Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

3.6. Долота для бескернового бурения

Шарошечные долота

Шарошечные долота наиболее широко применяются для вращательного бурения геологоразведочных скважин без отбора керна в породах с различными физико-механическими свойствами.

Параметры шарошечных долот геологоразведочного стандарта приводятся в табл. 3. 40.

Таблица 3. 40. Параметры долот геологоразведочного стандарта

Диаметр долот, мм	Длина резьбовой части, мм	Диаметр корпуса долота, мм	Высота долота, мм	Сечение промывочных каналов, см²	Допустимая нагрузка на долото, кН
				1, 4 1, 4 1, 7 1, 7 2, 5 2, 5 4, 0 6, 0

По характеру воздействия на породу шарошечные долота относятся к долотам ударно - дробящего и дробяще - скалывающего действия. Разрушение породы при этом происходит за счет перекатывания зубьев шарошек по забою с нанесением ударов.

Основные достоинства шарошечных долот:

- большое количество породоразрушающих элементов, участвующих в работе и их большая стойкость;

- динамическое воздействие на разрушаемый забой, способствующее более эффективному разрушению твердых и особенно хрупких горных пород;

- реализация процесса резания и гидромониторного эффекта при разрушении мягких пород.

При бурении геологоразведочных скважин применяются секционные (бескорпусные) долота (рис. 3. 35), состоящие из двух или трех сваренных между собой лап (секций) со стандартной присоединительной резьбой.

Рис. 3. 35. Конструкция шарошечного долота

1 – корпус; 2 – цапфа; 3 – подшипник; 4 – шарошка; 5 – фрезерный зуб; 6 - палец

Лапы служат для закрепления цапф (осей), вокруг которых вращаются шарошки. Таким образом, цапфы служат опорами, на которых размещаются подшипники. Опоры шарошек - один из ответственных узлов во всех конструкциях долот, служат для передачи осевой нагрузки на забой при непрерывном вращении шарошек вокруг осей.

Основной рабочий орган шарошечных долот - шарошки могут быть различной формы (одно- и многоконусные шарошки).

Долота с двух - трехконусными шарошками выполняются самоочищающимися: зубчатые венцы одной шарошки входят в проточки между зубчатыми венцами других, что положительно сказывается на показателях работы долот.

Шарошки долот, в зависимости от назначения, армируют различными видами фрезерованных зубьев клиновидной формы или вставными твердосплавными зубьями (штырями; с различной формой рабочей поверхности. (Номенклатура шарошечных долот конструкции СКВ «Геотехника» приводится в табл. 3. 41, а основные конструктивные параметры в табл. 3. 42.

Таблица 3. 41. Типы шарошечных долот конструкции СКБ «Геотехника»

Тип долота	Диаметр, мм
тк, к т, тк, к ст, т, ткз, к м, с, т, тз, к м, с, т, тз, к м, с, т, к с, т, к

Таблица 3. 42. Основные конструктивные параметры долот

Тип долота	Действие вооружения долота на разрушаемый забой	Кинематическая схема	Вооружение шарошек
М	Режуще-скалывающее	Большое скольжение основных конусов шарошки	Стальные фрезерованные зубья с углом заострения α =37-39°
С и СТ	Скалывающее	Качение со значительным проскальзыванием основных конусов шарошки	Фрезерованные стальные зубья
Т и ТК	Ударно-скалывающее	Чистое качение с небольшим проскальзыванием основного, конуса	Фрезерованные стальные зубья (а=45-50°) и твердосплавные штыри
ТК			Комбинированное (стальные зубья и твердосплавные штыри)
К	Ударное	Чистое качение без проскальзывания	Цилиндрические твердосплавные штыри со сферической головкой

Примечание: зубья шарошек долот типа М, С и Т имеют одностороннюю наплавку мелкозернистым твердым сплавом.

По расположению и конструкции промывочных или продувочных каналов долота выпускают: с центральной промывкой с боковой гидромониторной промывкой, с центральной и боковой продувкой.

