Практическое занятие №7. Тема: 1 Породоразрушающий буровой инструмент.
Цель работы: Изучение ПБИ дробяще-скалывающего.действия(шарошечных)
Оборудование: Долота, ГТН
Ход выполнения работы:
1. Краткое объяснение преподавателем общих сведений о ПБИ.ДС действия
2.Самостоятельное чтение материала №7.
3.Изучение конструкции долот на макетах и образцах.
4.Самостоятельное заполнение таблицы.
Теоретический материал 7:
ВООРУЖЕНИЕ ШАРОШЕЧНЫХ ДОЛОТ.
ТИПЫ ВООРУЖЕНИЯ
Вооружение трехшарошечных долот
Трехшарошечные долота разрушают горные породу вооружением, которое подразделяется на три класса:
стальное зубчатое вооружение в виде притуплённых 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
. . ШАРОШЕЧНЫЕ ДОЛОТА ПЕРВОГО КЛАССА
Эти долота для разрушения неабразивных пород имеют стальное зубчатое вооружение, выполненное заодно с шарошкой фрезерованием. Центральное вооружение выполняется в виде венцов притупленных клиньев (рис. 7 19, а). Основные параметры вооружения: начальное
притупление b0, длина зубьев l (совпадает с шириной венца),
начальная высота зубьев h0, угол при вершине клина 2γ, шаг
размещения зубьев в венце s.Площадка b0l является начальной рабочей поверхностью притупленного клина. Параметры зубьев зависят от размера и типа вооружения. Для долот диаметром от 93 до 490 мм b0
изменяется от 1 до 2,8 мм, l – от 5 до 19 мм (на первых венцах первых шарошек l – от 10 до 48 мм), h0 – от 5 до 25 мм,2γ – от 36 до 56° и шаг от 10 до 80 мм. Для повышения износостойкости зубья могут быть наплав-
лены твердым сплавом. Схема наплавки, , показана на рис. 7 19, а. Высота наплавки одной из граней и внешнего торца зуба не менее 0,7h0, а второй грани – не менее 0,3h0.
Рис 7 19 . Фрезерованное вооружение шарошек и
формы зубьев периферийных венцов (вид со стороны обратного конуса):а – Г-образные (1 – канавка; 2 – твердосплавная вставка); б – Т-образные; в – поперечные; г – П-образные периферийные зубья; ν – наплавка твердого сплава
Расположение венцов на шарошках в пределах долота показано на рис. 7 20. Приняты следующие обозначения шарошек и венцов: самая длинная (полная) шарошка – I, средняя по длине – II и самая короткая – III. Нумерация венцов на шарошках 1–3 ведется от вершины. Последние венцы называются периферийными.
Из рис. 7 20, а видно, что на основных конусах шарошек зубья венцов одних шарошек входят в межвенцовые проточки других шарошек. Этот прием позволяет увеличить объем шарошек, запас вооружения на венцах, а также размеры подшипников.
Рис 7 20 Развертка долота типа Т и перекрытие забоя его вооружением.
Начальное притупление зуба в зависит от диаметра и типа долота. Для долот диаметром от 93 до 490 мм в =1- 2,8 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 у (угол заострения) находится в диапазоне 36°-56°,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 . По данным Мокшина А.С. и др. 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 <р уменьшается диаметр шарошки, увеличивается их высота с одновременным измерением места подшипников опоры на цапфе по направлению к лапе.
. КОНСТРУКЦИИ ВООРУЖЕНИЯ
ШАРОШЕЧНЫХ ДОЛОТ ВТОРОГО КЛАССА
Предназначены для разбуривания абразивных пород. Зубки из вольфрамокобальтового твердого сплава прессуются в просверленные гнезда на венцовых выступах шарошек.
Важнейшие характеристики твердосплавного вооружения – диаметр зубков d, радиусы кривизны рабочих поверхностей, вылет зубков h0 над телом шарошки и шаг s размещения в венце, а также глубина запрессовки h1 зубков в тело шарошки
Рис 7 21 Твердосплавные зубки для оснащения шарошек.
Твердосплавные зубки (рис. 7 21) готовятся диаметром до 16 мм из твердых сплавов ВК11-ВК для клиновых зубков и ВК8-ВК для зубков со сферической рабочей поверхностью. Зубки состоят из цилиндрического тела, запрессовываемого в шарошку, и рабочей головки, размеры и форма которой определяют конструктивные особенности зубка. Для вооружения шарошек используются три конструкции клиновых зубков.
1. Формы Г25 (рис. 7 21, а) с углом при вершине клина 90°и с торцовой рабочей поверхностью R1 = 0,5÷1,0 мм и R2 ≈ 2d,где d – диаметр зубка от 3,2 до 14,3 мм. Такими зубками оснащаются долота типов СЗ и ТКЗ для высокооборотного бурения.
2. Формы Т (рис. 7 21, б) с углом при вершине 80° и с торцовой рабочей поверхностью R1 = 1,8 мм и R2 ≈ 0,8d для оснащения долот типа ТЗ (в настоящее время в серийном производстве нет).
3. Конусно-клиновые зубки форм М, С и Т (рис. 7 21, в)для оснащения долот типов соответственно МЗ, МСЗ, СЗ иТЗ, изготавливаемых по отечественной технологии и по лицензии фирмы «Дрессер». Головка зубка представляет собой усеченный конус с углом при вершине 2β, на котором сняты две лыски, образующие клин с углом при вершине 2γ. Вершина клина скруглена радиусом Rц. У зубков формы М углы 2β = 40° и 2γ = 58÷66°, а Rц рабочей поверхности от 2,50 до 3,96 мм.
У зубков формы С углы 2β = 40÷44° и 2γ = 65÷74°, а Rц рабочей поверхности от 2,6 до 3,96 мм. У зубков формы Т углы 2β = 40÷50° и 2γ = 65÷90°, а Rц рабочей поверхности от 3,18 до 3,96 мм. Зубки со сферической рабочей поверхностью выпускаются также трех конструкций:
1. Со сферической рабочей поверхностью формы Г26
(рис. 7 21, г). Радиус сферы Rс ≈ 0,54d. Такими зубками оснащаются долота типов ТКЗ (чередуются в венцах с зубками Г25) и ОК.
2. Конусно-сферические зубки формы К (рис. 4.17, д), головка которых представляет собой усеченный конус с углом 2β = 70° с сопряженной с ним сферой радиусом Rс. У зубков диаметром 8 мм Rс = 3 мм, а у зубков с d ≥ 10 мм – Rс = 4,2 мм. Зубками формы К оснащаются долота типа К.
3. Двухконусно-сферические зубки (рис. 7 21, е), головка
которых состоит из двух усеченных конусов 2β1 = 2⋅20° = 40° и 2β2 = 2⋅45° = 90° и сопряженной со вторым конусом сферой Rс = 3,18 мм. Такими зубками оснащаются периферийные венцы долот типа ТЗ,
Важнейшие характеристики твердосплавного вооружения – диаметр зубков d, радиусы кривизны рабочих поверхностей, вылет зубков h0 над телом шарошки и шаг s размещения в венце, а также глубина запрессовки h1 зубков в тело шарошки (рис. 7 21, ж).
Принципы выбора угла 2γ твердосплавных зубков те же, что и для притупленного клина. Поскольку твердый сплав хуже работает на изгиб, чем сталь, то углы 2γ зубков существенно больше.
Шаг зубков в венцах выбирается не только из условия эффективного поражения забоя, но и из условия надежного крепления зубков. Как правило, шаг больше оптимального
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
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.
Особенности размещения зубков на шарошках показаны на рис. 7 22, из которого видно, что, как и у долот первого класса, зубки размещены венцами (рядами), каждый из которых предназначен для поражения своего кольцевого участка забоя скважины. Только периферийные ряды 1 всех шарошек поражают один и тот же прилегающий к стенке скважины участок забоя. Предпериферийный участок забоя поражается зубками второго ряда 2 двухрядного венца (рис. 7 22, а),зубки которого размещены в шахматном порядке относительно зубков первого ряда. Двухрядными венцами оснащают одну (рис. 7 22, б) или две шарошки из трех. Соответственно две или одна шарошка имеет однорядные венцы, характеризующиеся минимальным шагом. Периферийные ряды всех шарошек отличаются от остальных рядов (венцов) тем, что зубки установлены под наклоном к плоскости забоя, а со стороны обратного конуса запрессованы цилиндрические твердосплавные зубки 3 (см. рис. 7 22, а). Такая конструкция вооружения обеспечивает необходимую износостойкость долот по диаметру в случае применения их по назначению.
Из схемы на рис. 7 22, а видно, что со стенкой скважины контактирует кольцевой выступ 4, выполняемый по контуру обратных конусов всех шарошек. Этот выступ называется предохранительным пояском. При спуске долота в скважину через обсадную колонну он предохраняет последнюю от резания периферийными зубками 1 и зубками 3 обратных конусов шарошек. Развертка долота изображена на рис. 7 22, б.
Рис 7 22 Размещение твердосплавного вооружения на шарошках долота.
Ι, ΙΙ, ΙΙΙ-номера шарошек.