bur@burmag.ru
Москва,
Дмитровское шоссе, 116с15
Пн-Пт с 9:00 до 17:00
Дмитровское шоссе, 116с15
Пн-Пт с 9:00 до 17:00
Поиск по сайту
ШАРОШЕЧНЫЕ БУРОВЫЕ ДОЛОТА
Типы шарошечных долот в зависимости от их назначения
Шарошечные долота различаются по типам в зависимости от их назначения.
Для бурения скважин применяются шарошечные долота типов М, С, Т, К.
При выборе типа долота для конкретных условий бурения и установления режима его работы необходимо оценивать возможную буримость и абразивные свойства горных пород.
Ниже приведена классификация горных пород по буримости для вращательного механического бурения скважин. В этой классификации указаны основные типы долот, рекомендуемые для бурения определенных групп пород.
При вращении долота, шарошки, смонтированные в нем на подшипниках, перекатываются по забою, совершая сложное вращательное движение.
Зубья шарошек наносят удары по породе и производят (в зависимости от формы шарошек и положения из осей относительно оси долота) "чистое" дробление породы или дробление со скалыванием.
Известно, что наиболее эффективным методом разрушения мягких пород и пород средней твердости является метод резания, а твердых и крепких пород — метод дробления.
Тип долота характеризуется его вооружением и кинематической схемой.
В долотах типов М и С, в которых зубья шарошек при проскальзывании по забою не подвергаются интенсивному износу, сочетается метод дробления породы с методом скалывания, что дает возможность увеличить механическую скорость бурения.
Сочетание двух методов разрушения при работе шарошечного долота достигается применением многоконусных шарошек и смещением осей шарошек относительно оси долота.
Для крепких, твердых и абразивных пород, где недопустимо введение элементов резания из-за интенсивного износа вооружения, создаются шарошечные долота типов Т и К с "чистым"дроблением породы.
В этих долотах шарошки выполняются в виде правильного конуса, образующие которого пресекаются на оси долота или на весьма малом расстоянии от нее и имеют минимальный коэффициент скольжения. В этом случае мгновенная ось вращения совпадает или почти совпадает с вершинами зубьев по всех длине шарошки.
Для бурения скважин применяются шарошечные долота типов М, С, Т, К.
При выборе типа долота для конкретных условий бурения и установления режима его работы необходимо оценивать возможную буримость и абразивные свойства горных пород.
Ниже приведена классификация горных пород по буримости для вращательного механического бурения скважин. В этой классификации указаны основные типы долот, рекомендуемые для бурения определенных групп пород.
При вращении долота, шарошки, смонтированные в нем на подшипниках, перекатываются по забою, совершая сложное вращательное движение.
Зубья шарошек наносят удары по породе и производят (в зависимости от формы шарошек и положения из осей относительно оси долота) "чистое" дробление породы или дробление со скалыванием.
Известно, что наиболее эффективным методом разрушения мягких пород и пород средней твердости является метод резания, а твердых и крепких пород — метод дробления.
Тип долота характеризуется его вооружением и кинематической схемой.
В долотах типов М и С, в которых зубья шарошек при проскальзывании по забою не подвергаются интенсивному износу, сочетается метод дробления породы с методом скалывания, что дает возможность увеличить механическую скорость бурения.
Сочетание двух методов разрушения при работе шарошечного долота достигается применением многоконусных шарошек и смещением осей шарошек относительно оси долота.
Для крепких, твердых и абразивных пород, где недопустимо введение элементов резания из-за интенсивного износа вооружения, создаются шарошечные долота типов Т и К с "чистым"дроблением породы.
В этих долотах шарошки выполняются в виде правильного конуса, образующие которого пресекаются на оси долота или на весьма малом расстоянии от нее и имеют минимальный коэффициент скольжения. В этом случае мгновенная ось вращения совпадает или почти совпадает с вершинами зубьев по всех длине шарошки.
