Шарошечный породоразрушающий инструмент

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 и т.п.).

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 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 др.).

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

Литера З 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 разбуривании обычных мягких, среднемягких, средних и перемежающихся пород.

Долота типа ТЗ предназначены  для бурения среднетвердых и твердых абразивных пород (плотные песчаники, песчанистые доломиты, слабокварцованные 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.

 

 

 

Материалы, применяемые для  изготовления шарошечных долот.

 

Долговечность шарошечных долот  определяет эффективность процесса углубления скважин, при этом их прочность  и износостойкость во многом определяются правильным выбором и качеством сталей и других конструкционных и упрочняющих металлов и сплавов, резин и смазок.

В связи с тем, что буровые  долота эксплуатируются в исключительно  тяжелых условиях, подбор сталей и других материалов должен быть строго дифференцирован для каждого отдельного элемента долота — от тел качения и подшипников скольжения до корпусов лап, шарошек и армирующих твердосплавных наплавок.

Опора лапы долота — цапфа, на которой вращается шарошка, подвергается воздействию значительных статических  и динамических нагрузок. Особенности условий работы цапфы характеризуются контактно-усталостным изнашиванием в случае негерметизированной опоры. Поэтому сталь, используемая для изготовления лапы долота, должна обеспечивать высокую прочность и вязкость в сочетании с высокой контактной выносливостью и хорошей износостойкостью. Кроме того, конструктивные особенности буровых долот обусловливают необходимость хорошей свариваемости материала лап.

Стали, применяемые  для изготовления деталей долот.

 

К материалу корпуса шарошки, особенно с твердосплавным вооружением, предъявляется не менее сложный  комплекс требований, поскольку он должен обеспечивать надежное удержание  твердосплавных зубков, закрепляемых в отверстиях шарошки способом холодной запрессовки.

Основные материалы (стали), предусмотренные ОСТ 26-02-1315-84 для  изготовления лап и шарошек долот приведены в табл. 1.

 

Таблица 1.Стали, применяемые  дли изготовления деталей долот

Наименование детали	Диаметр долота, мм	Марка стали
Долото с опорой скольжения
Шарошка	46,0-212,7	17 НЗМА-Ш
	215,9-295,3	16ХНЗМА-Ш
	311,1 и более	18ХНЗМА
Лапа	46,0-151,0	14ХНЗМА-Ш
	158,7-212,7	22ХГНМА-Ш
	215,9	22ХГНМА-Ш
		14ХНЗМА-Ш
	222,3-295,3	22ХГНМА
	311,1 и более	14ХНЗМА
		14Х2НЗМА
Долото с опорой качения
Шарошка	112,0-190,5	17НЗМА-Ш
	215,9-295,3	16ХНЗМА-Ш
		16ХНЗМФА
	311,1 и более	18ХНЗМА
Лапа	112,0-190,5	14ХНЗМА-Ш
	215,9-295,3	14ХЗМА-Ш
	311,1 и более	14ХНЗМА
		14Х2НЗМА

 

 

Твердые сплавы для  изготовления зубков долот.

 

Не менее важным материалом в производстве высококачественных шарошечных долот являются вольфрамокобальтовые твердые сплавы, применяемые для изготовления зубков и армирования зубьев фрезерованных шарошек, козырьков лап и других частей долота, подвергающихся в процессе работы абразивному износу.

В соответствии с ОСТ 26-02-1315-84 твердосплавные зубки должны изготавливаться из сплавов марок: ВК4-В, ВК8-ВК и ВК11-ВК.  сплавов ВК4-В и ВК8-ВК изготавливаются зубки формы Г-54 с плоской вершиной, используемые для армирования обратных конусов шарошек и козырьков лап. Из сплава ВК11-ВК изготавливаются зубки всех остальных форморазмеров: от Г26 со сферической головкой, применяемых в долотах для бурения очень крепких пород, до клиновидных типа М, применяемых в долотах для бурения мягких абразивных пород.

