Долота дробяще-скалывающего и дробящего действия

Лекция 6 Долота дробяще-скалывающего и дробящего действия 1 Общие сведения Это главным образом двух, трех и четырех шарошечные долота. Двух и трехшарошечные долота применяются повсеместно и их конструкции ниже мы рассмотрим подробно. Четырехшарошечные долота производили такие известные фирмы, как «Рид», «Глоб», «Смит», «Айдеко». На рисунке 3.56 показано четырехшарошечное крестообразное долото LT-3 фирмы «Рид». Долото состоит из корпуса, двух больших и двух малых одноконусных шарошек. Опоры шарошек открытые из подшипников качения. Система промывка долот диаметром 469,9 и более обычная, а долот меньшего размера гидромониторная с твердосплавными насадками. Рисунок 3.56 – Четырехшарошечное крестообразное долото LT-3 фирмы «Рид» По-видимому производство четырехшарошечных долот производится только по заказу. В последних каталогах вышеуказанных фирм реклама этих долот отсутствует. Судя по зарубежным источникам главным недостатком четырехшарошечных долот является недостаточная по сравнению с трехшарошечными прочность устройства, то есть возможность подведения к нему значительных осевых нагрузок. Появление шарошечных долот связано с заменой устаревшего ударного способа бурения, эффективного только в твердых хрупких породах. В мягких вязких и средней твердости породах с ярко выраженной пластичностью эффективность ударного способа существенно падала. Изобретение вращательного способа бурения скважин для разведки и для взрывных скважин в горнорудной промышленности алмазными коронками привело к созданию вращательного роторного бурения нефтяных скважин. Точной даты разработки вращательного бурения и соответствующих долот не известно. Принято считать, что первая нефтяная скважина пробурена роторным способом в 1901 году. Однако применяемые в начале 20 века лопастные долота типа пикообразных, перовых, а затем и долота РХ, имели существенный недостаток. В твердых породах скорости бурения резко падали, а в абразивных породах быстро падала износостойкость. Появилась необходимость создания долот, разрушающие элементы которых не имеют непрерывного контакта с породой, то есть имеют больший запас вооружения. Такое долото разработано в 1909 г. Говардом Хьюзом, названное автором шарошечным. Название шарошечное впервые было дано долоту, запатентованнованному в 1886 г. американцем Сванеем и которое длительное время использовалось для бурения крепких пород. Долото Хьюза было двухшарошечным с коническими шарошками и по конструкции оно наиболее близко к современным шарошечным долотам. Шарошки долота были одноконусными со сплошными зубьями на образующей конуса (рисунок 3.57). Рисунок 3.57 - Шарошки долота одноконусные со сплошными зубьями на образующей конуса При перекатыванию шарошек по забою контакт с породой имели от двух до четырех зубьев из 60. Таким образом, к забою подводилась значительная удельная нагрузка. Остальные 58-56 зубьев не имели контакта. Запас вооружения существенно увеличился. Как следует из этого описания шарошки долота Хьюза были одноконусными и их оси пересекались в центре долота, поэтому зубья шарошек разрушали горную породу дроблением, не оказывая скалывающего действия. Таким образом, первое двухшарошечное одноконусное долото оказалось эффективным в хрупких породах, редко встречающихся в геологических разрезах нефтяных и газовых месторождений и малоэффективным в мягких и средней твердости пластичных породах, в которых обычно формируются нефтяные и газовые залежи. Сформировался ряд направлений для создания, а затем и улучшения скалывающей способности шарошечного долота. Отметим из них те направления, которые оказались эффективными и используются в конструкции современных долот: - ось шарошки смещена по направлению вращения долота. Это так называемое правое (положительное) смещение; - многоконусность шарошки увеличивает скалывающий эффект при перекатыванию шарошки по забою; - вылет вершины шарошки за ось долота усиливает скалывающую способность долота. В 1910 году Говард Хьюз основал научно-исследовательскую лабораторию, в которой сделаны наиболее значительные усовершенствования, прежде всего шарошечных долот: Важным этапом этой работы следует считать долота изобретение в 1933 году трехшарошечного, на базе которого во второй половине 20 века появился буровой инструмент, обеспечивающий гигантский рост объемов бурения нефтяных и газовых скважин и объемов добычи углеводородов. 2 Устройство трехшарошечного долота Причины широкого применения трехшарошечных долот объясняются следующими преимуществами их по сравнению с одно- и двухшарошечными [3]: - хорошая устойчивость на забое при плавном вращении; - нормальное самоцентрирование и сравнительно небольшое естественное отклонение ствола скважины; - удовлетворительная калибровка стенок ствола при вертикальном, наклонно направленном и горизонтальном бурении; - удовлетворительная вписываемость долота в круглое сечение ствола скважины. Устройство трехшарошечного долота серии В показано на рисунке 3.58. На цапфах лапы на трех подшипниках качения вращаются три шарошки с фрезерованными зубьями. Присоединительная резьба 1 нарезается после сварки секций. В центре лапы видно отверстия для пальца 2, закрывающего комплект шарикоподшипников, собираемых на месте после установки шарошки на цапфу. Боковая гидромониторная насадка показана цифрой 3. Конец лапы называется козырьком (4). В настоящее время трехшарошечные долота изготавливаются в секционном исполнении. На рисунке 3.59а,б приведено и общий вид секции в сборе с подшипниками долота серии В. Лапа 2 в нижней части ограничивается козырьком 3, цифрой 4 обозначена беговая дорожка большого роликопдшип Рисунок 3.58 - Устройство трехшарошечного долота серии В а б Рисунок 3.59 а,б - Общий вид секции в сборе с подшипниками долота серии В ника, а 5 и 6 – бурты шарикоподшипника замкового. Бурт 7 оформляет беговую дорожку малого роликоподшипника. На рисунке 3.59а показано также отверстие 1 под монтажный штырь, служащий для фиксации секций друг с другом при их сварке. В зависимости от назначения создано 13 типоразмеров трехшарошечных долот, которые отличаются друг от друга устройством, размещением шарошек и породоразрушающих зубьев на них. В таблице 3.2 приведена классификация шарошечных долот, включающая типы долот и пород по твердости и абразивности, для разбуривания которых они предназначены. Таблица 3.2 – Классификация шарошечных долот по назначению Мало абраз ивная г.п. Катег ория тверд. Г.п. Тип долот а Абраз Катег ивны ория е г.п. тверд. г.п. Тип долот а 1-3 3,4 4,5 5,6 6,7 7,8 М МС С СТ Т ТК 1-3 3-5 4-6 - 6-8 7-9 810 1012 МХ МСЗ СЗ - ТЗ ТКЗ К ОК Как известно, первое шарошечное долото было одноконусным, к тому же ось шарошки пересекалась в центре забоя с осью долота (рисунок 3.60). С забоями скважины взаимодействует основной конус, а со стенкой скважины Рисунок 3.60 - Первое одноконусное шарошечное долото – обратный конус, который является вспомогательным и в число конусов, определяющих профиль забоя, не входит. На рисунке 3.61 показана трехконусная шарошка, на которой цифрой 1 обозначен основной конус, цифрой 3 первый дополнительный, цифрой 4 второй дополнительный. Показан также обратный конус 2 и лапа 5. Трехшарошечные долота имеют одно-, двух-, трех- и четырехконусные шарошки. Вершины основных конусов долот со смещенными осями вынесены за ось долота на величину f (рисунок 3.61). Самый большой вылет у долот типа М и МЗ, а у долот типа ОК наименьший. Рисунок 3.61 - Трехконусная шарошка Правое смещение осей шарошек обеспечивает наибольший скалывающий (сдвигающий) эффект. На рисунке 3.62 показано смещение осей шарошек на величину «к». Идея смещения осей шарошек реализована в долотах для разбуривания мягких и средней твердости пород (М, МЗ, МС, МСЗ, С и СЗ). Размер смещения (к) зависит от типа долота и его диаметра. Для мягких пород к равен 7,9-10 мм, а для пород средней твердости к = 4,0-5 мм. Рисунок 3.62 – Смещение осей шарошек на величину «к» Концентрические ряды зубьев на шарошках называют венцами, которые имеют буквенные индексы. Венец на вершине шарошки обозначается буквой А, второй от вершины – буквой Б и т.д. Венец, размещенный у основания шарошки, называют периферийным. Все шарошки долот в зависимости от числа зубьев на венце А имеют номера, обозначенные римскими цифрами. Шарошка I имеет наименьшее число зубьев или штырей. Она же является самой длинной и всегда обрабатывает центр забоя. Шарошка III имеет наибольшее число зубьев на венце А. Она самая короткая. К числу наиболее важных конструктивных решений усовершенствование трехшарошечных является эффект самоочищения шарошек в долотах, предназначенных для бурения в мягких вязких породах, склонных к образованию сальников. У долот с самоочищающимися шарошками венцы одних шарошек входят в межвенцовые протоки других шарошек. На рисунке 3.64 показана развертка шарошек фрезерованного долота в плане, на котором четко наблюдается схема самоочищения. Фрагмент долота с твердосплавными вооружением (рисунок 3.63) также позволяет увидеть, как зубья венца Б шарошки I входят в промежуток между венцами А и Б шарошки III. Данные конструктивные решения способствует возможности увеличению диаметра шарошек, что позволяет увеличить дробящую способность долот. Рисунок 3.63 - Фрагмент долота с твердосплавными вооружением Рисунок 3.64 – Развертка шарошек фрезерованного долота в плане Необходимо отметить то, что при смещении оси шарошки в противоположную от центра долота сторону (отрицательное смещение) в пространстве между стенкой скважины и лапами происходит накопление шлама, что отрицательно сказывается на износостойкости долота. Известно также то, что в ряде опытов при экспериментальном разбуривании блоков горных пород отмечены случаи заклинки долота в выбуренных участках ствола [3]. Схема с пересечением вершиной одноконусной шарошки оси долота реализована в долотах, предназначенных для разбуривания твердых и крепких пород (СТ, Т, ТЗ, ТК, ТКЗ, К, ОК). В этой группе долот смещение осей шарошек существенно уменьшается. Для долот типа СТ в зависимости от диаметра к = 2 - 5 мм, а для долот типа Т к колеблется от 0,5 до 1,5 мм. Следует отметить, что долота типов ПВ, ПГВ, ПГН для бурения с продувкой забоя воздухом в породах К, ТЗ, ТКЗ имеют смещение всего 0,5 мм. 3 Вооружение трехшарошечных долот Трехшарошечные долота разрушают горные породу вооружением, которое подразделяется на три класса: - стальное зубчатое вооружение в виде притупленных клиньев, изготовленных вместе с шарошкой методом фрезерования или литейным способом. Применяются для разбуривания малоабразивных пород; Это долота типов М, МС, С, СТ и Т. - твердосплавные вставные зубки (штыри), предназначенные для бурения абразивных пород. Этот класс включает долота типов МЗ, СЗ, ТЗ, ТКЗ, К, ОК; комбинированное зубчато-штыревое вооружение, которое изготавливается с фрезерованными зубьями с дополнительным армированием периферийных венцов шарошки твердосплавными зубками. Это долота типов МСЗ и ТК. Важным техническим параметром вооружения шарошечного долота следует считать коэффициент перекрытия забоя. Физический смысл коэффициента перекрытия состоит в определении степени поражения породы зубьями долота, одновременно воздействующими на горную породу. Определяется какая часть вооружения одновременно участвует в разрушении породы. На рисунке 3.65 изображены проекции длин зубьев первой (1), второй (2) и третьей (3) шарошек долота III 215,9 СГН-R 163 на забой и суммарная проекция всех зубьев шарошек. Коэффициент перекрытия по радиусу забоя к, рассчитывается по формуле кз  где R – радиус долота; m – суммарное число венцов; l – длина зубьев. 1 m l , R i 1 (3.1) Рисунок 3.65 – Проекции длин зубьев первой (1), второй (2) и третьей (3) шарошек долота III 215,9 СГН-R 163 на забой На рисунке 3.66 приведен пример с проекцией длин зубьев первой шарошки с венцами А, Б. В, Г на забой. Видно, что отдельные участки забоя остаются не перекрытыми вооружением шарошки. Они называются воротниками, имеют ширину 1,5-2,5 мм. Разрушение воротников происходит за счет сколов от некоторых поперечных колебаний и биений долота. Рисунок 3.66 – Пример с проекцией длин зубьев первой шарошки с венцами А, Б. В, Г на забой Величина коэффициента перекрытия забоя кз колеблется от 0,7 до 1,2 для долот с многоконусными шарошками со смещенными осями. Долота с одноконусными шарошками с малым смещением осей имеют коэффициент перекрытия забоя равный кз = 1,5 – 1,9. 