Породоразрушающий инструмент

Простейшая конструкция корпусного трехшарошечного долота (в отличие от секционного и бескорпусного) с одним центральным промывочным отверстием показана на рис. 2. Долото состоит из следующих основных узлов: литого корпуса 1, лап 2, узла опор, включающего цапфу 3 и подшипники 4— 6, шарошек 7 и промывочного узла, в состав которого могут входить сопла 8 и 9, формирующие высоконапорный поток бурового раствора, а также каналы 10, просверленные в корпусе 1. Верхняя часть 11 корпуса обычно называется присоединительной головкой, так как служит для присоединения долота к низу бурильной колонны. В данном случае она выполнена в виде внутренней замковой резьбы 12.

На нижней части корпуса  обычно предусмотрены пазы, в которые вставляют лапы 2 со смонтированными шарошками. Лапы приваривают к корпусу 1 прочными сварными швами. Данная конструкция характерна для отечественных долот диаметром 394 мм и более; большинство трехшарошечных долот выполняются секционными.

Секционное трехшарошечное долото (рис. 8) собирается из секций, свариваемых вместе по всему наружному контуру сопрягаемых поверхностей. При этом верхние сегментные части секций образуют присоединительную головку 1, на которой затем нарезается коническая наружная (ниппельная) резьба. Средняя часть долота составляет также единое целое в результате сваривания лап 3. На наружной поверхности лап 3 предусмотрены приливы 12, кромки и ребра жесткости, а также округлые полуцилиндрические приливы (“бобышки") 2 под промывочные сопла (насадки) 10. Сопла 10 закрепляют при помощи удерживаю¬щего замка (в данном случае стопорного кольца 9). Гермети¬зация зазора между соплом и внутренней стенкой полости (гнездо прилива 2) обеспечивается обычно резиновым уплотнением 13.

Козырек 7 лапы обычно (как и в приведенном случае) защищается антабразивным покрытием 8, приближенным к торцу 4 шарошки и ее тыльной час-ти 6, называемой часто обратным конусом. На тыльной части 6 шарошки также наплавляют защитное покрытие с хорошо сопротивляющейся абра зивному износу калибрующей поверхностью 5, разделяемой одной из конических повер-хностей корпуса шарошки. Вершина первой шарошки в данном случае, как и у долота со стальным воо-ружением некоторых других типов, выполняется с лопатовидными элементами и называется лопаткой 27. Ряд породоразрушаю-щих элементов, расположенных примерно по одной окружности, называется венцом. Венец 21, находящийся на периферии (у основания) шарошки, называется периферийным или калибрующим, поскольку он не только углубляет забой, но и калибрует стен-ку скважины. Средние 20 и привершинные 19 венцы принято называть основными. Основными конусами шарошек условно именуют конические поверхности, находящиеся не на тыльной, а на передней (основной) стороне шарошки, ближе к вершине; от них начинают построение шарошки. Различают также промежуточные дополнительные конусы, расположенные между основным и обратным конусом в двух и трехконусных шарошках.

Часть конуса шарошки, расположенная  между двумя вен-цами, называется межвенцовой расточкой 29. Если она вы-полняется в виде узкого, но значительного углубления между венцовыми поясками, над которыми выступают рабочие по-родоразрушающие элементы, то в этом случае ее иногда на-зывают также и кольцевой канавкой.

Стальной выфрезированный породоразрушающий элемент шарошки принято называть зубом или зубцом, а твердосплавный вставной (изготовленный из спекаемого обычно карбидовольфрамового порошка) - зубцом или штырем 28 (рис. 8). Углубление между двумя соседними зубьями, расположенными на одном и том же венце, называют обычно выемкой 22. Значительную выемку, образованную на месте одного-двух срезанных зубьев или сбоку одного из них, принято называть выфрезировкой. Нижняя часть 17 зуба — основание, а верхняя 18 — вершина. Ребра сопряжения поверхностей вершины зуба, а нередко и всю вершину полностью неправильно обобщают единым названием “режущая кромка".

Поверхность 25 зуба, обращенную к периферии - к периферийному венцу шарошки, принято называть обычно наружной стороной, а поверхность 26, обращенную к вершине, - внутренней стороной зуба. Поверхность 24, обращенная по направлению вращения шарошки, называется набегающей, или передней, гранью (реже - передней стороной или передним крылом зуба), а поверхнось 23, направленная в противоположную сторону, — тыльной, или задней, гранью (стороной). Рабочие поверхности стальных зубьев шарошки и других быстроизнашивающихся элементов долота нередко защищаются наплавляемым антиабразивным покрытием.

Нижняя часть 17 зуба — основание, а верхняя 18 — вершина. Ребра сопряжения поверхностей вершины зуба, а нередко и всю вершину полностью неправильно обобщают единым названием “режущая кромка".

Поверхность 25 зуба, обращенную к периферии - к периферийному венцу шарошки, принято называть обычно наружной стороной, а поверхность 26, обращенную к вершине, - внутренней стороной зуба. Поверхность 24, обращенная по направлению вращения шарошки, называется набегающей, или передней, гранью (реже - передней стороной или передним крылом зуба), а поверхнось 23, направленная в противоположную сторону, — тыльной, или задней, гранью (стороной). Рабочие поверхности стальных зубьев шарошки и других быстроизнашивающихся элементов долота нередко защищаются наплавляемым антиабразивным покрытием.

На верхнем торце присоединительной  головки 1 выбивают размер, заводской номер и тип долота, товарный знак и номер партии долот.

Широкий проходной канал, ограниченный внутренними стенками головки 1, принято называть внутренней полостью 14 долота, а заплечики 15 — упорным уступом (торцом), который обычно имеет скошенную фаску.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                        

   

 

            ОДНОШАРОШЕЧНЫЕ ДОЛОТА

 

Одношарошечные долота разработаны  в СевКавНИПИ. Все они относятся к одному классу (с твердосплавным вооружением) и одному типу СЗ (по старому обозначению С1) — для средних, преимущественно карбонатных, хрупких пород, таких как доломиты, конгломераты, известняки и др.

Рис. 11. Модификации отечественных одношарошечных долот:а - основная (серийная); б- с кольцевыми расточками на шарошке; в - нижней промывкой; г - с коническими зубками; 1   - корпус долота; 2 – шарошка

По своим конструктивным особенностям они разделаются на модификации (рис.11.) Одношарошечное долото состоит из корпуса с присоединительной головкой, лапы и сферической шарошки. Промывочное устройство в виде сквозного периферического отверстия просверливается в ла пе недалеко от основания цапфы, направляющего струю раствора по касательной к поверхности шарошки.

Корпус выполнен с утолщенной консольной лапой, изготовляемой с цапфой, ось которой наклонена под углом 30° к оси долота.

Опора включает два шарикоподшипника, один из которых выполняется замковым, и два подшипника скольжения. В новом долоте основные нагрузки несут шарикоподшипники.

Двухшарошечные долота разрабатывает СКВ Геотехники вместе с Верхнесергинским долотным заводом. Их применяют, главным образом, при бурении геологоразведочных скважин.

Современные модели двухшарошечных долот можно распределить на два класса, четыре типа и несколько модификаций, отличающихся одна от другой по схеме и конструкции промывочного узла либо опоры шарошек.

Долота первого класса изготовляют двух типов — М  и С.

Двухшарошечные долота типа М предназначены для бурения скважин сплошным забоем и в слабых, наиболее мягких и вязких несцементированных породах, таких как суглинки, слабые глины и мергели. Эти долота изготовляют трех типоразмеров: В112МГ, В132МГ и В151МГ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.12. Низкооборотные одношарошечные долота

Одношарошечные долота обладают очень важным для бурения глубоких скважин положительным свойстом – кратно большей мощностью лапы и шарошки, прочностью опоры и тел качения по сравнению с мощностью всех трех лап, шарошек и опор трехшарошечного долота идентичного диаметра. Такое техническое решение обеспечивает предотвращение аварий одношарошечного долота из-за выхода из строя опоры и тел качения и практически исключает оставление единственной шарошки на забое, что имеет особое значение при бурении на больших глубинах, в то время как оставление шарошек на забое при использовании трехшарошечных долот – явление частое.

Отрицательное свойство этих долот заключается в том, что  они эффективны в основном при бурении абразивных пород средней твердости, поскольку сильно заостренные копытообразные зубки при соскребании породы со стенок сферического забоя скважины обеспечивают достаточно высокую механическую скорость бурения только до затупления или скола режущей кромки.

Другое отрицательное  свойство серийных одношарошечных долот  состоит в том, что полное перекрытие забоя из-за сложного планетарного движения режущих кромок зубков относительно его полусферической поверхности происходит только после 18–20 полных оборотов

 

                                              ДВУХШАРОШЕЧНЫЕ ДОЛОТА

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Двухшарошечные долота выпускаются ОАО «Уралбурмаш» как с фрезерованными зубьями (типов II 93 С-ЦВ, II 112 М-ЦВ, II 112 С-ЦВ-1, II 132 М-ЦВ), так и со вставными твердосплавными зубками сферической формы (типа II 93 К-ЦВ).

Для подачи бурового раствора на забой скважины в корпусе долот  всех типов предусмотрено центральное  отверстие круглого сечения.

Опоры шарошек долот диаметром 93 мм типов С и К состоят из трех подшипников – двух скольжения и одного шарикового (замкового), опоры шарошек долот диаметром 112 мм типов М-ЦВ и С-ЦВ состоят из трех подшипников – скольжения, шарикового (замкового) и роликового; опоры шарошек долот диаметром 132 мм типа М-ЦВ.

 

 

                  ЛОПАСТНЫЕ ДОЛОТА

 

 

При бурении нефтяных и газовых скважин чаще всего применяют трехлопастные (3Л и 3ИР) и шестилопастные (6ИР) долота. Лопастное долото 3Л состоит из корпуса, верхняя часть которого имеет ниппель с замковой резьбой для присоединения к бурильной колонне, и трех приваренных к корпусу долота лопастей, расположенных по отношению друг к другу под углом 120 градусов. Для подвода бурового раствора к забою долото снабжено промывочными отверстиями, расположенными между лопастями.

Боковые калибрующие и  другие рабочие поверхности лопастей обычно покрывают релитом и чугуном.

Лопасти выполнены заостренными и слегка наклонными к оси долота в направлении его вращения. В этой связи по принципу разрушения породы долота 3Л относят к долотам режуще-скалывающего действия, так как под влиянием нагрузки лопасти врезаются в породу, а под влиянием вращающего момента скалывают ее.

Долота 3Л предназначены  для бурения в неабразивных мягких пластичных породах (тип М) и для бурения в неабразивных мягких породах с пропластками неабразивных пород средней твердости (тип МС).

Для увеличения износостойкости  долот их лопасти укрепляют (армируют) твердым сплавом. У долот типа М в прорезанные по определенной схеме пазы на лопастях наплавляют зернистый твердый сплав релит и лопасть покрывают чугуном, а у долот типа МС в пазы укладывают и припаивают твердосплавные пластинки и покрывают лопасти релитом.

Долота 3Л выпускают как  с гидромониторными насадками, так  и без. В последнем случае выходные кромки промывочных каналов армируют релитом или чугуном.

Согласно ОСТ 26-02-1282 «Долота  лопастные» предусмотрен выпуск долот 3Л диаметром от 120,6 до 489,9 мм.

Долота 3ИР в сравнении  с 3Л имеют следующие отличительные  особенности. Три лопасти выполнены притупленными, а не заостренными и приварены к корпусу так, что они сходятся на оси долота, а не наклонены к ней. Лопасти долота армируются также как и у 3Л типа МС, но с дополнительным усилением кромок лопастей, контактирующих с забоем и стенкой скважины, твердосплавными зубками (штырями).

Такая особенность вооружения позволяет долоту 3ИР разрушать породу резанием и истиранием (микрорезанием) абразивных мягких пород с пропластками пород средней твердости (тип МСЗ).

Отраслевым стандартом ОСТ 26-02-1282 предусмотрено изготовление долот 3ИР диаметром от 190,5 до 269,9 мм.

Долота 6ИР имеют три основные лопасти, предназначенные для разрушения породы на забое, и три дополнительные укороченные лопасти, калибрующие стенку скважины. Основные лопасти притуплены и сходятся на оси долота. Дополнительные лопасти также притуплены и расположены между основными лопастями. Эти долота относятся к типу С.

По ОСТ 26-02-1282 предусмотрено  изготовление долот 6ИР диаметром от 139,7 до 269,9 мм.

Отечественные долота выпускаются следующих пяти разновидностей: 2Л - двухлопастные, 3Л - трехлопастные, 3ИР - трехлопастные истирающе-режущие, 6ИР - шестилопастные истирающе-режущие, П - пикообразные однолопастные.

Лопастные долота делятся  на типы в соответствии с их назначением. Лопастные долота первых четырех указанных разновидностей принято относить к одному из четырех типов: М, МС, МСЗ или С. При этом долота разновидностей 2Л и 3Л разделяются на два типа: М - для бурения мягких пород (супеси, суглинки, несвязные грунты и т.п.); МС - для разбуривания среднемягких пород (мел, рыхлый мергель, глины, слабый известняк).

Долота разновидности 3ИР, согласно их назначению, относят к  типу МСЗ (для бурения абразивных среднемягких пород - слабосцемен-тированные песчаники, песчанистые глины, алевролиты), а разновидности 6ИР - к типу М (для бурения средних пород - аргиллиты, глинистые сланцы, гипсы).