Основные элементы шарошечного долота и принцип их действия
Шарошечное долото представляет собой жесткую неразъемную конструкцию, состоящую из сваренных между собой секций (лап), на цапфах которых смонтированы шарошки, свободно вращающиеся на опорах (подшипниках качения, скольжения или их сочетание). Один из подшипников опоры 3 является замковым, удерживающим шарошку от осевого перемещения.
Долота оснащаются шарошками с различным вооружением.
Вооружение шарошек (наружные рабочие поверхности, разрушающие породу при бурении) определяются типом долота.
Шарошки долот типов К и ОК армируются цилиндрическими зубками (штырями) из твердого сплава ВК8В с полусферической рабочей поверхностью, а шарошки долот типов ТК и ТЗ — твердосплавными зубками с клиновидной рабочей поверхностью. Твердосплавные зубки закрепляются в калиброванных отверстиях тела шарошки методом холодной запрессовки или пайки. Калибрующая часть шарошек этих долот армирована твердосплавными цилиндрическими зубками с плоской рабочей поверхностью.
Долота типов М, С и Т оснащены шарошками с фрезерованными стальными зубьями, наплавленными твердым сплавом Релит. Калибрующая часть шарошек этих долот наплавляется тем же твердым сплавом, но более крупнозернистым.
Шарошечные долота, шарошки которых армированы твердосплавными зубками, называют "штыревыми долотами", а долота, вооружение шарошек которых состоит из фрезерованных стальных зубьев, — "зубчатыми".
Во соответствии с отраслевой нормой "Долота и головки бурильные" шарошки и лапы долот должны изготавливаться из высоколегированных сталей марок: 17НЗМА по межотраслевым техническим условиям (для шарошек) и 14Х2НЗМА (для лап). Шарошки и лапы долот для повышения их прочности и износостойкости подвергаются специальной химикотермической обработке в соответствии с руководящим материалом "1-63 ВНИИБТ по термообработке.
В зависимости от размеров шарошечные долота различаются по конструктивному исполнению опорных подшипников.
В существующих конструкциях геологоразведочных шарошечных долот применяются три схемы расположения опорных подшипников.
Типы опор I.
В долотах диаметром 93, 76 и 59 мм принята комбинированная схема опоры, состоящая из замкового подшипника качения Б и концевого подшипника скольжения А, так как разместить работоспособные подшипники качения в этих долотах из-за малых габаритов шарошек невозможно. Такая опора оказывает тормозящее воздействие на шарошку при ее качении, которое отрицательно сказывается на характер сработки вооружения при бурении крепких, твердых и абразивных пород. При значительной сработке опоры резко возрастет торможение и вооружение быстро истирается о поверхность забоя скважины.
Типы опор II.
В долотах диаметром 112 мм принята двухрядная схема опорных подшипников, состоящая из шарикового замкового подшипника Б, расположенного у основания цапфы, и радиального роликового подшипника, расположенного на концевой части цапфы. Такая опора не имеет элементов торможения и для долота диаметром 112 мм обеспечивает сохранение работоспособности его на длительный период работы.
Типы опор III.
В долотах диаметром 132 и 151 мм принята трехрядная схема опорных подшипников, состоящая из шарикового замкового подшипника В, расположенного у основания цапфы шарикового радиально-упорного подшипника Б в центральной части цапфы и роликового радиального подшипника А, расположенного на конце цапфы лапы. Такая схема опоры не имеет элементов торможения и может обеспечить нормальную работу долота при малой затрате энергии на его вращение.
Долота оснащаются шарошками с различным вооружением.
Вооружение шарошек (наружные рабочие поверхности, разрушающие породу при бурении) определяются типом долота.
Шарошки долот типов К и ОК армируются цилиндрическими зубками (штырями) из твердого сплава ВК8В с полусферической рабочей поверхностью, а шарошки долот типов ТК и ТЗ — твердосплавными зубками с клиновидной рабочей поверхностью. Твердосплавные зубки закрепляются в калиброванных отверстиях тела шарошки методом холодной запрессовки или пайки. Калибрующая часть шарошек этих долот армирована твердосплавными цилиндрическими зубками с плоской рабочей поверхностью.
Долота типов М, С и Т оснащены шарошками с фрезерованными стальными зубьями, наплавленными твердым сплавом Релит. Калибрующая часть шарошек этих долот наплавляется тем же твердым сплавом, но более крупнозернистым.
Шарошечные долота, шарошки которых армированы твердосплавными зубками, называют "штыревыми долотами", а долота, вооружение шарошек которых состоит из фрезерованных стальных зубьев, — "зубчатыми".
Во соответствии с отраслевой нормой "Долота и головки бурильные" шарошки и лапы долот должны изготавливаться из высоколегированных сталей марок: 17НЗМА по межотраслевым техническим условиям (для шарошек) и 14Х2НЗМА (для лап). Шарошки и лапы долот для повышения их прочности и износостойкости подвергаются специальной химикотермической обработке в соответствии с руководящим материалом "1-63 ВНИИБТ по термообработке.
В зависимости от размеров шарошечные долота различаются по конструктивному исполнению опорных подшипников.
В существующих конструкциях геологоразведочных шарошечных долот применяются три схемы расположения опорных подшипников.
Типы опор I.
В долотах диаметром 93, 76 и 59 мм принята комбинированная схема опоры, состоящая из замкового подшипника качения Б и концевого подшипника скольжения А, так как разместить работоспособные подшипники качения в этих долотах из-за малых габаритов шарошек невозможно. Такая опора оказывает тормозящее воздействие на шарошку при ее качении, которое отрицательно сказывается на характер сработки вооружения при бурении крепких, твердых и абразивных пород. При значительной сработке опоры резко возрастет торможение и вооружение быстро истирается о поверхность забоя скважины.
Типы опор II.
В долотах диаметром 112 мм принята двухрядная схема опорных подшипников, состоящая из шарикового замкового подшипника Б, расположенного у основания цапфы, и радиального роликового подшипника, расположенного на концевой части цапфы. Такая опора не имеет элементов торможения и для долота диаметром 112 мм обеспечивает сохранение работоспособности его на длительный период работы.
Типы опор III.
В долотах диаметром 132 и 151 мм принята трехрядная схема опорных подшипников, состоящая из шарикового замкового подшипника В, расположенного у основания цапфы шарикового радиально-упорного подшипника Б в центральной части цапфы и роликового радиального подшипника А, расположенного на конце цапфы лапы. Такая схема опоры не имеет элементов торможения и может обеспечить нормальную работу долота при малой затрате энергии на его вращение.
Конструктивные особенности долот для бурения геологоразведочных скважин без отбора керна
Шарошечные долота типа М
Гидромониторные шарошечные долота типа М предназначены для бурения геологоразведочных скважин без отбора керна в мягких породах (во всех породах I -IV категорий по буримости и глинистых породах V категории).
Долота двухшарошечные с косыми лапами.
Долото состоит из двух сваренных между собой лап. На щапфах лап на подшипниках качения смонтированы шарошки.
Шарошки гидромониторных долот трехконусные с углом при вершине первого конуса, равным 1100. Такая конфигурация шарошек позволяет в малом габарите долота обеспечить наибольшую площадь опорных поверхностей и наиболее мощное вооружение.
Вооружение шарошек состоит из крупных фрезерованных зубьев, наплавленных с одной стороны зернистым твердым сплавом Релит-ТЗ. Зубья по основным рабочим венцам разрежены, что достигаются фрезеровкой половины ширины зубьев в шахматном порядке. Разрежение зубьев обеспечивает более глубокое внедрение их в забой скважины и скол более крупных частиц породы. Угол заострения зубьев 45-500, что придает им повышенную прочность.