4 Шарошечные долота с фрезерованным вооружением Основу фрезерованного вооружения составляют венцы из притупленных клиньев (рисунок 3.67а, б). Конструктивные параметры фрезерованных зубьев включают следующие: - длина зуба l; - начальное притупление в; - начальная высота зубьев h; - угол при вершине клина 2  ; - шаг зубьев в венце s. а б Рисунок 3.67 а,б – Венцы из притупленных клиньев Длина зуба l зависит от количества венцов на шарошке. Наибольшая длина у периферийных венцов. Минимальная длина l у долот типа Т равна 5 мм, а максимальная – 18 мм. На периферийных венцах I шарошек длина зубьев находится в пределах 10-48 мм. Начальное притупление зуба в зависит от диаметра и типа долота. Для долот диаметром от 93 до 490 мм в0 = 1- 2,8 мм. Следует отметить то, что площадь начальной рабочей поверхности зуба в·l положена в основу расчета осевой нагрузки на долото. Начальная высота зуба h различается по месту размещения венца на шарошке. Она увеличивается от венца А к периферийному венцу. Начальная высота зависит также от типа долота и его диаметра. Минимальная высота (долота типа Т) равна 5 мм, максимальная (долото типа М) – 25 мм. Кратчайшее расстояние между вершинами зубьями в венце называют шагом зубьев s. Он зависит от типа долота и места размещения венца на шарошке. В целом s = 10-80 мм, причем для долот типа М шаг зубьев максимальный. Угол при вершине зуба 2  (угол заострения) находится в диапазоне 36 -560, причем чем больше твердость горных пород, тем угол заострения больше. Важное значение для эффективности работы вооружения шарошки имеет величина угла наклона цапфы к оси долота  (рисунок 3.60). По данным Мокшина А.С. и др. [14] увеличение угла наклона  позволяет увеличить диаметр шарошки, а следовательно и ее поверхность с дополнительным вооружением. Существенное увеличение угла наклона ведет к формированию большого конуса породы на забое, в результате чего периферийные венцы шарошек отводятся от стенки скважины, прекращая ее калибрование. При уменьшении угла наклона цапфы  уменьшается диаметр шарошки, увеличивается их высота с одновременным измерением места подшипников опоры на цапфе по направлению к лапе. Важнейшие конструктивные параметры трехшарошечных фрезерованных долот приведены в таблице 3.3. Таблица 3.3 – Изменение типоопределяющих конструктивных параметров в зависимости от типа и диаметра долота Тип Диам Угол долот етр наклона а долот цапфы к оси а, мм долота при опоре, градус А,Н, В,ВУ НУ,А У,АУ Л,АУ Р 1 2 3 4 М 76,054 55 120,6 132,0 54 55 Продолжение таблицы 3.3 1 2 3 -151-0 158,754 200,0 Сме щени е осей шаро шек, мм Высота Шаг зубьев Длин зубьев по по венцам, а венцам, мм мм зуба (шир ина венца пери основ пери основ ), мм фери ным фери ным йным йным 5 3 6 - 7 - 8 - 9 - 10 - 4-5 - - - - - 4 5 6 7 8 9 10 55 7 14-24 9-16 21-42 20-35 10-12 МС С 212,7250,8 269,9319,2 374,6490,0 76,0120,6 132,0151,0 158,7200,0 212,7250,8 269,9349,2 374,6490,0 76,0120,6 132,0151,0 158,7200,0 54 57 8 16-25 11-18 40-60 32-45 11-14 54 57 10 18-26 14-22 55-70 40-50 12-18 54 57 10 23-28 16-25 65-80 45-60 16-19 54 55 3 - - - - - 54 55 4 - - - - - 54 55 5 13-23 8-14 26-36 23-30 8-11 57 54,57 5-6 18-24 10-17 35-45 28-35 9-12 57 54,57 7 20-25 13-20 43-50 34-45 10-13 57 54,57 7 - - - - - 54 55 2 7-13 4-11 12-17 9-13 4-6 54 55 3 9-17 5-12 15-20 12-16 5-7 54 55 3 12-22 7-13 18-26 15-21 6-8 54,57 4-5 13-21 9-15 20-30 19-25 7-9 54,57 5 19-22 10-17 25-36 22-30 10-11 54,57 5 20-30 14-22 30-40 27-33 11-13 55 2 - - - - - 55 3 - - - - - 55 3 10-19 6-12 17-25 15-20 5-8 54,57 4-5 11-19 9-13 20-27 18-28 6-9 54,57 5 15-23 9,5-16 23-30 21-28 8-10 54,57 5 - - - - 10-13 212,7- 54,57 250,8 269,9- 54,57 349,2 374,6- 54,57 490,0 СТ 76,054 120,6 132,054 151,0 158,754 200,0 212,7- 54,57 250,8 269,9- 54,57 349,2 374,6- 54,57 490,0 Продолжение таблицы 3.3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Т 76,0120,6 132,0151,0 54 55 0,5 6-11 3,5-9 10-13 7-10 4-5 54 55 0,5 8-15 4-10 12-16 9-13 4-6 158,7200,0 212,7250,8 269,9349,2 374,6490,0 54 55 1,0 9-16 5-11 17-21 12-16 5-7 54,57 54,57 1,0 10-18 8-12 19022 15-20 8-9 54,57 54,57 1,5 12-23 9-15 20-25 18-23 9-11 54,57 54,57 1,5 21-25 11-18 24-30 22-25 11-14 Для сохранения стойкости зубьев последние наплавляются зерновым твердым сплавом. В ОАО «Волгабурмаш», передовом предприятии России в области производства шарошечных долот, наплавка осуществляется по трем схемам. По первой схеме направляется только набегающая грань зубьев, во второй полностью защищается твердым сплавом набегающая грань и треть сбегающей грани. В третьей схеме усиления зуба твердым сплавом производится по всем четырем граням и на площадке притупления в·l. В качестве наплавочного твердого сплава применяется зерновой карбидвольфрамовый сплав, также наплавочный материал фирмы «Кеннаметалл» (США). Сообщается, что по желанию заказчиков долот толщина наплавки может быть увеличена с 0,6-3 мм до 3,5 мм. При создании долот важная роль отводится эффективности работы периферийных венцов. Как известно при работе трехшарошечного долота с одинаковыми по конструкции венцами зубья поражают одним и те же участки забоя. На нем образуется так называемая рейка. На рисунке 3.68а изображена рейка в плане, а на рисунке 3.68б дана развертка ее с учетом забойных ухабов. Для разрушения забойной рейки применяют ряд технических усовершенствований вооружения периферийных венцов: - изготовление зубьев Г – образной, Т – образной, П – образной формы (рисунок 3.69 а,б,г); - размещение зубьев одной из шарошек поперек образующей шарошки (рисунок 3.69 в); Рисунок 3.68 - Рейка в плане и развертка ее с учетом забойных ухабов. Рисунок 3.69 - Ряд технических усовершенствований вооружения периферийных венцов - координированное размещение зубьев. В качестве примера покажем схему размещения второго венца шарошки долота МС [8, 11]. В ней два зуба второго венца имеют угловой шаг, равный 24,2 0, далее следует у одного венца угловой шаг 34,60 и снова группа из двух зубьев размещена с угловым шагом 24,20 . Причем смещения зубьев второго венца в свету относительно периферийного венца равно 4,8-8,20. Сдвоенный периферийный венец на одной из шарошек. Самый простой вариант. Такого венца это угловое смещение второй части венца, причем форма зубьев обоих частей обычная призматическая. Зарубежные производители долот проблема совершенствования периферийного вооружения уделяют больше внимания по сравнению с российскими подразделениями. 5 Шарошечные долота с твердосплавным вооружением Предназначены для разбуривания абразивных пород. Зубки из вольфрамокобальтового твердого сплава прессуются в просверленные гнезда на шарошках. Первая конструкция трехшарошечного твердосплавного долота появилась в 1951 году благодаря усилиям научно-исследовательской лаборатории фирмы «Хьюз Тул» (рисунок 3.70а). Существенный рост показателей эффективности отработки твердосплавных долот позволил конструкторам сделать новый шаг вперед в деле совершенствования трехшарошечных долот. Малый износ твердосплавных зубков за рейс быстро выявил недостатки центральной промывки долота, а затем и непригодность открытой опоры для создания долот с большим моторесурсом. Были разработаны гидромониторная (струйная) система промывки (1953 г.) и создана эффективная маслонаполненная герметизированная опора (1959 г.). Рисунок 3.70а - Первая конструкция трехшарошечного твердосплавного долота Рисунок 3.70б – Общий вид современного трехшарошечного твердосплавного долота На рисунке 3.70б представлен общий вид современного трехшарошечного твердосплавного долота с боковой гидромониторной промывкой и маслонаполненной герметизированной опорой, изготовленного ОАО «Волгабурмаш». Шифр долота 215,9 ТЗ-ГНУ-R05 по ГОСТ 20692-2003 и 215,9 NИ-62Х по стандарту Международной ассоциации буровых подрядчиков (IADC). В настоящее время ведущие российские производители трехшарошечных долот выпускают более 2/3 объема продукции с твердосплавным вооружением. Выработалась четкая тенденция уменьшения производства фрезерованных долот при увеличении выпуска твердосплавных. Форма зубков имеет определяющее значение в выборе вооружения для пород разной твердости. Они могут быть конусно-клиновидными, клиновидными, конусно-сферическими и сферическими. Конусноклиновидные (притупленный клин) выпускаются трех форм М, С и Т соответственно для долот типов МЗ, МСЗ, СЗ и ТЗ (рисунок 3.72 а,б,д,е). На рисунке 3.71 а изображена основная форма зубка М. Головка зуба имеет вид усеченного конуса с углами приострения при вершине клина 600 и углом заострения «лопатки» 400. На рисунке 3.71 б приведена форма зуба типа М2. Отличается от основной формы М только меньшим углом Рисунок 3.71 – Форма зубков заострения «лопатки» (38030’). Долота типа МЗ с зубками М2 прошли промысловые испытания на промыслах Приобья, но результаты были хуже по сравнению с долотами, оснащенными зубками М. Конусно-клиновидные зубки С и Т (рисунок 3.71 д, е) имеют схожесть с вышеописанным, но угол заострения «лопатки» больше (680 и 800). Клиновидные зубки представлены формой Г25 (рисунок 3.71 в) предназначены для вооружения долот типов СЗ (в том числе и бурголовки СЗ) и ТКЗ при использовании турбобуров [11]. Сферическая форма зубков Г26 применяется в долотах типов ТКЗ (совместно с зубками Т) и ОК (рисунок 3.71 е). Конусно-сферическая форма К (рисунок 3.71з) представляет собой круглый конус с углом 700, вершина которого притуплена. Применяется в долотах для крепких пород. Кроме того, в ОАО «Волгабурмаш» по лицензии фирмы «Дрессер» выпускается двухконусно-сферический зубок, головка которого состоит из двух усеченных конусов [11]. Применяется для армирования периферийных венцов долот типа ТЗ. На рисунке 3.71г представлена также твердосплавная вставка формы Г54 с плоской торцевой поверхностью, применяемая для защиты обратных конусов шарошки, козырьков и спинок лап, лопастей калибраторов и других целей. Важным изобретением является оснащение вооружения шарошек наклонными зубьями, предложенное А.Н. Поповым. Исследования, проведенное группой уфимских ученых (Попов А.Н., Самоходов Ю.И., Трушкин Б.Н., Спивак А.И.) позволили установить то, что при нулевом и отрицательном тангенциальном скольжении между набегающей гранью зуба и породой защемляется определенный объем породы и возникает «угнетающий» эффект. Изготовленное на базе долота III 215,9 СГН конструкция с наклонными зубьями позволило получить существенный рост показателей бурения: рост механической скорости и проходки на долото соответственно на 56% и 57%. Идея А.Н. Попова реализована российскими и зарубежными изготовителями долот с твердосплавным вооружением. ОАО «Волгабурмаш» начало производства долот с наклонными зубьями, названные в СКБ объединения «ковшеобразными» (рисунок 3.72). Рисунок 3.72 – Твердосплавные «ковшеобразные» зубки На рисунке 3.73 представлен фрагмент вооружения долота фирмы «Хьюз Тул» с наклонными зубьями. Рисунок 3.73 – Фрагмент вооружения долота фирмы «Хьюз Тул» с наклонными зубьями Все российские твердосплавные зубки состоят из карбидов вольфрама и кобальта, выступающего в виде мягкой связки. Карбиды вольфрама являются главным компонентом твердого сплава, определяющим свойства последнего. По микротвердости (17300 МПа) они значительно превосходят микротвердость кобальта (2500 МПа). Шифр твердого сплава включает тип твердого сплава (ВК-вольфрамокобальтовый), далее идут одна или две цифры, означающие содержание кобальта в % и затем одна или две буквы, отражающие название класса твердого сплава. Например, сплав ВК-4В относится к вольфрамокобальтовым, в котором содержится 4 % кобальта и соответственно 96 % карбида вольфрама. Далее отмечен класс твердого сплава – вязкий, отличающийся повышенной вязкостью. В сплавах ВК-8ВК и ВК-11ВК класс твердого сплава назван по способу изготовления (ВК – высокотемпературной карбидизации). Этот сплав отличается повышенной стойкостью к ударам. В качестве наплавочного материала для армирования вооружения фрезерованных долот и защиты обратных конусов шарошек и козырьков лап используется релит зерновой «З» и трубчатозерновой («ТЗ»), представленный в основном порошковым карбид вольфрамом. В каталоге ОАО «Волгабурмаш» отмечается то, что объединение закупило новый наплавочный материал фирмы «Кеннаметалл» (США). 6 Долотные стали При работе долота, разрушающего горную породу, любые его элементы подвергаются значительным статическим и динамическим нагрузкам. Наиболее нагружаемыми точками долота являются зубья шарошек, поверхности беговых дорожек с нижней части опоры, козырек лапы. Самое большое воздействие на работоспособность долота оказывает содержание в буровом растворе абразивных частиц шлама. Для предотвращения действия абразивной среды, в которой работают элементы долота, они изготавливаются из высоколегированных никель-молибденовых, хромо-никель-молибденовых сталей [8,11,14]. Шарошки и лапы диаметром до 244,5 мм фрезерованных долот изготавливают из никель-молибденовых сталей 15НЗМА, а лапы долот > 244,5 мм отливают из хромо-марганцевоникель-молибденовой стали 19ХГНМА. Шарошки твердосплавных долот изготавливают из хромо-никельмолибденовой стали 14ХНЗМА. Наиболее ответственные детали долот это подшипники качения, поэтому их готовят из кремний-молибдено-ванадневой стали 55СМ5ФА с твердостью НRC = 55-57. Подшипниковая сталь, полученная в дуговых электропечах, подвергается дополнительно вакуумно-дуговому переплаву. При этом в металле уменьшается пористость и загрязнение газами и неметаллическими включениями. Удаляется сера, газы (кислород, водород и азот и неметаллические включения (оксиды, сульфиды, нитриды). Ударная вязкость при этом увеличивается вдвое, в 1,5 раза увеличивается сопротивление развитию трещин и в 1,25 раза возрастает предел выносливости на изгиб. Для увеличения стойкости долот отдельные участки их, в частности беговые дорожки подшипники цапфы и шарошки подвергаются термохимической обработке – цементации с последующей закалкой. Цементация – это насыщение поверхностных слоев углеродом до концентрации 0,9-1,1 %. В нашей стране цементация проводится в древесноугольном карбюризаторе при температуре 930-960 0С. После цементации производится закалка на мартенсит с последующим отпуском. Глубина цементованного слоя составляет 0,7-2,6 мм, в том числе: - беговые дорожки цапфы – 1,6-2,0; - межвенцовые проточки шарошек и зубья – 1,5-2,0 мм. Не цементуются бурты на цапфе, козырек и спинка лапы (они защищаются листовым асбестом). 7 Промывочные системы трехшарошечных долот Промывка забоя является обязательным условием вращательного способа бурения. При этом удаляется с забоя разрушенная порода, охлаждаются рабочие элементы вооружения и опоры и очищаются зубья шарошки. Известно шесть типов промывочных устройств буровых долот: - центральная насадка; - боковая с тремя стандартными насадками; - боковая с тремя удлиненными насадками; - боковая с двумя удлиненными насадками и дополнительным расширенным пространством вместо третьего бокового промывочного узла; - комбинированная с тремя стандартными боковыми насадками одной центральной; - комбинированная с тремя удлиненными боковыми насадками и одной центральной. Центральная система промывки (рисунок 3.74) состоит из внутренней полости долота 1, конусной формы подводящего канала 4, центрального отверстия близкого по форме к круглому 2. Струя бурового раствора, пройдя отверстие 2, ударяется о вершину шарошки 3 и другие шарошки, существенно ослабляется и достигает забоя в значительной мере рассеянной. При дальнейшем движении струи по забою от центра к периферии происходит отрыв частиц шлама от забоя сдвигом, смывом, что является преимуществом данной схемы. К недостаткам этой системы следует отнести подсос в нисходящую по центру струю части бурового раствора уже обогащенного шламом и движущегося вверх вдоль стенки скважины. Ряд исследователей отмечают также о наличие застойных зон на Рисунок 3.74 – Центральная система промывки периферии забоя [11], что приводит к его зашламлению и дополнительному дроблению разрушенной породы. В настоящее время центральная система промывки почти не применяется при бурении скважин на нефть и газ. Ведущий производитель шарошечных долот ОАО «Волгабурмаш» выпускает лишь два типоразмера (из146) долот типа Ц малого диаметра. Второй по значимости российский производитель долот ОАО «Уралбурмаш» выпускает долота преимущественно с центральной промывкой, но это долота малого диаметра (76-161 мм) для разбуривания твердых, крепких и очень крепких пород. Попытки повысить эффективность центральной системы предпринимались неоднократно. Но увеличение скорости потока свыше 2530 м/с невозможно вследствие быстрого роста износа центрального отверстия и шарошек. Один из вариантов улучшения схемы это предложение центральной сменной промывкой насадки (ЦСПН), разработанной в УфНИИ. Позднее были предложены щелевые насадки, впервые разработанные и использованные в Луцком УБР Миннефтепрома СССР (рисунок 3.75). Рисунок 3.75 – Щелевые насадки Буровой раствор входит в начало насадки, а затем часть его направляется в центральную зону забоя, а часть через три щелевые прорези в промежуток между шарошками и на периферийную зону забоя. Испытаны также щелевые насадки, в которых нет выхода бурового раствора в центр забоя. Через три щели он направлен в промежутки между шарошками на периферию забоя. 8 Боковая гидромониторная схема промывки Боковая гидромониторная промывка, изобретенная в 1953 году, называемая за рубежом струйной, широко используется в долотах, предназначенных для разбуривания всех типов горных пород по твердости при высоко- и низкооборотном бурении, то есть при всех видах опор. По данным ОАО «Волгабурмаш» 95-96 % шарошечных долот имеют боковую гидромониторную схему промывки [8]. В целом с помощью гидромониторных долот удалось повысить проходку на долото и механическую скорость бурения на 10-30 % по сравнению с долотами с центральной промывкой. Устройство гидромониторного долота приведено на рисунке 3.76. Поток бурового раствора проходит из внутренней полости долота через карман 1 и подводящий канал 2 попадает в насадку 3, в которой происходит сжатие струи, для того чтобы при выходе из насадки струя с большой силой и скоростью падала на забой, воздействуя на горную породу. Кроме насадки 3, изготовленной из минералокерамики или твердого сплава в состав гидромониторного узла (ГМУ) входят уплотнительный элемент из резинового кольца 4 для предотвращения размыва корпуса за насадкой и крепление насадки 5. Для размещения ГМУ используются специальные приливы (бобышки) 6. Скорость истечения промывочной жидкости из насадок достигает величины 80-120 м/с. Рисунок 3.76 – Устройство гидромониторного долота Гидродинамическое воздействие струи с такой скоростью обеспечивают улучшение очистки забоя от частиц шлама и очищение шарошки, а при определенных условиях может помочь размыть мягкие горные породы. Рассмотрим приведенную схему гидромониторного эффекта (рисунок 3.77). Сжатая в насадке струя на выходе из промывочного канала насадки 1 распыляется из-за сопротивления потоку окружающей жидкости. Струя вследствие этого быстро расширяется и теряет скорость. Границы распыленного участка струи обозначены цифрой 2. Для создания условий минимального расширения струи длина промывочного канала 1 должна быть более 0,5 диаметра канала. При замерах скоростей в распыленной струе жидкости от начального до основного сечения выяснилось, что внутри струи сохраняется область, в которой скорость остается постоянной. Она называется ядром струи (ядром постоянных скоростей) и длина ее l0 равна 5d0. Это означает, что для получения лучших результатов необходимо создавать такие гидромониторные устройства, у которых расстояния от насадки до забоя было меньше пяти диаметров насадки. Рисунок 3.77 – Схема гидромониторного эффекта Этому препятствует реакция от удара струи по забою и возможное зацепление зубьев шарошки при большом люфте в опоре о приближенном к забою ГМУ. Гидромониторные насадки изготавливаются из минералокерамики 22ХС, износостойкого чугуна и твердых сплавов. Минералокерамические насадки НД и НКВ используются для долот с открытой опорой. Насадка НД отличается крутым входом в участок сжатия