Область применения шарошечных долот различных типов приводится в табл. 3. 43.

Трехшарошечные долота позволяют наиболее полно использовать габариты скважины для размещения шарошек, вооруженных наибольшим числом рабочих и калибрующих зубьев. Наряду с этим они позволяют разместить наиболее мощные опорные подшипники.

Трехшарошечные долота геологоразведочных скважин выпускаются четырех типов – ОК, К, Т и С диаметром от 46 до 151 мм.

Преимуществом двухшарошечных долот (рис. 3. 36) над трехшарошечными является возможность бурения скважин малого диаметра на глубину до 2000 метров с использованием легкого бурового оборудования.

Рис. 3. 36. Конструкция двухшарошечных долот типов М (а), С (б), Т (в) и К (г)

Каждая отдельная секция двухшарошечного долота имеет большие диаметры шарошек по сравнению с трехшарошечными, что позволяет иметь на шарошке увеличенное число зубчатого или твердосплавного вооружения при увеличенном шаге между зубьями. Эта конструктивная особенность двухшарошечных долот позволяет наносить по забою более интенсивные удары со сколом более крупных частиц разбуриваемой породы. Недостатком двухшарошечных долот является недостаточно мощное калибрующее вооружение.

Таблица 3. 43. Область применения шарошечных долото

Тип долота	Категория по бури мости	Характеристика горных пород	Наименование пород

М	I-III	Мягкие	Глина, мел, гипс, торф, пески.
С	IV-V	Средней твердости	Алевролиты; аргиллиты; слюдистые сланцы; мрамор; измененные мергели; слабые известняки; уплотненные глины.
СТ	V-VI	Средней твердости с пропластами твердых	Кварцево - слюдистые и ожелезненные алевролиты; окремненные аргиллиты; хлорит - серицитовые сланцы; слабосцементированные песчаники; мраморы; окремненные мергели.
Т	VI-VII	Твердые	Доломиты; скарнированные известняки; серпентиниты; амфиболиты; слюдистые гнейсы; габбро; измененные диориты; базальты; измененные порфириты.
ТЗ	VI-VII	Твердые абразивные	Известняки органогенные, тонкозернистые, пелитоморфные, участками окремненные, цоломитизированные.
ТК	VII-VIII	Твердые с пропластками крепких	Ороговикованные алевролиты, скарнированные доломиты; кварцевые, рудные и тонкозернистые алевролиты, мелкозернистые песчаники, гравелиты, выветрелые габбро-диориты, выветрелые грано -диориты; гранит - порфиры; туфы; песчанистые и кварцевые сланцы.
ТКЗ	VII-VIII	Твердые абразивные породы с пропластками крепких	Аргиллиты, иногда окремненные; алевролиты и песчаники мелкозернистые, кварцевые; роговики; андезиты; андезито -базальты.
К	VIII-XI	Крепкие	Кремнистые аргиллиты; мелкозернистые кварцевые песчаники; окремненные известняки и доломиты; кварцевые диориты; граниты; сиенит -порфиры; пегматиты; кварцевые порфиры; гнейсы и гранито - гнейсы; андезиты; андезито - базальты.

Значительной мощностью опорных подшипников обладают дисковые долота (рис. 3. 37), габаритные размеры которых на 60-70 % больше, чем подшипники двухшарошечных или трехшарошечных долот. Дисковые долота диаметром 76 и 93 мм относятся к долотам режуще-скалывающего типа, имеют два рабочих диска, оснащены твердосплавными цилиндрическими зубьями по всему периметру рабочих дисков и монтируются с помощью подшипников качения и скольжения на коленчатой оси, которая крепится к корпусу долота с помощью двух лап. Забой промывается через центральное отверстие, которое на выходе раздваивается на два канала, направляющих потоки промывочной жидкости к периферийной области забоя.

Рис. 3. 37. Дисковое долото фрезерного типа

1 – лапа; 2 – диск; 3 – шариковый подшипник; 4 – эксцентричная ось; 5 – втулка; 6 - шпонка

Лопастные долота

Лопастные долота для бурения геологоразведочных скважин в мягких породах и породах многолетней мерзлоты с содержанием твердых включений разрушают породу в режиме резания с промывкой или шнековым способом. Они применяются при бурении геологоразведочных, гидрогеологических, инженерно - геологических, сейсморазведочных и технических скважин.

Эффективность лопастных долот обусловливается простотой конструкции, невысокой стоимостью, высокими механическими скоростями бурения и значительным ресурсом.

Область применения и основные конструктивные параметры лопастных долот типа М и МС (рис. 3. 38) для бурения с промывкой приводятся в табл. 3. 44. Номенклатура лопастных долот для шнекового бурения приводится в табл. 3. 45.

Лопастные долота для шнекового бурения типа М диаметрами Г5Т и 165 мм ступенчато - выпуклой формы с криволинейными режущими гранями, армированы твердосплавными пластинами сечением 4x4 мм и 3x5 мм. Наличие на лопастях режущих ступенчатых граней криволинейной формы повышает устойчивость и снижает вибрацию шнековой колонны. Расчленение забоя на отдельные зоны разрушения и центральная рассечка позволяют получить высокий ресурс и механическую скорость бурения.

Лопастные долота диаметром 198 мм конусно — выпуклой формы с криволинейными режущими гранями, армированы твердосплавными пластинами сечением 3x5 мм. Одна из лопастей выполнена в виде калибрующего сектора. Усиленное вооружение режущих лезвий резцами удлиненной формы дает возможность получить высокую производительность бурения при небольших осевых нагрузках. Твердосплавные пластины установлены в открытых пазах. Калибрующая часть лопастей армирована твердосплавными цилиндрическими или восьмигранными зубками, предохраняющими долото от износа по диаметру.

Лопастные долота типа МС диаметром 151 мм ступенчато - выпуклой формы с конусно - выпуклыми режущими гранями армированы цилиндрическими твердосплавными зубками диаметром 5 мм. Расчленение забоя на отдельные зоны разрушения и центральная рассечка позволяют получить высокий ресурс и высокую механическую скорость бурения. Расположение калибрующих зубков по винтовой линии дает возможность увеличить механическую скорость бурения и предохранить долото от износа по диаметру.

Лопасти долота типа МС диаметром 198 мм конусно - выпуклой формы. Одна из лопастей выполнена в виде калибрующего сектора. Конструктивные особенности долота позволяют при бурении улучшить вынос шлама и увеличить механическую скорость при небольших осевых нагрузках. Режущие и калибрующие части лопастей армированы твердосплавными зубками восьмигранной формы. Во избежание скалывания при встрече с твердыми включениями зубки установлены в теле лопастей.

Рис. 3. 38. Лопастные долота режущего типа

а – с калибрующим сектором;

б - со сферической формой лезвия;

в – с опережающим лезвием;

г – с угловым смещением лезвий;

д – с пересекающимся вооружением

Таблица 3. 44. Область применения и основные конструктивные параметры лопастных долот

Тип лопастных долот	Категория по буримости	Характеристика пород	Конструктивные особенности
М	I-IV	Мягкие, в том числе мерзлые и вязкие	Лопасти пикообразной формы, армированы удлиненными твердосплавными пластинами размером 3x5 мм, установленными в открытых пазах; усиленное вооружение режущих граней; наличие опережающих лезвий на периферийной части долота; калибрующая часть лопастей армирована твердосплавными цилиндрическими зубками (восьмигранниками); промывочные каналы направлены перпендикулярно к плоскости забоя
МС	I-IV	То же, с содержанием твердых включений	Лопасти пикообразной формы, армированы твердосплавными цилиндрическими зубками (или восьмигранниками) диаметром 5 мм; зубки установлены в теле лопастей; усиленное вооружение калибрующей и периферийной частей лопастей.

Таблица 3. 45. Номенклатура выпускаемых долот для шнекового бурения

Наружный диаметр, мм	Шифр (типоразмер ) долота
Наружный диаметр, мм	3ДРШ-151М	2ДРШ-165М	3ДРШ-165М	1ДРШ-198М	3ДРШ-151МС	1ДРШ-198МС
	+	+	+	+	+	+

Пикообразные долота (пикобуры)

Предназначены для бурения в пластичных мягких породах, представленных песчано-глинистыми отложениями, мягкими и вязкими сланцами на глинистом и известковом цементе I-IV категорий

При бескерновом бурении используются различные конструкции пикобуров, изготовляемых в механических мастерских геологоразведочных организаций: пикобур В. П. Новикова, типов ПЦ и ПР.

Пикобур В. П. Новикова представляет собой трубчатый корпус, к которому в три яруса приварены девять трапециадальных ребер. На нижнем конце корпуса на резьбе навинчен трехгранный пирамидальный наконечник. Ребра корпуса и пилота армированы пластинчатыми резцами твердого сплава ВК8. Долота типа ПЦ (диаметром 112, 132 и 151мм) применяются для разбуривания цементных пробок и металлических изделий, подлежащих разрушению после цементирования скважин, а долота типа ПР (диаметром132 и 151мм)для расширения ствола скважины в мягких породах с пропластками пород средней твердости. Боковые грани этих долот имеют усиленную наплавку релита.

Параметры режима бурения рассчитываются по этим же зависимостям (3. 27), (3. 28), (3. 31) с учетом значений приведенных в табл. 3. 48

Шарошечные долота специального назначения

В особых геолого-технических условиях, а также при использовании специального бурового оборудования и для выполнения специальных задач при сооружении скважин используются шарошечные буровые долота специального назначения: для гидроударного бурения и для бурения с продувкой; шпуровые долота; для направленного бурения и для гидротранспорта шлама.

Разрабатываются буровые долота и других типов в связи с развитием новых способов бурения.

Шарошечные долота для гидроударного бурения имеют утопленные опоры, способные выдерживать значительные ударные нагрузки, направляемые забойным двигателем через подшипники опор на шарошки. При использовании серийных шарошечных долот в гидроударном бурении наиболее слабым звеном оказались роликовые и шариковые подшипники, которые разрушаются при непродолжительной работе долота на забое. После их разрушения долото полностью теряет свою работоспособность.

Созданные в СКБ «Геотехника» новые долота для гидроударного бурения 4ДГ-115К и 4ДГ-96К имеют утопленные шариковые замковые подшипники, т. е. зазоры между беговыми дорожками на цапфе лапы и на корпусе шарошек больше диаметров шариков на величину допустимого износа. Поэтому шарики воспринимают только усилия, действующие вдоль оси шарошки, а ударные радиальные усилия воспринимаются подшипниками скольжения. У этих долот сближены торцовые поверхности подшипников лап и шарошек, что также позволило усилить передачу ударных нагрузок на твердосплавные зубки шарошек.

Испытания долот 4ДГ-115К и 4ДГ-94К показали их значительное превосходство (на 50—70%) над серийными шарошечными долотами по проходке и механической скорости. В шарошечных долотах диаметром 76 мм для гидроударного бурения вообще исключен шариковый замковый подшипник и заменен боковыми замковыми штифтами, которые устанавливают в корпусе шарошки и они перекрывают замковый паз на цапфе лапы.

Шарошечные долота для бурения с продувкой предназначены для сооружения сухих обезвоженных скважин в основном небольшой глубины, а также для бурения скважин в подземных условиях и взрывных скважин на открытых карьерах. Отличительной особенностью этих долот является наличие специальных каналов 1, направляющих потоки воздуха или газовых смесей через внутреннюю полость лап 2, далее через расточку 3 в замковом пальце и потом через цапфу лапы 4 во внутреннюю полость шарошки 5. Нагнетаемый через эти каналы 1 воздух выносит абразивные частицы, проникшие с забоя в опорные подшипники, и охлаждает их, что способствует увеличению долговечности опорных подшипников и повышает работоспособность долота (рис. 3. 39. ).

Для лучшей циркуляции воздушного потока в призабойной зоне на боковых гранях лап приваривают боковые косынки, которые закрывают свободное пространство между корпусом долота и шарошками и направляют поток воздуха вниз до забоя.

Шпуровые шарошечные долота используют для бурения шпуров глубиной до 15 м в твердых и крепких породах. В этих условиях наиболее важное значение приобретает механическая скорость бурения с использованием долота. Поэтому на основных конусах шарошек твердосплавные зубки располагаются в шахматном порядке, угол наклона осей шарошек к оси долота увеличивается до 53° и снижается насыщенность калибрующего вооружения на затылочном конусе.

Рис. 3. 39. Шарошечное долото для бурения с продувкой

Шарошечное долото 2Д-59ТК диаметром 59 мм для бурения шпуров разработано в СКБ «Геотехника». Отличительная особенность его — способность сферического замкового подшипника выдерживать значительные осевые динамические нагрузки и вибрации.

Шарошечные долота для направленного бурения предназначены для искусственного искривления скважин. Конструкции таких долот имеют специальное калибрующее вооружение на затылочном конусе шарошек и на периферийных венцах. Это вооружение должно обеспечивать боковое врезание в стенку скважины при проходке через отклонители различных типов, поэтому оно выполнено в виде твердосплавных зубков, максимально уменьшенных диаметров для обеспечения наибольшей насыщенности врезающейся части калибрующих конусов.

Разработанное в СКБ «Геотехника» шарошечное долото диаметром 76 мм для направленного бурения имеет большие габариты шарошек за счет увеличения угла наклона осей шарошек к оси долота и перенасыщенное вооружение на периферийных венцах из твердосплавных зубков размером 4x6 мм, а также термообработанных дисковых перемычек, расположенных между зубками.

Шарошечные долота для гидротранспорта шлама выпускают различных конструкций. Они способны обеспечить получение крупных частиц, породы при разрушении забоя, что очень важно для оценки содержания в породе полезных ископаемых. Разработка конструкций таких долот ведется в двух направлениях: при ударном воздействии вооружения на забой и при ударно-скалывающем воздействии. В первом случае создаются шарошечные долота, у которых шарошки оснащены высокими твердосплавными зубками с клиновидной рабочей поверхностью, а во втором случае создаются комбинированные шарошечно-дисковые долота, у которых конструкция состоит из одной вертикальной шарошки, обрабатывающей периферийный участок забоя и наружный диаметр скважины, и другой дисковой фрезерующей шарошки, расположенной с противоположной стороны и разрушающей поверхность забоя со сколом крупных частиц породы.

Шарошечные калибраторы и расширители.

Калибраторы шарошечного типа предназначены для калибрования ствола скважины до номинального диаметра при износе долота в абразивных породах, центрирования и улучшения условий работы долота, предохранения его от износа. Кроме того, калибраторы увеличивают жесткость компоновки нижней части бурильной колонны, предохраняя ствол скважины от искривления.

Для калибровки диаметра скважины при геологоразведочном бурении в основном применяют шарошечные расширители кольцевого типа (рис. 3. 40). Шарошки таких расширителей имеют форму, которая позволяет охватывать 'корпус по наружному диаметру. Кольцевые шарошки имеют вооружение из твердосплавных цилиндрических зубков со сферической рабочей поверхностью, которые располагаются по наружному диаметру, а на внутреннем диаметре находятся опорные подшипники. Кольцевые шарошки с помощью подшипников монтируются на эксцентричных промежуточных втулках.

На корпусе калибратора имеется резьба для соединения с долотом и бурильной колонной. В центре корпуса проходит центральный канал для подачи промывочной жидкости в долото. В верхней и нижней частях корпуса калибратора имеются специальные пазы для свинчивания и развинчивания. Эксцентричные втулки, на которых монтируются кольцевые шарошки, располагаются на корпусе таким образом, что смещение центральной оси шарошки происходит через 120°.

Цилиндрические твердосплавные зубки со сферической рабочей поверхностью размещены по наружному диаметру в шахматном порядке и обеспечивают равномерное

Рис. 3. 40. Шарошечный калибратор

1 — резьба для соединения с буровой колонной; 2 и 8 — специальные пазы для свинчивания и развинчивания; 3 — корпус; 4 — кольцевые шарошки; 5 — твердосплавные цилиндрические зубки со сферической рабочей поверхностью; 6 — эксцентричные промежуточные втулки; 7 — центральный канал для прохода промывочной жидкости в долото; 9 — резьба для соединения с долотом

разрушение выступов на стенках скважины. Отдельные шарошки имеют сплошной стальной сектор под углом 15 - 20°, располагающийся на уровне верхних рабочих площадок твердосплавных зубков. Такой сектор обеспечивает ликвидацию всех шероховатостей, которые остаются после работы ударных сферических поверхностей твердосплавных зубков.

На нижнем венце зубков каждой кольцевой шарошки создается небольшой заходный угол, равный 5 - 10°, для обеспечения нормальной работы калибратора при значительном уменьшении диаметра. Твердосплавные зубки на этих венцах располагаются под небольшим углом к горизонтальной плоскости.

Выпускаются шарошечные расширители, позволяющие разбуривать скважины с одного диаметра на другой. Один шарошечный калибратор обеспечивает работу 10-20 шарошечных долот при бурении скважин в твердых абразивных породах. Шарошки таких расширителей располагаются ступенчато. Обычно компоновка их состоит из двух шарошек, расположенных друг против друга и разбуривающих одну ступень забоя (уступ). Многоступенчатые расширители применяются для разбуривания скважин больших диаметров.

Классификация видов износа шарошечных долоту

Классификация видов износа долот, предложенная фирмой «СЕТКО» приводится в табл. 3. 46.

Таблица 3. 46. Классификация видов износа шарошечных долот

Вид износа	Описание износа	Причина износа	Примечание

1. Поломка оси шарошки	-	Поломка оси шарошки в результате удара о выступ в стволе скважины на высокой скорости спуска	-
2. Сдавливание шарошек	Сближение шарошек конусами к центральной оси	Торможение шарошек на забое при разрушении или заклинивании подшипников; например, вследствие перегрева подшипников из-за закупорки воздушных каналов при бурении с продувкой воздухом.	-
3. Поломка шарошки	Шарошка разрушена по периферии с потерей отдельных частей	Надвижение шарошек друг на друга из-за разрушения подшипников.	-
4. Потеря шарошки	-	Нарушение нормальной очистки скважины приводит к истиранию шламом периферии долота; повышенный износ ведет к потере удерживающих пальцев и самой шарошки.	Обычный (нормальный износ долот в абразивных породах. Чрезмерный износ долота по диаметру часто ведет к разрушению подшипников.
5. Износ долота по калибру (наружному диаметру)	Чрезмерное уменьшение долота по диаметру	Бурение в абразивных горных породах с высокой частотой вращения и/или недостаточной очистки скважины от шлама	Следует убедиться в отсутствии пробок в воздушных каналах.

6. Наложение шарошек друг на друга	-	Возникает из-за принудительного ввода в сильно зауженную скважину или из-за разрушения подшипников
7. Трещины в шарошках	-	Чрезмерная осевая нагрузка. Механическое разрушение при падении долота на забой.	Необходимо использовать более прочные долота.
8. Эрозия шарошек	Потеря вооружения (твердосплавных зубков, вставок)	Применение долот, несоответствующих горной породе. Повышенная осевая нагрузка.	Нормальный износ.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 6 789 10 Следующая ⇒

Воспользуйтесь поиском по сайту: