 |
Вопрос 14.Основы кинематики шарошечных долот. Скольжение шарошечных долот. Факторы, его обусловливающие.
|
|
|
|
Вопрос 14. Основы кинематики шарошечных долот. Скольжение шарошечных долот. Факторы, его обусловливающие.
Шарошки вращаются вокруг своей оси и вокруг оси долота. Вращаясь вокруг своих осей, шарошки попеременно касаются забоя то одним, то двумя зубьями, т. е. шарошка при своем качении по забою то поднимается, то опускается, производя при этом удары по забою, вследствие чего зубья шарошки оказывают на породу не только статическое, но и динамическое воздействие.
Для обеспечения скалывающего эффекта используются три технических приема:
1) вынос вершины шарошки за ось долота на величину. В соответствии с положениями теоретической механики мгновенная ось вращения (МОВ) шарошки при ее качении по забою должна пройти через точку пересечения осей шарошки и долота и пересечь образующую шарошки. Тогда при повороте шарошки вокруг МОВ вооружение долота, расположенное левее точки пересечения МОВ и образующей шарошки, будет скользить с некоторой скоростью v t относительно забоя в отрицательном направлении, а вооружение долота, расположенное правее точки пересечения МОВ и образующей шарошки, будет скользить в положительном направлении. Такое принудительное скольжение уже создаст существенный скалывающий эффект.
2) выполнение шарошек многоконусными.
В некоторых конструкциях долот последний дополнительный конус может быть заменен цилиндром. Многоконусное выполнение шарошек обеспечивает более значительный скалывающий эффект. Общим недостатком первого и второго приема является наличие нескользящего сечения шарошки, проходящего через точку пересечения МОВ и образующей шарошки.
3) смещение осей шарошек в плане оси долота и шарошки не пересекаются. Следовательно, третий прием позволяет исключить нескользящую относительно забоя точку на образующей шарошки, контактирующей с забоем.
|
|
|
Для периферийных венцов всех типов долот характерно положительное (в направлении вращения долота) скольжение, а у ближайших к оси долота венцов – только отрицательное скольжение. Чем больше смещение осей шарошек в плане, тем большее число венцов имеют положительное скольжение относительно забоя скважины.
Вопрос 15. Конструкции опор шарошечных долот. Сравнительная характеристика различных схем опор и области их преимущественного применения.
Опора является важным элементом долота, во многом определяющим его моторесурс. Назначение опоры - передача нагрузки вооружению шарошек через цапфу и подшипники. При конструировании опор учитывают следующие особенности подшипников
· Роликоподшипник имеет высокую несущую способность. Требует значительно больше места для размещения в опоре. Наблюдаются случаи заклинивания роликов в беговых дорожках при износе опоры;
· Шарикоподшипник имеет малую несущую способность. При износе и перекосах шарошки заклиниваний не наблюдается. Сравнительно быстро нагревается и может служить источником выхода из строя соседних элементов опоры;
· Подшипник скольжения имеет самую высокую несущую способность.
При высоких скоростях вращения возникают очаги перегрева, что может вызвать выход из строя всей опоры.
Конструктивно опоры могут быть открытыми или маслонаполненными герметизированными.
Опора шарошки предназначена для фиксирования положения шарошки на цапфе с возможностью вращения и передачи осевой нагрузки и крутящего момента от корпуса долота к вооружению с минимальными внутренними потерями энергии и включает от двух до пяти подшипников.
В опорах используются следующие подшипники:
|
|
|
1) качения радиальные с цилиндрическими роликами. Подшипник не имеет ни колец, ни сепараторов.
