Простейшая конструкция корпусного трехшарошечного долота (в от­личие от секционного и бескорпусного) с центральной промывкой показа­на на рис. 3.1, а (без сопел) и на рис. 3.1, б (с соплами).

Долото состоит из следующих основных узлов: литого корпуса 1, лап 2, узла опор, включающего цапфу 3 и подшипники 4—6, шарошек 7 и очи­щающего или промывочного узла. В состав последнего могут входить сопла 8 и 9, формирующие высоконапорный поток бурового раствора, а также каналы 10 (рис. 3.1, б), просверленные в корпусе 1. Верхняя часть 11 кор­пуса обычно называется присоединительной головкой, так как она служит для присоединения к переводнику или нижнему концу бурильной колонны. В данном случае она выполнена в виде муфты с внутренней конической резьбой 12.

На нижней части корпуса 1 обычно предусмотрены пазы, в которые вставляют лапы 2 со смонтированными шарошками. Лапы приваривают к корпусу 1 прочными сварными швами.

5  4

а

Рис. 3.1. Корпусное шарошечное долото:

а — ÄÇ94Ñ; á — ÄÇ94Ã

Конструкция, показанная на рис. 3.1, характерна для отечественных долот диаметром 394 мм и более; большинство трехшарошечных долот вы­полняются секционными. Внешний вид и внутренние элементы секционно­го трехшарошечного долота показаны соответственно на рис. 3.2 и 3.3.

Секционное шарошечное долото собирается из секций, свариваемых вместе по всему наружному контуру сопрягаемых поверхностей. При этом верхние сегментные части секций образуют присоединительную головку 1, на которой затем нарезается коническая наружная (ниппельная) резьба (см. рис. 3.2). Средняя часть долота составляет также единое целое в ре­зультате сваривания лап 3. На наружной поверхности лап 3 предусмотрены приливы 12, кромки и ребра жесткости, а также округлые полуцилиндри­ческие приливы («бобышки») 2 под промывочные сопла (насадки) 10.

В СНГ сопла изготовляют обычно из металлокерамического материала. Сопла 10 закрепляют при помощи удерживающего замка (в данном случае стопорного кольца 9). Герметизация зазора между соплом и внутренней стенкой полости (гнездо пролива 2) обеспечивается обычно резиновым уп­лотнением 13. Козырек 7 лапы обычно (как и в приведенном случае) за­щищается антиабразивным покрытием 8, приближенным к торцу 4 шарош­ки и ее тыльной части 6, называемой часто обратным конусом. На тыльной части 6 шарошки также наплавляют защитное покрытие с хорошо сопро­тивляющейся абразивному износу калибрующей поверхностью 5, разде­ляемой одной из конических поверхностей корпуса шарошки. Вершина первой шарошки в данном случае, как и у долота со стальным вооружени­ем некоторых других типов, выполняется с лопатовидными элементами и называется лопаткой 28.

Ряд породоразрушающих элементов, расположенных примерно по од­ной окружности, называется венцом. Венец 22, находящийся на периферии (у основания) шарошки, называется периферийным или калибрующим, по­скольку он не только углубляет забой, но и калибрует стенку скважины. Средние 21 и привершинные 20 венцы принято называть основными. Ос­новными конусами шарошек условно именуют конические поверхности,

23

24

25

Рис.   3.2.   Секционное   трехша-рошечное долото типа XV

находящиеся не на тыльной, а на передней (основной) стороне шарошки, ближе к вершине; от них начинают построение шарошки. Различают также промежуточные дополнительные конусы, расположенные между основным и обратным конусом в двух- и трехконусных шарошках.

Часть конуса 16 шарошки, расположенная между двумя венцами, на­зывается межвенцовой расточкой 30. Если она выполняется в виде узкого, но значительного углубления между венцовыми поясками, над которыми выступают рабочие породоразрушающие элементы, то в этом случае ее иногда называют кольцевой канавкой.

Стальной выфрезированный породоразрушающий элемент шарошки принято называть зубом или реже зубцом, а твердосплавный вставной (из­готовленный из спекаемого обычно карбидовольфрамового порошка) — зубком или штырем 29 (см. рис. 3.2). Углубление между двумя соседними зубьями, расположенными на одном и том же венце, называют обычно вы­емкой 23. Значительную выемку, образованную на месте одного-двух срезанных зубьев или сбоку одного из них, принято называть выфрези-ровкой.

Нижняя часть 18 зуба — основание, а верхняя 19 — вершина. Ребра сопряжения поверхностей вершины зуба, а нередко и всю вершину полно­стью неправильно обобщают единым названием «режущая кромка».

Поверхность 26 зуба, обращенную к периферии — к периферийному венцу шарошки, принято называть обычно наружной стороной, а поверх­ность 27, обращенную к вершине, — внутренней стороной зуба. Поверх­ность 25, обращенная по направлению вращения шарошки, называется на­бегающей или передней гранью (реже передней стороной или передним

крылом зуба), а поверхность 24, направленная в противоположную сторо­ну, — тыльной или задней гранью (стороной). Рабочие поверхности сталь­ных зубьев шарошки и других быстроизнашивающихся элементов долота нередко защищаются наплавляемым антиабразивным покрытием.

На верхнем торце присоединительной головки 1 выбивают размер, за­водской номер и тип долота, товарный знак и номер партии долот.

Широкий проходной канал, ограниченный внутренними стенками го­ловки 1, принято называть внутренней полостью 14 долота, а заплечики

15   —   упорным  уступом   (торцом),   который  обычно   имеет  скошенную
фаску.

На рис. 3.2 видны также крышка 17 компенсатора и предохранитель­ный сбрасывающий обратный клапан 11 автономной герметизированной принудительной системы смазки элементов опоры шарошки.

Внутренние элементы долота показаны на рис. 3.3, а и б, а крышка или пробка 20 компенсатора 25 — на рис. 3.3, б. Опора шарошки долота обычно состоит из консольной цапфы 2, составляющей единое целое с ла­пой 15, и подшипников, позволяющих шарошке при вращении долота сво­бодно вращаться относительно цапфы и передавать осевые и радиальные нагрузки. Один из подшипников одновременно с отмеченными функциями выполняет также роль запирающего, фиксирующего устройства, удержи­вающего шарошку на цапфе от продольного смещения. Поэтому такой подшипник называют замковым. Как правило, он выполняется в виде ша­рикоподшипника 12. Его шары заводятся в соответствующее гнездо через цилиндрический проход 16, просверливаемый в цапфе и запираемый после их установки специальной деталью, называемой замковым пальцем 18. Эта деталь имеет форму штыря, а выполняет роль пробки, заходящей в проход

16 и не позволяющей шарам выкатываться из беговой дорожки 10.

В пальце 18 на одном его конце (переднем) вытачивается сферический вырез  17, точно  соответствующий  (при совместной обработке пальца с

/5

13

 

 

Рис. 3.3. Внутренние элементы шарошечного долота:

а — элементы опоры шарошки; б — секция долота с герметизированной опорой

цапфой) профилю внутренней беговой дорожки 10 замкового подшипника, а на другом — канавка 19 под сварочный шов, фиксирующий правильное положение пальца и препятствующий его смещению и выпадению.

По обеим сторонам замкового подшипника обычно монтируют боль­шой и малый подшипники. Большой подшипник у многих отечественных и зарубежных долот состоит из беговой дорожки 14, роликов 13 и направ­ляющих плоскостей 1. Он отделяется от замкового шарикового подшипни­ка буртиком 11.

Малый подшипник чаще всего выполняется в виде подшипника скольжения с втулкой 4, которая впрессовывается в гнездо 8, высверли­ваемое в шарошке. Втулку 4 часто называют фрикционной. Торцовая (кон­цевая) 3 и боковая поверхности цапфы на участке этого подшипника, как правило, наплавляются тонким антиабразивным покрытием.

В состав опоры, как правило, входит также подшипник 9 в виде план­шайбы с накаткой 6 по боковой поверхности и со шлифованным днищем 5. Подпятник впрессовывают в соответствующее ему гнездо 7, высверленное в днище шарошки. Его нередко называют концевым упорным подшипни­ком, однако под концевым подшипником также подразумевается малый подшипник с фрикционной втулкой 4 или весь комплекс элементов сколь­жения, включая втулку 4 и подпятник 9.

В случае, если опора долота герметизирована (см. рис. 3.3, б) в ее со­став чаще всего включают также сальниковое уплотнение 23, гибкую диа­фрагму 21 (являющуюся основной деталью компенсатора), заполняемый смазкой резервуар (или лубрикатор) 24, каналы для смазки 22 и крышку или пробку 20, перекрывающую полость резервуара 24.

В Российской Федерации для бурения нефтяных скважин выпускают­ся одно-, двух- и трехшарошечные долота.

Одношарошечные долота. Эти долота разработаны в СевКавНИПИ. Все они относятся к одному классу (с твердосплавным вооружением) и од­ному типу СЗ (по прежнему обозначению С1) — для средних, преимущест­венно карбонатных, хрупких пород, таких как доломиты, конгломераты, известняки и др.

По своим конструктивным особенностям они разделяются на модифи­кации (рис. 3.4, а —г). Одношарошечное долото состоит из корпуса с при­соединительной головкой, лапы и сферической шарошки. Промывочное устройство в виде сквозного периферического отверстия просверливается

Рис. 3.4. Модификация отечественных одношарошечных долот:

а — основная (серийная); б — с кольцевыми расточками на шарошке; в — с нижней промыв­кой; г — с коническими зубками; 1 — корпус долота; 2 — шарошка

в лапе недалеко от основания цапфы, направляющего струю раствора по касательной к поверхности шарошки.

Корпус выполнен с утолщенной консольной лапой, изготовляемой с цапфой, ось которой наклонена под углом 30° к оси долота.

Опора включает два шарикоподшипника, один из которых выполняет­ся замковым, и два подшипника скольжения. В новом долоте основные на­грузки несут шарикоподшипники.

Двухшарошечные долота. Эти долота разрабатывает СКВ «Геотехни­ки» вместе с Верхнесергинским долотным заводом. Их применяют главным образом при бурении геологоразведочных скважин.

Современные модели двухшарошечных долот можно распределить на два класса, четыре типа и несколько модификаций, отличающихся одна от другой по схеме и конструкции промывочного узла либо опоры шарошек.

Долота первого класса изготовляют двух типов — М и С.

Двухшарошечные долота типа М предназначены для бурения скважин сплошным забоем и в слабых, наиболее мягких и вязких несцементирован­ных породах, таких как суглинки, слабые глины и мергели. Эти долота из­готовляют трех типоразмеров: В112МГ, В132МГ и В151МГ.

Долото В112МГ выполняется двухсекционным (рис. 3.5, а).

Секции (см. рис. 3.2 и 3.3, б) сопрягаются плоскостями на фиксирую­щих штифтах и свариваются сварным швом. Угол наклона цапф к оси до­лота 57°30′. Опора каждой шарошки выполнена по схеме СШР, т.е. под­шипник скольжения — шарикоподшипник (замковый) — роликовый под­шипник. Шарошки — самоочищающиеся со смещением их осей относи­тельно осей долота на 3 мм.

 

Рис. 3.5. Двухшарошечные долота:

а — В112МГ; б — 2В93С; 1 — секция герметизированной опоры долота; 2, 6 — боковые и центральное промывочные отверстия; 3, 4, 5 — подшипники шариковый, роликовый и сколь­жения соответственно

Фрезерованные зубья шарошек — крупные, заостренные, защищен­ные твердосплавной наплавкой. Такое вооружение обеспечивает наиболее высокую эффективность в очень мягких и вязких породах. Промывка — боковая. Промывочные каналы иногда оснащают металлокерамическими соплами, направляющими струи жидкости в зазоры между шарошками.

