9.2. Шарошечные долота бескернового бурения

Шарошечные долота бескернового бурения являются породоразрушающим инструментом и представляют собой жесткую неразъемную конструкцию, состоящую из сваренных между собой секций (лап), на цапфах которых с помощью подшипников установлены ша­рошки. Сваренные между собой лапы образуют корпус долота. В верх­ней части корпуса долото имеет крупную конусную (реже цилиндриче­скую) резьбу для соединения с расширителем. Корпус долота изготав­ливают из стали 14Х2НЗМА, шарошки - из стали 17НЗМА.

Для разведочного бурения выпускают двухшарошечные и трехшарошечные долота. Двухшарошечные долота получили наибольшее распространение для бурения скважин глубиной до 1200 м. По сравне­нию с трехшарошечными долотами они имеют некоторые преимущества:

меньшее количество зубков (что позволяет создать на один зубок при одинаковой осевой нагрузке большие удельные нагрузки и добиться бо­лее высокой механической скорости бурения);

больший диаметр шарошки (что дает возможность увеличить шаг между зубками, в результате чего повышается интенсивность ударов зубков по забою и эффективность бурения, кроме того, увеличенные размеры шарошек позволяют использовать опоры увеличенных размеров);

более простую конструкцию долот и меньшую стоимость.

К недостаткам двухшарошечных долот можно отнести: слабое калибрирующее вооружение которое приводит к более быстрому износу долот по диаметру) и недостаточную устойчивость на забое (увеличивает искривление скважин и поэтому при бурении необходимо предусматривать специаль­ные направляющие приспособления.

В процессе бурения наиболее уязвимым элементом в шарошеч­ном долоте является его опора (совокупность цапфы и подшипника). Опора значительно раньше выходит из строя, чем вооружение (зубки или штырьки) шарошек. Для шарошечных долот бескернового бурения применяют следующие типы опор: А - все подшипники скольжения;

Н - один (замковый) шариковый, остальные подшипники скольжения;

В - все подшипники качения.

Опоры долот диаметром 132 мм и более имеют трехрядные подшипники: один роликовый, два шариковых. Один из шарикоподшипников - замковый. Шарики замкового подшипника засыпают в шариковые канавки через специальное отверстие в лапе, в которую затем вставляют палец. Палец проваривают в лапе.

Опоры долот диаметром 112 мм имеют один замковый и один роликовый подшипники или подшипник скольжения.

Современные шарошечные долота могут иметь как центральную, так и боковую промывочную систему. Центральную промывочную сис­тему выполняют в различных видах: с центральным цилиндрическим каналом, с боковыми косынками.

Боковая промывочная система представлена для долот с гидромониторными насадками. Для циркуляции промывочной жидкости в лапах делают полости, переходящие в направленный канал, в конце ко­торого монтируют сменные гидромониторные насадки, изготавливае­мые из твердого сплава. Для герметизации насадки имеют резиновые кольца. Крепят насадки при помощи пружинного кольца.

Для бурения геологоразведочных скважин применяют долота шести типов (рис. 9.4):

Рис. 9.4. Двухшарошечные долота типов: а - К; б - ОК; в – Т (ТК); г - С; д – М

Долота новых выпусков, например долото II 112М-ЦВ, имеют индексацию со следующими обозначениями: II - количество шарошек; 112 - диаметр долота; М - назначение долота; Ц - тип промывочной системы (центральная промывка); В - тип опоры.

Тип долота М С Т ТК К ОК

Твердость пород Мягкие Средней твердости Твердые То же Крепкие Очень крепкие

Категории пород I-IV IV-V V-VI VII-IX VIII—XI XI-XII

В зависимости от назначения шарошечные долота имеют различ­ное вооружение. Долота типа М, С и частично Т имеют фрезерованные стальные зубки с наплавленным слоем твердого сплава (релит ТЗ). На калибрирующую часть наплавляют усиленный слой релита. Часть долот типа Т и долота типа К и ОК армируют цилиндрическими штырьками из твердого сплава ВК8В со сферической или клиновой рабочей по­верхностью. Калибрующие поверхности шарошек этих долот также ар­мируют твердосплавными штырьками.

Угол приострения зубков зависит от типа долот: для М он равен 37 - 40°, С – 40 - 42°, Т – 45 - 48°.

Угол наклона оси шарошек к оси долота составляет для М - 5730^/,

С - 55-50°,Т и К – 57⁰30^/.

Долота типа М, С и Т отличаются друг от друга величиной зуб­ков, шагом между зубками и величиной опор. Более крупные зубки, больший шаг и меньший размер опор имеются у долот типа М, более мелкие зуб­ки и больший размер опор у долот типа Т.

Для создания эффекта резания долот типа М и С концы цапф ша­рошек смещены от центра долота на некоторый угол.

Шарошечные долота разведочного бурения в мягких породах используют довольно редко. В этих породах чаще используют лопастные долота, обеспечивающие более высокие показатели бурения.

Основную часть шарошечных долот бескернового бурения вы­пускает Верхнесергинский завод.

Каждое долото имеет свой индекс. Долота старых выпусков, на­пример долото В-112 МГ-2, имеют следующие условные обозначения: В - завод изготовитель (Верхнесергинский завод); 112 - диаметр доло­та; М - назначение долота (для мягких пород); Г - тип промывочной системы (с гидромониторными насадками); 2 - количество шарошек.

Таблица 9.1

Характеристика шарошечных долот

Категории пород	Тип долота	Конструкция коронки	Угол приострения зубка, град	Высота зубка, мм	Угол наклона оси шарошки к оси долота			Опора
					двух- шарошечного		трех- шарошечного
I – IV	IB112МГ	Трехконусные со стальными зубками	37.. .40	6. .12	57°30'			ЗП
	II112 МЦВ							РП
I – IV	IВ132МГ	Трехконусные с односторонней наплавкой релита						ШП
	IВ151МГ							ЗП+ШП+РП
					Окончание табл. 9.1
IV – V	IB(93 - 151)С	Многоконусные со стальными зубками с односторонней наплавкой релита	40...42		53°	56°		ПС+ЗП+ПС
								ЗП+ШП+РП
VI-IX	IВ(93 - 151)Т	Конусные с твердо- сплавными зубками	45..48		47°	50°		РП+ЗП+СП
								ЗП+РП+ШР
VIII-XII	III(59 - 112)К, ОК	Одноконусные с твердосплавным и зубками	Сфериче­ский	1,5...2,0	47°30'	50°		ЗП+ШП+РП
	В(59 - П2)К, ОК
VIII - X	ДДА(59 - 93)	Конуснусные с твердосплавными зубками		1,0...1,5	65°			ПС
I-V	Дисковые	Диски с твердо­сплавными зубками		1,5....2,0	90°			ПС, РП, ШП

Область применения и характеристика шарошечных долот, используемых в разведочном бурении, приведена в табл. 9.1.

Наиболее слабым звеном шарошечного долота, как рассмотрено выше, является его опора. В САИГИМС разработано долото типа ДДА-ТК с усиленной опорой. Долото серийно выпускается Ташкентским ремонтно-механическим заводом.

Долото состоит из корпуса, образованного двумя лапами. Нип­пель на корпусе служит для соединения его с расширителем. На каждой лапе имеются цапфы, на которые устанавливают шарошки. Их на цап­фах крепят V-образным замковым пальцем. Угол наклона осей шарошек к оси долота равен 65°. Подшипники отсутствуют. Основная шарошка вы­полнена в виде конуса и армирована твердосплавными штырьками (вставками) со сферической рабочей поверхностью. Калибрующая ша­рошка имеет вид диска и предназначена для калибровки скважин.

Как отмечено выше, двухшарошечные долота, особенно предназначенные для бурения твердых и крепких пород, изнашиваются по диаметру, поэтому применяют долота типа ДДА-ТК в комплекте с расширителями.

В настоящее время выпускают долота типа ДДА диаметром 59, 76 и 93мм в комплекте с шарошечными расширителями РШ-59, РШ-76, РШ-93.

Рис. 9.5. Дисковое доло­то: 1 - корпус; 2 – диск; 3 - подшипник; 4 - палец; 5-твердосплавные зубки

Используя опыт САИГИМС, для бурения мягких и средних по­род некоторые заводы стали выпускать долота с усиленными опорами - дисковые долота фрезерного типа (рис. 9.5). Фрезерование горных пород забоя происходит благодаря применению плоских шаро­шек-дисков 2 и установки их ближе к центру долота, а также за счет смещения осей вращения дисков. В связи с использованием более мощ­ных опор и малой скорости вращения дисков, (а, следовательно, малому износу опор) удается значительно повысить срок службы долота.

Конструктивно дисковые долота аналогичны долотам ДДА. Только цапфы на лапах у них отсутствуют, а шарошки устанавлены прямо на горизонтальный палец-ось 4 (угол наклона оси шарошек к оси долота равен 90°). Для предотвращения быстрого износа долота по наружному диаметру на его корпусе и торцевой части оси устанавливают твердо­сплавное калибрующее вооружение. Промывочные каналы расположе­ны в поперечных выступах с двух сторон. В зависимости от перебуриваемых горных пород можно использовать долота с различным воору­жением:

с однорядным штырьевым, с пря­молинейными венцами;

с многорядным штырьевым, расположенным в шахматном порядке;

с неравномерным шагом штырьков;

с наклонными венцами;

с комбинированным вооружением.

Однорядное вооружение приме­няют в долотах, предназначенных для

бурения малоабразивных пород (до VI категории). Такое вооружение имеется в долотах 27ДФ-93С.

Многорядное вооружение исполь­зуют в долотах для бурения абразивных пород средней буримости.

Для бурения пород средней буримости с включением абразивных пропластков изготавливают долота с наклонны­ми венцами.

Для бурения перемежающихся по твердости пород применяют долота с комбинированным вооружением. Например, долото 5Д-59С имеет однорядные наклонные венцы и штырьки с неравномерным шагом.

В дисковых долотах можно применять следующие типы опор: опору скольжения с центральным упорным сектором (27ДФ-95С); опо­ры с двухрядными шарикоподшипниками; опоры со втулками скольже­ния; опоры с роликоподшипниками.