Скалывающего действия
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.