Производительность бурения скважин шарошечными долотами зависит от основных параметров технологического режима бурения:
а) осевого давления на забой;
б) скорости вращения долота;
в) количество промывочной жидкости.
Для эффективного бурения шарошечными долотами необходимо, чтобы энергия удара зуба шарошки о породу была достаточна для ее разрушения. Величина этой энергии зависит от нагрузки, скорости вращения шарошки и шага зубьев.
Одну и ту же величину энергии удара можно получить при максимальной осевой нагрузке и минимальной скорости вращения шарошки или, наоборот, при максимальной скорости вращения и минимальной осевой нагрузке.
Наибольшую энергию удара следует обеспечивать при бурении твердых и крепких пород.
Необходимо иметь в виду, что если увеличивать только скорость вращения, то могут быстро сработаться зубья шарошек и износиться опоры.
В абразивных породах следует применять более низкие скорости вращения, чем в малоабразивных.
В неабразивных породах, особенно пластичных и мягких, не происходит интенсивного износа зубьев и по- этому скорости вращения должны быть наибольшими, а нагрузки меньшими, так как для мягких пород энергия удара зубца может быть ниже.
Гидромониторные шарошечные долота типа М предназначены для бурения геологоразведочных скважин без отбора керна в мягких породах (во всех породах I -IV категорий по буримости и глинистых породах V категории).
Долота двухшарошечные с косыми лапами.
Долото состоит из двух сваренных между собой лап. На щапфах лап на подшипниках качения смонтированы шарошки.
Шарошки гидромониторных долот трехконусные с углом при вершине первого конуса, равным 1100. Такая конфигурация шарошек позволяет в малом габарите долота обеспечить наибольшую площадь опорных поверхностей и наиболее мощное вооружение.
Вооружение шарошек состоит из крупных фрезерованных зубьев, наплавленных с одной стороны зернистым твердым сплавом Релит-ТЗ. Зубья по основным рабочим венцам разрежены, что достигаются фрезеровкой половины ширины зубьев в шахматном порядке. Разрежение зубьев обеспечивает более глубокое внедрение их в забой скважины и скол более крупных частиц породы. Угол заострения зубьев 45-500, что придает им повышенную прочность.
Производительность бурения скважин шарошечными долотами зависит от основных параметров технологического режима бурения:
а) осевого давления на забой;
б) скорости вращения долота;
в) количество промывочной жидкости.
Для эффективного бурения шарошечными долотами необходимо, чтобы энергия удара зуба шарошки о породу была достаточна для ее разрушения. Величина этой энергии зависит от нагрузки, скорости вращения шарошки и шага зубьев.
Одну и ту же величину энергии удара можно получить при максимальной осевой нагрузке и минимальной скорости вращения шарошки или, наоборот, при максимальной скорости вращения и минимальной осевой нагрузке.
Наибольшую энергию удара следует обеспечивать при бурении твердых и крепких пород.
Необходимо иметь в виду, что если увеличивать только скорость вращения, то могут быстро сработаться зубья шарошек и износиться опоры.
В абразивных породах следует применять более низкие скорости вращения, чем в малоабразивных.
В неабразивных породах, особенно пластичных и мягких, не происходит интенсивного износа зубьев и по- этому скорости вращения должны быть наибольшими, а нагрузки меньшими, так как для мягких пород энергия удара зубца может быть ниже.
Параметры и режимы бурения
Осевая нагрузка на долото
При бурений шарошечными долотами с увеличением нагрузки на долото до определенного предела увеличиваются проходка на долото и механическая скорость. Причем увеличение механической скорости происходит даже быстрее, чем возрастает нагрузка.
При бурении мягких пород увеличение нагрузки целесообразно производить до внедрения зубца в породу на его полную высоту. Дальнейшее увеличение нагрузки нецелесообразно, так как в этом случае увеличения механической скорости бурения не происходит.