Долото В132МГ состоит из двух сварных секций. Оси цапф и шарошек наклонены под утлом 57°30′ к оси долота. Опора шарошки выполнена по схеме ШШР. Один из шариковых подшипников (большой) — замковый. Шарошки — самоочищающиеся, оснащены крупными фрезерованными зубьями. Рабочие поверхности зубьев армированы зернистой твердосплав­ной наплавкой (релит ТЗ), а угол заострения зубьев изменяется в диапазо­не 48°36′ — 51°50′. Промывочное устройство — боковое, со струйными со­плами.

Примерно такой же конструкцией характеризуется долото В151МГ, но у него смещение осей шарошек относительно оси долота составляет 5 мм, а заострение зубьев 45 — 49°.

К типу С относятся долота 2В93С и 2В112СМ, предназначенные для бурения скважин в средних породах, таких как известняки, аргиллиты, алевролиты, уплотненные глины, мергели. Долото 2В93С (рис. 3.5, б) состо­ит из двух сварных секций, плоскость прилегания которых расположена симметрично относительно шарошек.

Оси цапф шарошек наклонены под углом 47°30′ к оси долота. Шарош­ки — самоочищающиеся. Опора шарошки состоит из двух подшипников скольжения и одного шарикового (замкового) подшипника. Вооружение шарошек представлено выфрезерованными стальными зубьями, армиро­ванными релитом. Высота и шаг зубьев — средние, несколько меньше, чем у долот типа М. Промывка забоя — центральная, через одно отверстие круглого сечения.

Долото 2В112С по опоре шарошки аналогично долоту В112МГ, а по вооружению и промывочному устройству — долоту 2В93С. Однако у доло­та 2В112С угол наклона цапф к оси долота составляет 50°.

Двухшарошечные долота второго класса, т.е. со вставным твердо­сплавным (штыревым) вооружением, выпускают типа К. Они предназначе­ны для бурения скважин в крепких и абразивных породах. Долота указан­ного типа выпускают диаметрами 59, 76, 93 и 112 мм
под шифрами 2Ш59К, В76К, 4В93К и Ш112К соответственно. Долота В76К, 4В93К и Ш112К отли­чаются от долота 2Ш59К в основном размерами своих элементов.

Трехшарошечные долота. Современные отечественные долота указан­ной разновидности можно разделить на шесть серий: 1АН (рис. 3.6, а); 2АН или ГНУ (рис. 3.6, б); 1АВ (рис. 3.6, в); опытную 2АВ; ЗАН (ГАУ); долота в конструктивном и качественном отношении, соответствующие отраслевой нормали ОН-26-02-128 —69 и отличающиеся от остальных целыми (без де­сятых долей миллиметра) числовыми значениями номинального диаметра в их шифре, например, В97С, В118Т, Д394МГ (см. рис. 3.1, б) и др.

Долота каждой из перечисленных серий могут быть любого класса (т.е. со стальным фрезерованным, штыревым или комбинированным вооруже­нием шарошек), любого типа и любой модификации. Различия проявляют­ся в технологии их изготовления, а также в конструкции опоры и их эле­ментов и частично в размерах долот.

Долота серии 1АН предназначаются преимущественно для низкообо­ротного (на что указывает литера Н в обозначении серии) способа бурения.

Рис. 3.6. Трехшарошечные долота

Их применяют при роторном бурении с винтовым или другим забойным двигателем, вращающим долото с относительно невысокой частотой вра­щения (до 350 об/мин). Долота данной серии характеризуются повышенной точностью изготовления (литера А в обозначении серии), удлиненной при­соединительной резьбой, а также открытой, не защищенной от шлама не-герметизированной опорой, выполненной по схеме РШС (точнее, большой роликоподшипник — замковый шарикоподшипник — узел скольжения, состоящий из радиального и торцового фрикционных подшипников, как показано на рис. 3.6, а). Первые долота серии 1АН были разработаны во ВНИИБТ.

Долота серии 2АН предназначены для низкооборотного (40 — 250 об/мин) способа бурения. Их опора, как и у долот серии 1АН, выпол­нена по схеме РШС. Отличие заключается в том, что эта опора изготовлена герметизированной и включает устройства для принудительной подачи смазки к трущимся элементам в процессе бурения. С этой целью в спинке лапы каждой секции долота высверливают карман 1 (см. рис. 3.6, б) служа­щий резервуаром-лубрикатором и перекрываемой крышкой 2 после запол­нения его смазкой и установки в него эластичного компенсатора 3. Под давлением бурового раствора, проникающего в компенсатор через боковое отверстие в крышке 2, смазка проталкивается к смазочному каналу 4 к подшипникам 6 — 8. Утечке смазки из полости шарошки препятствует саль­никовое уплотнение 5, которое перекрывает зазор между шарошкой и цапфой.

Главная особенность этих долот заключается в том, что их изготовляют с опорой, состоящей только из подшипников качения. Опора может быть выполнена по схеме ШШШ (см. рис. 3.6, а), по схеме РШР и ШШР (в ос­новном в долотах диаметром до 190 мм); опора негерметизированная.

Отечественной промышленностью выпускаются трехшарошечные до­лота трех классов, 13 типов, нескольких десятков модификаций, 26 разме­ров, более 150 (включая опытные долота) моделей.

D

022 + 0,4

Рис. 3.7. Сопла («насадки») для шарошечных долот марок НД (а) èÍÊÂ(á)

027,7 ±0,1

Наименьшее число типов, модификаций и моделей приходится на ма­лые (диаметром 76—151 мм) и большие (диаметром 346 — 490 мм, особенно 445 è 490 ìì) ðàçìåðû.

В наиболее широком ассортименте (по числу серий, классов, типов, модификаций и моделей) изготовляют долота диаметром 190 (190,5) мм и особенно 214 (215,9) мм. Это объясняется наибольшим объемом проходки для указанных диаметров ствола скважины и многообразием свойств по­род, встречающихся при бурении таких стволов.

Сопла выполняют двух модификаций: НД (рис. 3.7, а) или НКВ (рис. 3.7, б). Сопло НД выполняется укороченным с относительно крутым суже­нием внутреннего радиального профиля проходного канала, характери­зующимся радиусом кривизны R. Значения этого и других параметров, обозначенных на рис. 3.7, а буквами, зависят от номера (размера) сопла (òàáë. 3.1).

Большинство долот с опорой качения в настоящее время выпускается в соответствии с ГОСТ 20692 — 75 серии 1АВ (см. рис. 3.6, в).

В этом случае они обозначаются литерой В, стоящей в конце шифра, например, долота III 215,9 КПВ.

К первому классу относятся пять типов со стальным выфрезерован-ным вооружением: М, МС, С, СТ и Т. Наименование типа совпадает с пер­вой буквой в шифре после цифрового обозначения диаметра, характери­зующей основное свойство пород.

Долота типа М предназначены для бурения скважин в мягких и вязких породах, характеризуемых низким сопротивлением сжатию и раздавлива­нию (пески, рыхлые глины, суглинки, супеси, мерзлые глинистые грунты, лед è ò.ï.).

Долота типа МС используют для бурения скважины в среднемягких неплотных породах, занимающих по своим механическим свойствам про­межуточное положение между мягкими и средними породами, или для бу­рения скважин в мягких породах, чередующихся пропластками средних

Таблица  3.1

Переменные параметры (мм) сопла НКВ

 

Параметры на				Номер	сопла
ðèñ. 3.7, á	1	2	3	4	5	6	7	8
d1 R1 Л,	16 52,5 15,31	15 45,58 15,71	14 40,3 16,281	13 36,28 16,28	12 30,12 16,38	11 30,59 16,51	10 28,53 16,72	9 26,99 16,78

пород (не очень плотные глины, мел, каменные соли, гипс, слабые извест­няки и др.).

