Бурильные головки, помимо разбуривания забоя скважины и калиб­ровки ее стенок, должны также формировать в центре забоя целиковый столбик породы — керн и предотвращать в процессе бурения любое по­вреждение керна как образца, служащего источником информации о свой­ствах буримой породы.

Как все шарошечные инструменты, бурильные головки эффективно разрушают горные породы широкого диапазона буримости, твердости и абразивности; в меньшей степени, чем лопастные, подвержены уменьше­нию диаметра и по сравнению с инструментом ИСМ и алмазным имеют невысокую стоимость.

На рис. 3.18, а показаны основные утлы и элементы шарошечной бу­рильной головки. Она состоит из шарошек 1, лап 2, присоединительной резьбовой головки 3, промывочного устройства 4 и узла опоры, включаю­щего подшипники 5—7.

Рис. 3.18. Шарошечные бурильные головки: а — 1ÂÊ295 ÑÒ; á — ÄÂÊ; в — 2ÂÊ214/60ÑÒ; г — 2ÂÊ214/60ÒÊÇ

Шарошки в бурильной головке могут быть коническими, одно-, двух-или трехконусными (рис. 3.18, а, б), в виде усеченного конуса (рис. 3.19, а),

 

Рис. 3.19. Шестишарошечные бурильные головки:

а — румынская; б — 21ВК190/80СТ; в — 10НК190/80СТЗ; г — 20НК190/80К

цилиндрическими (рис. 3.20), сферическими (рис. 3.21, а) и чечевицеобраз-ными (рис. 3.21, б). Бурильная головка может быть выполнена с одним ра­бочим органом — шарошкой (см. рис. 3.21, а), с тремя (см. рис. 3.21, б), че­тырьмя (см. рис. 3.18, а-г), шестью (рис. 3.19, а-г), восемью (см. рис. 3.20) шарошками и более.

Число и конструкция подшипников в опоре каждой шарошки могут быть различными в зависимости от формы и размеров шарошки и буриль­ной головки. Конические шарошки обычно монтируют на двух-трех под­шипниках качения. Один-два подшипника в опоре шарошки иногда бывают фрикционными. В качестве замкового подшипника функционирует, как и в опорах шарошечных долот, почти исключительно шарикоподшипник. Ша­рошки могут быть установлены не только на цапфах лап (см. рис. 3.18, а, б), но и на осях.

В конструкциях, изображенных на рис. 3.18, а —г, 3.21, а я б, одна и та же  шарошка,  кроме  разрушения  кольцевого  забоя,  формирует  керн  и

Б—Б

А-Л

Рис. 3.20. Бурильная головка 17НК187.3/80СЗ

 

Рис. 3.21. Бурильные головки:

а    —    одношарошечная    6ВК190/80СЗ; б — трехшарошечная

стенку скважины. В конструкциях, показанных на рис. 3.19, а —г, одни ша­рошки (см. рис. 3.19, а) расположены ближе к оси долота, обуривают керн и разрушают прилегающую к нему центральную часть забоя, а другие (см. рис. 3.19, б—г) обращены к периферии, разбуривают наружную зону забоя и калибруют ствол скважины. Поэтому первые называют внутрен­ними и кернообразующими шарошками, а вторые — наружными и сква-жинообразующими.

Вооружение шарошек может быть стальным (фрезерованным) с наплавкой твердым сплавом, вставным (штыревым) или комбинированным.

Лапы 2 (см. рис. 3.18, а) с шарошками 1 часто образуют отдельные секции бурильной головки, собираемые на штифтах и свариваемые вместе с образованием при этом присоединительной головки 3. Но бывают бу­рильные головки с литым цилиндрическим корпусом (см. рис. 3.19, а —г).

Промысловое устройство (промывочный узел) состоит обычно из не­скольких каналов, просверленных в лапах или в корпусе бурильной голов­ки, но может включать втулку или патрубки, соединяющиеся с внутренней полостью присоединительной головки (см. рис. 3.18, б). Выходные промы­вочные отверстия обычно располагают между шарошками на некотором расстоянии от керна во избежание его размыва. Важные параметры конст­рукции бурильной головки — высота керноприема и его коэффициент. Высотой керноприема принято называть расстояние от зоны образования керна до кернорвателя, а коэффициентом керноприема — отношение к этому расстоянию диаметра керна.

Одношарошечные бурильные головки (см. рис. 3.21, а) разработаны в СевКавНИПИнефти только второго класса и одного типа — для отбора керна в карбонатных среднетвердых породах. Шарошка бурильной головки выполнена сферической с широкими продольными промывочными пазами и круглым отверстием, обращенным к керноприемнику, выполненному в пустотелой цапфе. Наружная и торцовая поверхности шарошки оснащены вставными твердосплавными штырями формы Г23 с плосковыпуклой рабо­чей головкой.

Штыри (зубки), расположенные на наружной поверхности шарошек, обеспечивают разрушение породы в кольцевой зоне между керном и стен­кой скважины и калибруют ствол скважины, а зубки, запрессованные на

торце шарошки (а также на торце цапфы в новых конструкциях), форми­руют столбик керна.

Высота керноприемника уменьшена до минимума, и коэффициент керноприемника очень высок. Разность между диаметрами скважины и керна невелика. Шарошка смонтирована на мощной опоре по схеме СШС. Промывочное устройство состоит из ряда наклонных каналов у бурильных головок большого размера и из широкого щелевого отверстия в бурильной головке малого размера. Все отверстия обращены в одну сторону забоя, к его периферии. Трехшарошечные бурильные головки (см. рис. 3.21, б) раз­работаны во ВНИИБТ. В настоящее время они выпускаются серии 6ВК только второго (с твердосплавным вооружением) класса и одного типа СЗ.

Бурильные головки СЗ предназначены для бурения скважин кольце­вым забоем в средних и среднетвердых породах малой и средней абразив-ности (известняки и др.).

Описанные бурильные головки изготовляют следующих моделей: 6ÂÊ190/80Ñ3, 6ÂÊ214/80Ñ3, 6ÍÊ187,3/80Ñ3.

Четырехшарошечные бурильные головки выпускаются двух классов — первого с комбинированным вооружением и второго со штыревым воору­жением. Бурильные головки с комбинированным вооружением шарошек изготовляют типа СТ для бурения мягких и средних пород, перемежаю­щихся твердыми. Выпускают две серии этих бурильных головок: 1 (1ВК) и 2 (2ÂÊ).

Бурильные головки серии 1ВК производят трех размеров моделей 1ÂÊ190ÑÒ, 1ÂÊ269ÑÒ è 1ÂÊ285ÑÒ (ñì. ðèñ. 3.18, à).

Они выполняются секционными и могут применяться как в турбин­ном, так и в роторном бурении соответственно со съемными керноприем-никами и без них.

Опора шарошки у всех бурильных головок 1ВК выполнена по схеме ролик — шарик (замковый) — шарик. Шарошки — самоочищающиеся, ос­нащены по всем венцам относительно невысокими фрезерованными зубь­ями, наплавленными релитом. Вершины шарошек, участвующие в образо­вании керна, армированы твердосплавными вставками. Промывка забоя осуществляется через патрубки 4. Диаметр керна у бурильных головок 1ВК190СТ составляет 33 мм, а у бурильных головок 1ВК269СТ и 1ВК295ВК -47 ìì.

Бурильные головки того же типа СТ, но более совершенной серии 2ВК выпускаются моделей 2ВК190/40СТ, 2ВК214/60СТ (см. рис. 3.18, в) и 2ВК269.9/60СТ, приспособленных для бурения со съемной грунтоноской при турбинном бурении и без нее при роторном способе бурения. Корпус этих бурильных головок также сварной секционный.

Бурильные головки второго класса (лишь с твердосплавным вооруже­нием) выпускаются типа ТКЗ — для колонкового бурения в твердокрепких абразивных породах (плотные песчаники, доломиты, конгломераты, очень плотные глины и др.). Эти бурильные головки изготовляют серии 2ВК двух моделей: 2ВК190/40ТКЗ и 2ВК214/60ТКЗ (см. рис. 3.18, г). Твердосплавные зубки с клиновидной и полусферической рабочими головками чередуются по каждому венцу любой из шарошек. Опора шарошки и другие конструк­тивные особенности такие же, как и бурильных головок типа СТ той же серии 2ВК.

Пятишарошечные бурильные головки изготовляются серии 24НК, ко­торая разработана также ВНИИБТ. Они относятся ко второму классу, к

типу ТКЗ. Выпускаются крупными опытно-промышленными партиями двух ìîäåëåé: 24ÍÊ139,7/52ÒÊÇ è 24ÍÊ158,7/67ÒÊÇ.

Шестишарошечные бурильные головки выпускают со стальным и твердосплавным вооружением. Бурильные головки данной разновидности со стальным (фрезерованным) вооружением (т.е. первого класса) изготов­ляют одного типа СТ — для среднетвердых пород. В массовом производст­ве пока находятся бурильные головки только двух моделей: 21ВК190/80СТ (ñì. ðèñ. 3.19, á) è 21ÂÊ214/80ÑÒ.

Восьмишарошечные бурильные головки выпускают одного типа — МСЗ. Они предназначены для низкооборотного бурения с отбором керна в среднемягких породах (известняк, доломиты, ангидриты, мергели, пере­слаивающиеся с аргиллитами, алевролитами и битуминозными песчаника­ми). Эти бурильные головки изготовляют серии 17 (см. рис. 3.20). Буриль­ная головка этой серии состоит из корпуса 10, приваренной к нему муфты 9 (или ниппеля) и шарошек 4 и 7, смонтированных в пазах корпуса 10 по­парно на четырех осях 2. Три оси выполнены с запорным хвостовиком 1, удерживающим другую (перпендикулярную к хвостовику) ось от выпаде­ния, а четвертая, собираемая последней, запирается винтом 8. Наружная поверхность шарошки состоит из цилиндрической и конической частей. Цилиндрическая часть оснащена твердосплавными зубками 6 с клиновид­ной головкой, ориентированной своим лезвием под утлом 45° к образую­щей цилиндра таким образом, что зубки на наружной 4 и внутренней 7 шарошках направлены в разные стороны. Коническая часть шарошки воо­ружена подрезными зубками 5, служащими для калибровки керна (шарош­ки 7) и скважины (шарошка 4) и перекрывающими забой между основны­ми зубками 6. Шарошка 4 упирается своим торцом в шайбу 3, прилегаю­щую к корпусу бурильной головки. Описанная конструкция предусматри­вает возможность сборки и разборки бурильной головки в полевых усло­виях с целью замены изношенных деталей (осей, винтов, шайб) и шарошек в соответствии с разработанной инструкцией.

В процессе бурения данная бурильная головка оказывает на буримые породы преимущественно режущее действие. Она изготовлена двух моде­лей: 17НК187.3/80МСЗ (см. рис. 3.20) и 17ВК212.7/80МСЗ.

Обратите внимание: