавки
• 
  Фотон грузовик новый
• 
  Ингибитор коррозии что это такое
• 
  Монтаж трубопровода
• 
  Клапанные пружины
• 
  Устройство мостового крана
• 
  Буровой станок
• 
  Toyota hiace технические характеристики
• 
  Способы переработки нефти
• 
  Медь и ее сплавы
• 
  Схема электрическая монтажная