В отличие от сталей для  изготовления лап и шарошек и  твердых сплавов для изготовления зубков, материалы, применяемые в  большом подшипнике скольжения долот  с герметизированной опорой более  разнообразны. И если рабочую (нагруженную) поверхность цапфы большинство производителей долот наплавляет твердым сплавом типа стеллит (отечественные аналоги — ЗВ16К, ЗВ14К-Б) то ответная поверхность шарошки (или промежуточной втулки) отличается как конструкцией, так и материалом.

 

 

 

 

 

Определение коэффициента износа рабочей поверхности долота и  рационального времени работы долота на забое.

 

Задача: определить коэффициент  износа рабочей поверхности шарошечного долота.

Исходные данные: за первые 15 мин работы этим долотом скважина была углублена на 7 м и за следующее 15 мин на 6 м.

Решение: Коэффициент износа рабочей поверхности долота Θ_z характеризует темп падении мгновенной механической скорости в процессе работы долота на забое и представляет собой обратную величину логарифмического декремента убывания указанной скорости. Значение Θ_z зависит от абразивных свойств породы, изностойкости рабочей поверхности долота и параметров режима бурения. Значение Θ_z можно определить опытным путем, воспользовавшись формулой:

 

где: h₁ – проходка, выполняемая долотом в данном рейсе за время ;

h₂ – то же, за время  ;

Подставляя данные, получаем:

 

 

 

 

 

 

 

Графическая часть.

Рис. 10. Одношарошечное долото.

1 — лапа; 2 — шарошка; 3, 5 — шарики; 4 — палец;

6 — твердосплавный зубец.

Заключение.

 

При бурении нефтяных и  газовых скважин основным инструментом, при помощи которого происходит разрушение горной породы на забое и образуется собственно скважина, является долото.

Шарошечные долота представляют собой наиболее универсальный породоразрушающий буровой инструмент, поскольку область их применения охватывает практически все многообразие горных пород: от очень мягких до весьма твердых.

Для повышения ресурса  долот в их конструкции используются опоры скольжения и вооружение шарошек  твердосплавными зубками. Для наиболее тяжелых условий эксплуатации разработаны  долота с элементами герметизации опор.

По конструктивному исполнению корпуса шарошечные долота разделяются на:

• корпусные, применяемые для бурения скважин большого диаметра
• секционные (бескорпусные), состоящие из двух (трех) сваренных между собой секций со стандартной присоединительной резьбой.

Основные конструктивные особенности долот:

• конструкция шарошек
• схема опор
• система промывочных устройств
• наплавка зубьев твердым сплавом
• оснащение шарошек твердосплавными зубьями

Основные конструктивные параметры долот:

• расположение на оси шарошек по отношению к оси долота и вершин шарошек относительно оси долота
• величина угла наклона осей шарошек к оси долота; число конусов на шарошках
• расположение венцов зубьев
• геометрические параметры зубьев

Долота типа К характеризуются ударным действием вооружения на разрушаемый забой и предназначены для бурения твердых и весьма твердых пород.

Долота типа ТК и Т характеризуются ударно-скалывающим действием вооружения на разрушаемый забой. Эти долота предназначены для бурения  твердых пород и твердых с пропластками очень твердых.

Долота типа СТ и С характеризуются скалывающим действием вооружения на разрушаемые породы. Шарошечные долота этого типа предназначены для бурения пород средней твердости с пропластками твердых пород.

Долота типа М характеризуются  режуще-скалывающим действием вооружения на разрушаемые породы. Эти долота предназначены для бурения скважин в мягких породах с пропластками пород средней твердости.

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы.

 

1) Басарыгин Ю.М., Булатов А.И., Проселков Ю.М. «Технология бурения нефтяных и газовых скважин». 2001 г.

2) Вадецкий Ю.В.  «Бурение нефтяных и газовых скважин». 2003г.

3) Элишевский И.В. «Типовые задачи и расчеты в бурении». 1974г.

4) Булатов А.И., Проселков  Ю.М., Шаманов С.А. «Техника и  технология бурения нефтяных  и газовых скважин». 2003г.

5) Под ред. Кершенбаума В.Я., Торгашова А.В. «Буровой породоразрушающий инструмент», 2003г.