При бурении средних, твердых и крепких пород внедрение зубьев шарошек в породу забоя происходит на доли миллиметра, даже при очень высоких осевых нагрузках, поэтому величина осевой нагрузки при бурении долотами типов С, Т, К ограничивается прочностью самих долот.
При выборе осевой нагрузки па долото рекомендуется применять значения величин нагрузок на 1 см диаметра долота, приведенные в таблице.
При бурений шарошечными долотами с увеличением нагрузки на долото до определенного предела увеличиваются проходка на долото и механическая скорость. Причем увеличение механической скорости происходит даже быстрее, чем возрастает нагрузка.
При бурении мягких пород увеличение нагрузки целесообразно производить до внедрения зубца в породу на его полную высоту. Дальнейшее увеличение нагрузки нецелесообразно, так как в этом случае увеличения механической скорости бурения не происходит.
При бурении средних, твердых и крепких пород внедрение зубьев шарошек в породу забоя происходит на доли миллиметра, даже при очень высоких осевых нагрузках, поэтому величина осевой нагрузки при бурении долотами типов С, Т, К ограничивается прочностью самих долот.
При выборе осевой нагрузки па долото рекомендуется применять значения величин нагрузок на 1 см диаметра долота, приведенные в таблице.
Нагрузка на 1 см диаметра долот различных типов
Минимальные нагрузки рекомендуется применять при бурении вязких, пластичных, а также трещиноватых пород. Нагрузка должна увеличиваться по мере, повышения твердости и хрупкости пород.
Скорость вращения долота
Скорость вращения долота влияет в основном на механическую скорость бурения и почти не влияет на величину проходки для долот всех типов, если нагрузка на них поддерживается в требуемых пределах.
При бурении мягких пород и пород средней твердости механическая скорость бурения зависит от скорости вращения долота в большей степени, чем от осевого давления, при бурении твердых и крепких пород наоборот. Так, например, при бурении долотами 1ГМ-151М в плотных аргиллитоподобных глинах IV категории -при одних и тех же условиях увеличение скорости вращения долота от 128 до 257 об/мин (при осевой нагрузке на долото 2,5 тс) дает увеличение механической скорости бурения на 80%, тогда как увеличение осевой нагрузки от 1,5 до 2,5 тс дает увеличение механической скорости бурения на 20% (при «=238 об/мин). При бурении долотами 2В-132К в ороговикованных туфах изверженных пород X категории увеличение осевой нагрузки на долото от 2,5 до 4 тс по одним и тем же породам дало увеличение проходки на долото на 25% и увеличение механической скорости бурения на 30%, тогда как увеличение скорости вращения этих же долот от 153 до 277 об/мин.
Скорость вращения долота
Скорость вращения долота влияет в основном на механическую скорость бурения и почти не влияет на величину проходки для долот всех типов, если нагрузка на них поддерживается в требуемых пределах.
При бурении мягких пород и пород средней твердости механическая скорость бурения зависит от скорости вращения долота в большей степени, чем от осевого давления, при бурении твердых и крепких пород наоборот. Так, например, при бурении долотами 1ГМ-151М в плотных аргиллитоподобных глинах IV категории -при одних и тех же условиях увеличение скорости вращения долота от 128 до 257 об/мин (при осевой нагрузке на долото 2,5 тс) дает увеличение механической скорости бурения на 80%, тогда как увеличение осевой нагрузки от 1,5 до 2,5 тс дает увеличение механической скорости бурения на 20% (при «=238 об/мин). При бурении долотами 2В-132К в ороговикованных туфах изверженных пород X категории увеличение осевой нагрузки на долото от 2,5 до 4 тс по одним и тем же породам дало увеличение проходки на долото на 25% и увеличение механической скорости бурения на 30%, тогда как увеличение скорости вращения этих же долот от 153 до 277 об/мин.