струи. Устанавливается в долотах, выпускаемых ОАО «Уралбурмаш»: насадка НКВ-1 имеет более пологий профиль участка сжатия струи 4 (рисунок 3.78) по сравнению с насадкой НД. Средняя часть насадки 6, имеет наибольшую длину, сужается переходя в цилиндрический выпускной участок 5. Резиновое кольцо 3 герметизирует корпус насадки, которая крепится при помощи резьбовой торцевой муфты. Рисунок 3.78 – Насадка НКВ-1 Такое крепление характерно для долот ОАО «Волгабурмаш», выпускаемых не по лицензии фирмы «Дрессер». Насадка НГУ (рисунок 3.79) устанавливается во всех долотах, изготавливаемых по лицензии «»Дрессер». Отличается от других насадок сложным профилем своей внутренней полости. Профиль участка сжатия струи имеет вогнуто-выпуклую форму. В средней части насадки в виде конической поверхности сделан переход от вогнутой к выпуклой форме. Насадка НГУ близка по устройству к каноидальной и также как она изготавливается из твердого сплава ВК-9В. Известны также удлиненные насадки, о которых будет сказано ниже. Рисунок 3.79 – Насадка НГУ Гидромониторная система промывки имеет также недостатки. Струи через насадки с большой скоростью (рисунок 3.80) устремляются на забой через зазор между шарошками и лапами. За счет эжекционного эффекта поток увеличивается и вся периферийная средняя часть забоя находится под воздействием этих нисходящих потоков. Отраженный от забоя поток, обогащенный шламом, устремляется большей частью из-под шарошек, через козырек и спинку лапы в затрубное пространство. Происходит вторичное измельчение шлама вооружением шарошек и износ козырька лапы. Одновременно часть отраженного потока устремляется к центру долота (рисунок 3.80), причем направление потока показано стрелками. Здесь образуется застойная зона, в которой скапливается шлам. Таким образом, определен основной недостаток гидромониторной схемы очистки забоя от шлама: это низкая эффективность заключительной стадии работы боковой гидромониторной системы, заключающейся в неэффективном выводе шлама с забоя в наддолотное пространство. Попытки преодоления недостатков гидромониторной схемы предпринимались не раз. В нашей стране большой объем научно- исследовательских лабораторных и промысловых исследований выполнен под руководством Н.А. Жидовцева. Венцом этих исследований была конструкция долота, в которой только одна насадка выполняла обычную задачу, то есть направлялась на забой, вторая направляла струю через цапфу вдоль поверхности забоя, а третья насадка после разворота направляла струю вверх с целью с помощью эффекта эжекции улучшить удаление шлама в наддолотное пространство. Рисунок 3.80 – Струи через насадки Такие долота были изготовлены небольшой серией Дрогобычским долотным заводом, однако в производстве так и не были освоены. Подобные работы проводились во Франции. На рисунке 3.81 представлено долото, изготовленные по описанной выше схеме, включая насадку 1, направленную вниз по традиционному направлению и насадку 2, выполняющая роль эжектора для отсоса бурового раствора со шламом из срединной части контакта лап долота со стенкой скважины. Третья насадка на рисунке 3.81 не показана. Как описано выше, ее назначение улучшения очищения забоя наиболее эффективным и простым способом-смывом. Рисунок 3.81 – Долота, изготовленные на Дрогобычском долотном заводе В настоящее время реализован один из способов улучшение эффективности гидромониторной схемы промывки. Это создание ассиметричной гидромониторной промывки. В нашей стране организовано производство долот с двумя, вместо трех, гидромониторными устройствами (рисунок 3.82). Благодаря этому улучшилась схема удаления шлама с забоя и вынос его в наддолотное пространство. Этому в не малой степени способствовало использование в ГМУ удлиненных насадок из износостойкого чугуна (рисунок 3.83). За рубежом отмечено также появление сравнительно простых методов асимметричной промывки. Например, фирмы «Смит Тул» и «Дрессер» выпускают долота, у которых диаметр одной из насадок резко увеличен по сравнению с диаметрами двух других насадок. Рисунок 3.82 – Долота с двумя гидромониторными устройствами Рисунок 3.83 - Удлиненные насадки из износостойкого чугуна Следует отметить, что в деле совершенствования традиционной гидромониторной схемы промывки долотные заводы принимают только такие предложения, которые не требуют существенных изменений в технологической цепочке продуктовых линий, на которых изготовляются шарошечные долота. Предпринимались попытки создать комбинированную системы промывки (ЦГ). Первым долотом с комбинированной центральногидромониторной схемой промывки была одна из модификаций самого популярного в Западной Сибири долота с открытой опорой МЗГВ. Это долото III 215,9 МЗЦГВ. В нем к трем боковым насадкам добавился четвертый ГМУ с центральной промывкой. Промысловые исследования показали то, что особых прибавок к показателям эффективности долота не получено. Ныне ОАО «Волгабурмаш» использует комбинированную схему ЦГВУ при производстве долот с фрезерованным вооружением диаметром 393, 7 и 444,5 мм для бурения в мягких и средней твердости малоабразивных породах. 9 Опоры шарошечных долот Опора является важным элементом долота, во многом определяющим его моторесурс. Назначение опоры – передача нагрузки вооружению шарошек через цапфу и подшипники. При анализе сил, воздействующих на опору при бурении, видно, что направления их как нормальное к опоре, так и вдоль оси. Таким образом, нагрузка на подшипники опоры может быть как радиальной, так и осевой. Осевая составляющая нагрузка направлена от центра долота к периферии, а также в обратном направлении. Конструктивно опора должна состоять из цапфы и комбинации радиальных, радиально-упорных и упорных подшипников. В качестве радиальных используются роликовые и подшипники скольжения. Радиальноупорный это шариковый замковый двухстороннего действия подшипник, воспринимающий осевую нагрузку и фиксирующий положение шарошки на цапфе. В качестве упорного используется подшипник скольжения (упорная пята). При конструировании опор учитывают следующие особенности подшипников [14]: - 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. Буровой раствор во время бурения долотом с открытой опорой свободно проникает во внутреннюю полость шарошки, охлаждая нагретые элементы опоры и смазывая их. При этом абразивные частицы шлама при вращении подшипников опоры быстро изнашивают их, поэтому износостойкость долот с открытой опорой при турбинном бурении была на уровне 5-8 часов. Этого было достаточно при отработке долот с фрезерованным