Конструкции вооружения шарошечных долот второго класса
Шарошечные долота второго класса для разрушения абразивных горных пород имеют твердосплавное вооружение в виде зубков, которые запрессовываются в гнезда на венцовых выступах шарошек.
Твердосплавные зубки (рис. 5.39) готовятся диаметром до 16 мм из твердых сплавов ВК11-ВК для клиновых зубков и ВК8-ВК для зубков со сферической рабочей поверхностью. Зубки состоят из цилиндрического тела, запрессовываемого в шарошку, и рабочей головки, размеры и форма которой определяют конструктивные особенности зубка и тип вооружения. Для вооружения шарошек используются три группы зубков с цилиндрической и со сферической рабочими поверхностями.
Важнейшие характеристики твердосплавного вооружения – диаметр зубков d, радиусы кривизны рабочих поверхностей, вылет зубков h над телом шарошки и шаг s размещения в венце, а также и глубина запрессовки зубков в тело шарошки.
Рис. 5.39. Конусно-клиновые (а) и конусно-сферический (б) зубки и их установка в венцовых выступах шарошек
Принципы выбора угла 2γ при вершине клина твердосплавных зубков те же, что и для притупленного клина. Поскольку твердый сплав хуже работает на изгиб, чем сталь, то углы 2γ зубков существенно больше.
Шаг зубков в венцах выбирается не только из условия эффективного поражения забоя, но и из условия надежного крепления зубков. Как правило, шаг больше оптимального. Из схемы на рисунке 5.39 а видно, что с уменьшением шага зубков уменьшается сечение венцового выступа между зубками, а также возможно сближение донышек зубков на величину l, меньшую допустимой. Тогда при запрессовке возможно раскалывание венцового выступа. Следовательно, для уменьшения шага надо уменьшать диаметр зубков. Но это понижает их сопротивление изгибу и величину вылета h над телом шарошки. Тем не менее этот путь применяется и обусловливает следующее неравенство:
|
|
|
d МЗ ≥ d СЗ ≥ d ТЗ.
В настоящее время номенклатура зубков весьма широкая. На рисунке 5.40 приведены формы зубков, изготавливаемых ОАО «Волгабурмаш». Из рисунка 5.40 видно, что изготавливаются как симметричные, так и асимметричные зубки. При этом зубки одного типа могут иметь разные углы при вершине: зубки с большим углом при вершине устанавливают на периферийных венцах, а с меньшим – на центральных венцах шарошек.
Причина создания асимметричных клиновых зубков следующая. На рисунке 5.41 а показана схема взаимодействия зубка с забоем, из которого видно, что при разрушении горной породы в контакте с ней находится не только рабочая поверхность зубка, но и часть его боковой грани. В результате снижается контактное давление на забой и создается угнетающий эффект со стороны боковой грани: боковая грань, располагаясь под острым углом ϕ к поверхности породы, затрудняет ее скалывание, особенно при отрицательном тангенциальном скольжении v t. Выполнение боковой грани вогнутой увеличивает угол ϕ до величины ϕа, как показано на рисунке 5.41 а , и существенно снижает угнетающий эффект. При этом рабочая головка зубка несколько ослабляется, поэтому такие зубки устанавливают только на центральных венцах.
|
|
|
а б в г
д е ж з
Рис. 5.40. Твердосплавные зубки для разрушения горных пород:
а – очень мягких; б – мягких; в – мягких с прослоями средних ; г – средней твердости; д – средней твердости с прослоями твердых; е – твердых;
ж – твердых с прослоями крепких; з – крепких
Кроме классификации зубков в соответствии с твердостью горных пород применяется их группировка по форме рабочей головки. Симметричные клиновые зубки образуют группу Х, конусно-сферические зубки образуют группу Y, а асимметричные зубки и зубки со сферической вершиной, не имеющие конусной части, образуют группу Z.
|
|
|
Рис. 5.41. Положение зубка относительно забоя (а), размещение венцов зубков на шарошках (б), вид и взаимодействие с забоем двухрядного венца (в)
Особенности размещения зубков на шарошках показаны на рисунке 5.41 б, из которого следует, что, как и у долот первого класса, зубки размещены венцами (рядами), каждый из которых предназначен для поражения своего кольцевого участка забоя скважины. Только периферийные ряды 1 всех шарошек поражают один и тот же прилегающий к стенке скважины участок забоя.
Предпериферийный участок забоя поражается зубками 2 второго ряда двухрядного венца, зубки которого размещены в шахматном порядке относительно зубков первого ряда (рис. 5.41 в). Двухрядными венцами оснащают одну или две шарошки из трех. Соответственно , две или одна шарошка имеют однорядные венцы, характеризующиеся минимальным шагом. Периферийные ряды всех шарошек отличаются от остальных рядов (венцов) тем, что зубки установлены под наклоном к плоскости забоя, а со стороны обратного конуса запрессованы цилиндрические твердосплавные зубки 3 . Эти зубки могут иметь алмазное покрытие. Из схемы на рисунке 5.41 в следует, что со стенкой скважины контактирует кольцевой выступ 4, выполняемый по контуру обратных конусов всех шарошек. Этот выступ называется предохранительным пояском. При спуске долота в скважину через обсадную колонну он предохраняет последнюю от резания периферийными зубками 1 и зубками 3 обратных конусов шарошек.
|
|
|
Одним из недостатков периферийного вооружения является то, что зубки 2 второго ряда размещены с увеличенным шагом и не обеспечивают полное разрушение соответствующего участка забоя (рисунок 5.41,в). В результате перед периферийными зубками 1 остаются выступы горной породы 5, которые разрушаются боковыми поверхностями зубков 1 и раздавливанием телом шарошки 6. Это повышает вероятность поломки зубков 1, а также снижает механическую скорость бурения. Для предупреждения этого явления используются два способа (рис. 5.42):
1) на периферии устанавливают зубки уменьшенного диаметра, но для более твердых пород, чем на центральных венцах. Например, у долота типа ТЗ периферийные венцы выполнены конусно-сферическими зубками 1, а центральные венцы – конусно-клиновыми зубками 2;
2) на одной из шарошек двухрядный венец может быть выполнен с попарным размещением зубков 1 и 2. При этом часть зубков предпериферийного ряда имеют уменьшенный до характерного для данного типоразмера долота шаг. Кроме того, разношаговое размещение зубков предупреждает работу зубков след в след, т.е. предупреждает образование рейчатой поверхности забоя.
Большой объем бурения наклонных и горизонтальных скважин предъявляет дополнительные требования к повышению износостойкости периферии долота и эффективности разрушения горной породы при создании на долото боковой нагрузки для искривления скважины. Одним из решений этой задачи является установка подрезных зубков на контуре тела шарошки. На рис. 5.43 в качестве примера показано периферийное вооружение долота фирмы «Юз Кристенсен» для разбуривания мягких абразивных горных пород и схема его взаимодействия с забоем и стенкой скважины.
1
2
Рис. 5.42. Долото типа ТЗ с попарным размещением зубков в двухрядном периферийном венце
Из рисунка 5,43 а видно, что на периферии установлены симметричные зубки с увеличенным по сравнению с зубками центральных венцов углом при вершине. На центральных венцах установлены асимметричные зубки. Обратный конус оснащен цилиндрическими зубками, а по контуру обратного конуса установлены подрезные клиновые зубки. Из схемы на рисунке 5.43 б видно, что стенка скважины обрабатывается зубками 1 периферийного ряда, цилиндрическими зубками 2 обратного конуса и подрезными зубками 3, установленными по контуру тела шарошки.
Таким образом, особенностями вооружения периферии шарошек современных долот 2-го класса являются:
1) кратное перекрытие забоя зубками периферийных венцов);
2) оснащение обратных конусов шарошек твердосплавными цилиндрическими зубками, в том числе с алмазным покрытием;
3) установка подрезных зубков на контуре тела шарошки.
Рис. 5.43. Периферийное вооружение долота 2- го класса (а) и схема его работы в скважине (б)
Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 715; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!