2) качения шариковые радиально-упорные. Если подшипник двойного действия, т. е. воспринимает нагрузку вдоль оси подшипника в обоих направлениях, то он называется замковым. В шифре опоры обозначается буквой Шз. В опорах возможно выполнение двухрядных замковых подшипников. Замковый подшипник собирается через отверстие в лапе и цапфе, которое после сборки закрывается пальцем. После сборки палец приваривается к лапе;
3) скольжения радиальные. Поверхность скольжения на цапфе армирована твердым сплавом. Малый подшипник армируется по всей поверхности цапфы, а большой подшипник – только с нижней стороны цапфы. В шарошке 5 поверхности скольжения выполнены запрессованными в нее втулками. Втулка большого радиального подшипника выполняется в виде гильзы с внутренним слоем из композиционного материала. Эти подшипники в шифре опоры обозначаются буквой С;
4) скольжения упорные на цапфе представлены наплавкой твердого сплава на торцовой поверхности, а в шарошке запрессованным в нее подпятником. Возможна наплавка торца борта замкового подшипника, по которому скользит внутренний торец шарошки. Эти подшипники в шифре опоры обозначаются буквой Су.
Особенностью подшипников качения является то, что они не имеют ни сепараторов, ни колец, а беговые дорожки выполняются непосредственно в шарошке и на цапфе. В долотах малых диаметров подшипники скольжения могут быть образованы неармированными поверхностями шарошки и цапфы.
Запись шифра опоры ведется последовательно от периферии к оси долота, например, РШз ССу и читается: опора включает подшипники радиальный роликовый, замковый шариковый, радиальный скольжения со специальным покрытием цапфы и упорный скольжения со специальным покрытием цапфы.
Шариковый подшипник имеет малую несущую способность, но он хорошо работает в условиях перекоса шарошки и незаменим для замкового подшипника качения.
Роликовый подшипник имеет среднюю несущую способность.
Основной недостаток – при износе тел качения и беговых дорожек в условиях перекоса шарошек имеет тенденцию к самозаклиниванию в результате поворота ролика.
|
|
|
Подшипники скольжения имеют высокую несущую способность и наименьшие габаритные размеры. Но эти подшипники нельзя эксплуатировать при повышенных частотах вращения из-за выделения большого количества тепла и опасности изнашивания схватыванием поверхностей трения.
Вопрос 16. Конструкции промывочных устройств долот. Преимущества и недостатки. Гидромониторные долота. Природа эффекта и условия его обеспечения.
Центральная система промывкивыполняется в долотах, предназначенных для разбуривания твердых и крепких горных пород при высокооборотном бурении.
В настоящее время в долотах реализуются две основные системы промывки – обычная (центральная) и гидромониторная (боковая).
|
| Схема системы промывки: внутренняя полость долота 1; участок сжатия струи жидкости 2; цилиндрическое промывочное отверстие 3. |
Достоинство – жидкость движется вдоль образующей шарошки, хорошо очищает и охлаждает вооружение. Недостаток – при взаимодействии с шарошками струя жидкости теряет энергию и весьма слабо воздействует на забой.
Гидромониторная (боковая) система промывки шарошечного долотаотличается от центральной системы промывки тем, что струи жидкости здесь направляются непосредственно на периферию забоя между дополнительными конусами шарошек.
|
| Схема гидромониторной промывки: глубокий карман 1, в который просверлен подводящий канал 2; насадка 3, уплотненная относительно лапы резиновым кольцом 6; от выпадения насадка удерживается разрезным пружинным кольцом 5. Комплект из насадки, уплотнения и крепления составляет гидромониторный узел (ГМУ). |
Достоинство: гидромониторная струя жидкости активно воздействует на забой, повышая механическую скорость бурения. Недостаток: гидромониторному воздействию подвергается только периферийная часть забоя.
Влияние скорости истечения жидкости на механическую скорость бурения становится существенным только в случаях, когда скорость истечения превышает 60м/с. Такое увеличение скорости называют гидромониторным эффектом.
|
|
|
При истечении жидкости из насадок гидромониторных долот наблюдаются следующие явления. Струя жидкости вытекает из насадки параллельными струйками и с большой скоростью входит в массу промывочной жидкости, находящейся на забое и заполняющей все межтрубное пространство. При этом струя увлекает за собой окружающие частицы жидкости и, претерпевая существенные изменения, принимает коническую форму, постепенно затормаживается и растекается.
Появлениегидромониторного эффекта зависит от твердости разбуриваемых горных пород. Для мягких и средней твердости горных пород гидромониторный эффект существенный уже при vи = 45-60 м / с, а в твердых и крепких горных породах - только при vи> 100 м/с.
|
|
|