вооружением, но в связи с широким внедрением долот с твердосплавными зубками оказались весьма мало. Началось постепенное вытеснение долот с открытой опорой. Долота с маслонаполненными герметизированными опорами разрабатывались в 60-80-е годы прошлого века. Официально началом считают изобретение первого достаточно надежного механизма подачи масла к подшипникам герметизированной опоры, в которых в какой-то момент произошла утечка части масла в 1959 году. Авторы разработки механизма, названного лубрикатором, являлись сотрудниками научно-исследовательской лаборатории фирмы «Хьюз Тул». Герметизированная маслонаполненная система, монтируемая в долотах ОАО «Волгабурмаш» представлена на рисунке 3.84. Основным элементом механизма является гибкая диафрагма 3, находящаяся в кармане для смазки 4. Габаритный металлический стаканчик 6 ограничивает деформацию диафрагмы в конце рейса. Карман сверху прикрыт крышкой 5 с отверстиями для передачи давления от окружающего пространства к масляному резервуару. Крышка 5 фиксируется стопорным кольцом 1. В процессе бурения вследствие колебаний шарошки относительно цапфы возникают утечки масла через уплотнение 9. В полости шарошки давление масла понижается. Это же происходит одновременно в каналах 2 и в резервуаре со смазкой. Давление окружающей долото промывочной жидкости передается через отверстия в крышке 5 на диафрагму, которая мгновенно передает часть масла из кармана в каналы 8 и далее к подшипникам. Кроме того, цифрой 2 обозначена технологическая заглушка, закрывающая вход 2 основной канал для закачки смазки, необходимый при устройстве системы, а также отверстие 7, по которому масло закачивается в опору при изготовлении на заводе. Рисунок 3.84 – Герметизированная маслонаполненная система В связи с планируемым ОАО «Волгабурмаш» выпуском долот с новой схемой лубрикатора приводим его устройство на рисунке 3.84а. Поскольку названия основных элементов механизма приведены на рисунке, повторятся, не будем. Заметим, что давление бурового раствора передается в этой схеме из центральной части долота через отверстия к гибкой диафрагме. Крышка не имеет отверстий для закрытия кармана после монтажа системы. По мнению ряда специалистов, данная схема лубрикатора позволяет увеличить объем масла системы. Широкое внедрение шарошечных долот с твердосплавным вооружением и с маслонаполненной герметизированной опорой позволило значительно улучшить проходку на долото и его стойкость. Изменилась также ситуация с производством. В настоящее время на нефтяных и газовых промыслах используется только 18 % долот с открытой опорой, а 81 % от всего объема долот – это инструмент с маслонаполненными опорами. Рисунок 3.84а – Устройство долота с новой схемой лубрикатора Опора современного шарошечного долота, применяемого для бурения скважин в нефтяной и газовой промышленности это главным образом трехрядная конструкция. Чаще всего к трем основным подшипникам добавляются дополнительные упорные подшипники скольжения, выполненные в виде упорного торца цапфы (шифр Су) или наплавкой борта замкового подшипника (Сб). Таким образом общее число подшипников в опоре может достигнуть пяти. Несмотря на очевидные недостатки шарикоподшипник по-прежнему в опоре выполняет функцию замкового подшипника. Многочисленные попытки замены его пока не приносят успеха. Объявленное фирмой «Хьюз тул» сообщение об изобретении в 1982 году упорного кольца (Ring lock) для замены шарикоподшипника в опоре шарошечных долот (рисунок 3.85) до сих пор не реализовано. Рисунок 3.85 –Опора шарошечных долот Опоры по набору подшипников и способу бурения подразделяются на следующие серии: - серия В. Предназначена для долот, используемых при высокооборотном бурении с помощью турбобуров. Опора открытая, укомплектованная подшипниками качения и одним и более упорным подшипником скольжения (рисунок 3.86). Рисунок 3.86 – Опора открытая На рисунке цифрой 1 показан упорный подшипник скольжения на борту шарикового замкового подшипника 2. Следует заметить, что современный выпуск долот серии В веьсма ограничен. Из 142 типоразмеров шарошечных долот только 9 выполнены с открытой опорой серии В. В Западной Сибири чаще других применяются долота III 215,9 МЗГВR155М, III 215,9 СЗГВ-R162, III 190,5 МЗГВ-R225 с опорой РШзСбР (роликоподшипник, шарикоподшипник замковый, скольжения – бурт и роликоподшипник). - Серия Н. Применяется в долотах для низкооборотного бурения (роторный способ, бурение с винтовыми забойными двигателями). Опора открытая с двумя подшипником качения и одним или более упорными подшипниками скольжения (рисунок 3.87). Рисунок 3.87 – Опора открытая с двумя подшипниками качения На рисунке показаны два наиболее часто применяемых подшипников скольжения: 1 – радиальный, 2 – бурт. Опоры долот серии Н чаще всего собираются по схемам РШ зСбС (рисунок) или РШзСбССу. В западной Сибири находит применение долото III 215,9 СГН-R163. - Серия ВУ. Опора применяется в долотах для высокооборотного бурения. Опора герметизированная, выполнена по такой же схеме, как опора В. Выпуск долот серии ВУ ограничен 10 типоразмерами. Но среди них следует особо выделить долото III 215,9 МЗ-ГВУ-R206А, с помощью которого в интервалах скважин ниже 2000 м на месторождениях Западной Сибири удалось получить рекордные показатели по проходкам на долото и стойкости среди отечественных долот. Чаще всего схема ВУ используется в долотах диаметром 393,7 и 445,5 мм, применяемых для бурения в мягких, мягких с пропластками средних, средней твердости и твердых малоабразивных и абразивных породах. - Серия НУ. Долота предназначены для низкооборотного (90-250 об/мин). Схема опоры НУ отличается от схемы Н только наличием герметизированной маслонаполненной системы. Долота серии НУ обеспечивают достижение высоких устойчивых показателей. В настоящее время четвертую часть всего объема долот с маслонаполненной опорой составляют долота серии НУ. - Серия АУ. Эта схема опоры включает не менее двух подшипников скольжения и маслонаполненную герметизированную систему (рисунок 3.88). На сегодня это самая распространенная схема опоры шарошечных долот. Из долот с маслонаполненной герметизированной опорой две трети составляют долота с опорой АУ. Причем отметим, что тенденция с увеличением применения долот с опорой АУ устойчива в течение последних десяти лет. Из долот этой серии следует выделить по показателям долото III 215,9 МЗ-ГАУ-R233, наиболее эффективное среди отечественных долот в интервалах ниже 2000 м на месторождениях Среднего Приобья. В ГОСТе 20692-2003 указана также серия опоры А, используемая в долотах малого диаметра (76 и 93 мм), но мы ее не рассматриваем вследствие того, что подобные долота при бурении скважин на нефть и газ не применяются. Рисунок 3.88 – Схема опоры 10 Шифры шарошечных долот Шифр долота по ГОСТ 20692-2003 включает информацию обоснованных конструктивных особенностях их и возможных условиях отработки. Первая цифра латинскими цифрами означает число шарошек: одношарошечное (I), двухшарошечное (II), трехшарошечное (III) – и т.д. Далее следует диаметр долота в мм, например 215,9; 295,3 и т.д. На третьей позиции показываются буквенными обозначениями твердость и абразивность горных пород, для которых предназначено это долото, к примеру М, СЗ, Т и т.д. Затем следует в буквенном обозначении вид промывочной системы: с центральной системой (Ц), с боковой гидромониторной (Г), с комбинированной (ЦГ). Здесь же указываются системы продувки долот (П или ПГ), но в нашем пособии долота с продувкой не рассматриваются. Обозначается буквами также тип опор: В, ВУ, Н, НУ и АУ. Завершает шифр долота обозначения порядкового номера заводской модели. В долотах ОАО «Волгабурмаш», выпускающего долота по лицензии фирмы «Дрессер», к номеру модели добавляется латинская буква R. За рубежом производством долот занимается много компаний, причем каждая имеет свой шифр. Для того, чтобы информация о долотах могла быть быстро понята, МАБП (Международная ассоциация буровых подрядчиков) предложила простой код, состоящий из трех цифр и нескольких букв: Первые две цифры шифруют информацию о твердости и абразивности горных пород, для которых предназначено долото. Первая цифра обозначает группу вооружения долота. Здесь цифрами 1,2,3 обозначены долота со стальными (фрезерованными) зубьями, причем цифрой 1 шифруется долота для мягких, цифрой 2 – для средней твердости и цифра 3 – для твердых пород. Цифры 4-8 обозначают долота с твердосплавным вооружением для пород от самых мягких (4) до самых твердых (8). Вторая порядковая цифра кода характеризует тип и особенности вооружения, области применения в пределах группы, выбранной чуть ранее. Группа вооружения (первая цифра кода) делится на 4 типа (1,2,3,4). Эти цифры указывают на прочность пород и расположены в порядке увеличения прочности. Третья порядковая цифра означает тип опоры и калибрующую способность долота: 1 Стандартное шарошечное долото с открытой опорой со вставными зубьями; 2 Стандартное шарошечное долото с открытой опорой со вставными зубьями для бурения в условиях аэрированной циркуляции; 3 Стандартное шарошечное долото с открытой опорой со вставными зубьями, где калибр сохраняется за счет твердосплавных вставок в основании шарошки; 4 Колонковое либо шарошечное долото с герметизированной опорой; 5 Шарошечное долото с герметизированной опорой с твердосплавными вставками в основании шарошки. 6 Шарошечное долото с опорой скольжения с герметизированной опорой; 7 Шарошечное долото с опорой скольжения с герметизированной опорой с твердосплавными вставками в основание шарошки. Дополнительная информация о форме зубьев, типах гидромониторных насадок указывается, как правило, одной латинской буквой: А – для бурения с продувкой; С – центральная промывка; D – протекторы защиты от истирания по внешнему диаметру в виде вставок, зубков; Е – удлиненные насадки; G – дополнительная защита калибра (диаметра); J – насадки с отклоняющимися углами R – усиленные сварные швы; S – стандартный стальной зуб; Х – зубья бурового долота в форме зубила; Y – резцы с конической вершиной; Z – вставки (штыри) других форм. 11 Двухшарошечные долота Как отмечено нами ранее, первым шарошечным долото с коническими шарошками было двухшарошечное долото, разработанное Г. Хьюзом [26]. Они изготавливаются из двух кованых секций, соединенных электросваркой. Устройство секций в основном аналогично секции трехшарошечного долота, поэтому описываться здесь не будет. Заметим, что лапы и цапфы секций одинаковы, но формы двухконических шарошек несколько отличаются друг от друга (рисунок 3.89). Вершина одной из шарошек, перекрывающей центральную часть забоя, заканчивается лопаткой -1 (для фрезерованного вооружения) или одним штырем (при твердосплавном вооружении). Эта шарошка первая. Второй считается шарошка со срезанной вершиной – 2. Рисунок 3.89 –Двухшарошечные долота Главным конструктивным отличием двухшарошечных долот от трехшарошечных такого же диаметра в том, что в двухшарошечных долот возможно использование шарошек увеличенного диаметра, что является определяющим при формировании силы удара набегающим зубом шарошки. Вторым отличием следует считать лучшую возможность установки гидромониторных устройств без опасения повреждения их зубьями шарошек в периоды появления больших люфтов в опоре. Здесь также имеется в виду возможность значительного приближения гидромониторных насадок к забою (рисунок 3.89а,б), что способствует более эффективному разрушению забоя при бурении в мягких породах. Устройство гидромониторных узлов может быть выполненным с разной длиной (рисунок 2.89б) для обеспечения асимметричности в промывке забоя. У долот типов М и С шарошки самоочищаются с положительным смещением осей относительно оси долота. Так, у долот II 112М-ГВ величина смещения осей составляет 3 мм, а у долота II 151М-ГВ увеличена до 5 мм. Помимо гидромониторной выпускаются долота с центральной системой промывки. Это долото типа С и К. Все отечественные двухшарошечные долота изготавливаются с открытой опорой. Как правило, опора трехрядная. Основные схемы опоры СЩзС, СЩзО, ЩзЩР и СЩзЩ. В настоящее время двухшарошечные долота выпускаются диаметром 76-151 мм ОАО «Уралбурмаш» и используются при бурении структурнопоисковых скважин на нефть и газ, а также для проходки сейсморазведочных и горнорудных скважин. Попытки производства двухшарошечных долот для нефтяных и газовых скважин диаметром 190,5; 215,9 мм предпринимались неоднократно, однако сравнительные промысловые испытания показали большую эффективность трехшарошечных долот. За рубежом двухшарошечные долота более распространены. Они выпускаются фирмами «Смит Тул», «Рид Тул», «Дрессер индастриз»диаметром от 165,1 до 444,5 мм. Следует отметить то, что почти все зарубежные двухшарошечные долота также имеют открытые опоры, кроме одного. Фирма «Рид Тул» выпускает долото типа НР, имеющее три боковых насадки и одно с увеличенным по диаметру круглым отверстием (вариант асимметричной промывки). Кроме того, опора долота выполнена герметизированной типа АУ, а вооружение долота – в фрезерованном исполнении.