Долота типа С предназначены для разбуривания пород средней крепо­сти (аргиллиты, плотные глины, алевролиты, слабые мергели и др.).

Долота типа СТ применяют для бурения в породах, занимающих по свойствам промежуточное положение между средними и твердыми, а так­же для разбуривания средних пород, перемежающихся твердыми пропла-стками (плотные мергели, неплотные алевролиты с глинистым поровым це­ментом, песчаники, пористые, органогенные известняки, различные ангид­риты, вязкие сланцы и др.).

Долота типа Т предназначены для бурения скважин в твердых, плот­ных и трещиноватых породах (плотные алевролиты, глинистые сланцы, до­ломиты, конгломераты твердых и иных формаций, различные песчаники и äð.).

Ко второму классу относятся долота шести типов со вставным твердо­сплавным или штыревым вооружением: МЗ, СЗ, ТЗ, ТКЗ, К и ОК.

Литера 3 в обозначении типов МЗ, СЗ, ТЗ, ТКЗ, а также МСЗ сле­дующего класса указывает на то, что вооружение шарошек долот данных типов представлено твердосплавными зубьями с заостренной клиновидной головкой.

Долота типа МЗ спроектированы для бурения скважин в мягких абра­зивных породах (рыхлые и слабые песчаники, песчанистые глины), а также в различных по составу неплотных формациях, перемежающихся прослой­ками слабосцементированных песчаников и алевролитов.

Долота типа СЗ предназначены для бурения средних абразивных по­род (песчаники средней плотности, плотные песчанистые породы, алевро­литы абразивные и др.). Однако эти долота можно применять и при разбу-ривании обычных мягких, среднемягких, средних и перемежающихся пород.

Долота типа ТЗ предназначены для бурения среднетвердых и твердых абразивных пород (плотные песчаники, песчанистые доломиты, слабоквар-цованные известняки и алевролиты и др.). Эти долота можно применять и при разбуривании средних пород, перемежающихся более твердыми.

Долота типа ТКЗ спроектированы для бурения твердокрепких абра­зивных пород (плотные песчаники, доломиты, слабокварцованные извест­няки и доломиты, кремнистые сланцы и др.). Их можно применять и для разбуривания твердых пород, перемежающихся прослойками крепких.

Долота типа К предназначены для бурения скважин в крепких абра­зивных породах (граниты, диабазы, окварцованные доломиты, порфириты, пириты, очень крепкие песчаники и др.).

Долота типа ОК внешне мало отличаются от долот типа К. Они пред­назначены для бурения скважин в очень крепких и очень абразивных по­родах (кварциты, сливной кварц, джеспилиты, такониты, кремень, крепкие порфириты и др.). Эти долота применяют главным образом в горнорудной промышленности. Они оснащены самым мощным твердосплавным воору­жением, оказывающим дробяще-скалывающее воздействие на породы забоя.

Долота типа МСЗ разработаны для бурения мягкосредних абразивных пород (слабосцементированные песчаники, песчанистые мергели, полуаб­разивные песчано-глинистые моренные отложения, нетвердые карбонат­ные породы, перемежающиеся с прослойками песчаников и алевролитов и

т.п.). Эти долота могут разбуривать также неабразивные мягкие, средние и среднемягкие формации (супеси, суглинки, мел, глины, аргиллиты, извест­няки и др.).

Долота типа ТК предназначены для бурения твердокрепких пород (конгломераты, очень плотные глины, твердые известняки, доломиты, гли­нистые сланцы и т.п.). Этими долотами также можно разбуривать средние, твердые и трещиноватые породы.

Обратите внимание: