Классификация долот режуще-истирающего действия
По форме рабочих органов,на которых размещено вооружение в виде резцов, зубков или алмазных зерен, режуще-истирающие долота (долота РИ-действия) делят на:
1) лопастные – высота лопасти больше ее ширины;
2) секторные – высота сектора меньше его ширины;
3) одношарошечные – элементы вооружения размещены на поверхности сферической шарошки;
4) дисковые – элементы вооружения размещены на цилиндрических поверхностях дисков.
По материалу элементов вооружения, которыми оснащены долота:
1) твердосплавными резцами или зубками (типы МСЗ, С и СЗ);
2) синтетическими (искусственными) алмазами (типы С и СТ);
3) натуральными (естественными) алмазами (типы С, СТ и Т);
4) зубками ИСМ (типы МС, С, СТ);
5) зубками, оснащенными алмазно-твердосплавными пластинками (АТП) и резцами (АТР).
Конструктивные особенности долот РИ-действия удобнее рассматривать согласно второй классификации. С твердосплавным вооружением наибольшее распространение получили долота в лопастном и одношарошечном исполнении.
Лопастные долота РИ-действия
В технической литературе долота режуще-истирающего действия первоначально называли истирающее-режущими (ИР-действия). Однако основной процесс разрушения этими долотами – резание и микрорезание горной породы, а истирание является сопутствующим процессом. Поэтому термин «режущее» вынесен на первое место (РИ-действия).
С твердосплавным вооружением изготавливаются долота двух типов – МСЗ и С – для разбуривания соответственно мягких абразивных (слабосцементированные песчаники и алевролиты) и средней твердости малоабразивных горных пород (глинистые сланцы, аргиллиты, гипсы). Долота типа МСЗ выполняются трехлопастными диаметрами от 190,5 до 269,9 мм, а долота типа С – шестилопастными диаметрами от 76 до 269,9 мм.
|
|
|
Особенности конструкции долот показаны на рис. 5.7. Долота состоят из корпуса 1 с присоединительной резьбой и трех или шести лопастей 2.
В торцовые поверхности лопастей запрессованы штыри 3 из твердого сплава. Передняя поверхность лопасти наплавлена твердым сплавом 4 . Боковые (калибрующие) поверхности лопастей армированы так же, как и у режуще-скалывающих долот. Система промывки долот включает расточку в корпусе долота и три промывочных канала 5 (рис. 5.7 в). Долота выполняют преимущественно гидромониторными, т. е. в промывочные каналы устанавливают гидромониторные узлы (рис. 5.7 г).
Трехлопастные долота выполняют с одной полной (рис. 5.7 а) и двумя укороченными (рис. 5.7 б) лопастями. Такое выполнение лопастей обеспечивает однократное перекрытие центральной части забоя и трехкратное перекрытие периферийной части забоя. Шестилопастное долото отличается от трехлопастного тремя короткими калибрующими лопастями, установленными, как показано на рисунке 5.7 в , г. Эти лопасти решают задачу снижения поперечных колебаний долота, образования круглого ствола скважины и увеличения запаса на износ калибрующего скважину вооружения.
|
|
|
Принципиальное отличие этих долот от долот РС-действия – прерывистое (гребенчатое) выполнение режущей кромки для обеспечения более высокого давления вооружения на забой и улучшения охлаждения режущих элементов промывочной жидкостью. Это достигается установкой в стальные лопасти штырей из твердого сплава ВК8-В со значительным вылетом над телом лопасти. Лопасти выполнены со скосом, который обусловлен особенностью установки в них элементов вооружения. На скосах за основным вооружением установлены дополнительные клиновые зубки, ограничивающие внедрение в породу основных зубков для предупреждения их поломки.
Для увеличения контактного давления на забой при одинаковой осевой нагрузке известно выполнение расчлененных лопастей в виде чередующихся выступов и впадин на торцовых поверхностях лопастей. При вращении долота выступы на одной лопасти перекрывают впадины
на другой.
|
|
|
Для уменьшения сопротивления горных пород разрушению по мере удаления от центра скважины к периферии был разработан и испытан ряд ступенчатых долот, в которых использовался эффект снижения сопротив-ления разрушению при расширении скважины, образованной предыдущей ступенью. Но при этом резко ухудшились условия очистки забоя от шлама и охлаждения вооружения периферийных частей ступеней, и долота не выдержали конкуренции с показанными выше конструкциями.
В настоящее время лопастные долота РИ-действия с твердосплавным вооружением практически вытеснены более совершенными долотами с алмазно-твердосплавным вооружением.
Рис. 5.7. Конструкции лопастей (а, б, в) и вид снизу (г) режуще-истирающего долота с твердосплавным вооружением
Одношарошечные долота
Из долот режущего-истирающего действия с твердосплавным вооруже-нием в России в настоящее время изготавливаются в ОАО «Волгобурмаш» одношарошечные долота типа СЗ, разработанные СевКавНИПИнефтью, предназначенные для разбуривания абразивных горных пород средней твердости одного типоразмера 139,7 мм (139,7АU-54X-R1251), а также ки-тайской фирмой KINGDREAM диаметрами от 95,3 до 155,6 мм для пород типа МЗ, МСЗ.
|
|
|
Режуще-истирающие долота с непрерывным контактом вооружения с забоем в абразивных горных породах быстро изнашиваются. Для повышения износостойкости необходимо обеспечить больший запас вооружения на износ и улучшить условия его работы. Простое увеличение количества элементов вооружения привело бы к уменьшению контактного давления на забой и снизило бы интенсивность разрушения горных пород. Поэтому конструкторы пошли по пути создания такого долота, у которого одновременно работает только одна часть вооружения, а вторая часть вступает в работу по мере выхода из контакта с породой работающей части вооружения. Был предложен ряд конструкций долот, в том числе и одношарошечного долота (рис. 5.8 а).
Рис. 5.8. Одношарошечное долото (а), зубок (б) и траектория его движения по забою (в)
Эти долота занимают промежуточное положение между режущеистирающими и дробяще-скалывающими долотами: по характеру разрушения горной породы это режуще-истирающий инструмент, а по конструкции – шарошечный, характерный для дробяще-скалывающих долот.
Одношарошечное долото имеет корпус1с присоединительной резьбой. Нижняя часть корпуса выполнена в виде лапы 2 с наклоненной под углом α = 30° цапфой 6. На цапфе на подшипниках установлена сферическая шарошка 5. Шарикоподшипник двухстороннего действия ( замковый) собирается через отверстие в лапе и цапфе. После сборки долота отверстие закрывается пальцем 3, который приваривается к корпусу. Совокупность подшипников, на которых установлена шарошка, образует ее опору. Конструкции и типы опор будут рассмотрены ниже. Промывочное отверстие 6 и пазы на шарошке образуют систему промывки долота.
Шарошка вооружена твердосплавными зубками формы Г 23. Общий вид зубка и схема его взаимодействия с забоем приведены на рис. 5.8 б. Зубок имеет одну плоскую и одну выпуклую грани. Его основными геометрическими характеристиками являются диаметр d, угол резания (32°) и вылет зубка над телом шарошки h 0. Из рис. 5.8 б видно, что зубок Г23 имеет тупой угол резания (32°+90°). Это вынужденная мера для исключения растягивающих напряжений в теле зубка и повышения сопротивления зубка изгибу.
При работе на забое шарошка пассивно вращается за счет трения и зацепления зубков за выступы горной породы. При этом передаточное отношение i составляет
i = 
, (5.12)
где ω – угловая скорость вращения шарошки; ωд – угловая скорость вращения корпуса долота. Величина i лежит в пределах 0,62÷0,71. Отсюда следует, что шарошка относительно цапфы вращается медленней, чем долото вокруг своей оси.
В процессе бурения каждый элемент вооружения шарошки совершает сложное движение относительно забоя скважины, обусловленное вращением шарошки вокруг своей оси и вращением долота. Траектория движения зубка по забою представляет собой пространственную эпитрохоиду. Пример проекции эпитрохоиды на плоскость, перпендикулярную оси долота, приведен на рисунке 5.8 в, из которого видно, что зубок периодически то удаляется, то приближается к оси долота в интервале от R 1 до R 2, пересекая в двух точках свой след. Воздействие большого числа зубков образует на забое сетку его поражения, но при этом на забое остаются целики породы, не поражаемые зубками. Эти целики раз-рушаются истиранием и раздавливанием корпусом шарошки. Наличие целиков породы обуславливает значительные затраты энергии на неэффективный процесс их истирания и сужает область применения одношарошечных долот.
Одношарошечные долота шифруются аналогично шарошечным долотам дробяще-скалывающего действия, которые будут рассмотрены ниже.
Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 2595; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!