CC BY
36
>НЫЕ МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ .
© Д.А. Волик, А. Мескин, С.1 . Надикта, 2000
УДК 622.232
Д.А. Волик, А.
Мескин, С.В. Надикта
НОВЫЕ ТЕНДЕНЦИИ В ПРО ИЗВОДСТВЕ ШАРОШЕЧНЫХ ДОЛОТ ДЛЯ ГОРНОРУДНОЙ
I Г
|^\^омпания «Smith Int., Inc.», один из мировых лидеров в производстве полного ряда скважинного инструмента для бурения буровзрывных скважин. Она состоит из пяти отделений, в которых занято более 7000 работников. Годовой оборот компании в 1997 г. составил свыше 1,5 миллиардов долларов США. Главная контора компании находится в г. Хьюстоне, штат Техас, США. Заводы по производству оборудования и технические центры по обслуживанию покупателей (более 80) распределены по всему миру.
В 1902 г. Х.С. Смит организовал в г. Лос-Анжелес фирму по изготовлению и ремонту буровых долот типа РХ, которая и положила основу компании.
В 1926 г. было изготовлено первое трёхдисковое долото, а с 1950 г. начато производство широкой гаммы трёхшарошечных долот для бурены нефтяных и газовых скважин.
С 1970 г. фирма начинает производство долот для бурения взрывных скважин в горнорудной промышленности . На сегодняшний день она производит более 1/3 долот для бурения взрывных скважин потребляемых Западным рынком.
Номенклатуру долотной продукции фирмы составляют как долота с фрезерованным, так и с твердосплавным вооружением практически любых, используемых
в промышленности, размеров от 2 7/8 дюймов (71 мм) до 31 дюйма (787,5 мм).
По затратам на научноисследовательские работы в пересчете на единицу продукции фирма «Smith Int., Inc.», занимает самое высокое место среди других Западных производителей аналогичной продукции.
Фирме принадлежит патент на изготовление ударопрочных алмазных зубков, которые она широко использует для защиты калибрующих венцов шарошек и в долотах для работы с пневмо- и гидроударниками.
Высокое качество и надёжность продукции обеспечиваются самыми современными методами проектирования и изготовления. Все отделения фирмы аттестованы АПИ и сертифицированы по мировым стандартам качества ISO 9001 и ISO 9002. Деятельность компании направлена на удешевление процесса бурения (стоимости 1 пог. метра скважины).
Особое внимание она уделяет долотам для работы в самых неблагоприятных геолого-технических условиях. Здесь за счет внедрения новых технологий достигается максимальный экономический эффект.
Для каждого стабильного покупателя фирма разрабатывает изделия с учетом его специфических
Рис. 1. Схема открытой опоры на подшипниках качения
условий и требований, обучает полевой персонал современным методам работы в организуемых системах школ, семинаров и т.п.
Рассмотрим основные направления совершенствования породоразрушающего инструмента для горнорудной промышленности, разрабатываемых фирмой.
Повышение стойкости опор (подшипниковых узлов)
Большинство выпускаемых сегодня долот для бурения взрывных скважин имеют открытые опоры (подшипниковые узлы) типа Р-Ш-Р (ролик-шарик-ролик). В зависимости от размера долота могут устанавливаться 2 или 1 роликовых подшипника. Шариковый подшипник практически не нагружен и служит в качестве замкового (только как запорное устройство для удержания шарошки на цапфе). На рис. 1 показана схема типичной открытой опоры на подшипниках качения. Схема передачи нагрузки на долото через роликовый подшипник приведена на рис. 2.
Из рис. 2 видно, что вся нагрузка на долото передаётся по линии касания роликов с беговыми дорожками. Возникающие при этом в местах контакта значительные удельные нагрузки существенно укорачивают жизнь подшипников.
рис. 2. Схема передачи на качения
рузки на долото через подшипник
Рис. 3. Схема опоры шаро скольжения
иечного долота на подшипниках
Рис. 4. Схема вооружения д олота из твердосплавных зубков
В новых долотах, работающих та и
с осевыми нагрузками свыше 18 тс, применяются подшипники скольжения с промежуточными антифрикционными втулками. Это позволяет равномерно распределять нагрузку по площади контак-
значительно снижать контактные давления.
На рис. 3 показана типичная конструкция опоры на подшипниках скольжения.
Серьёзное внимание уделяется системам очистки и охлаждения подшипниковых узлов. Для оптимизации этого процесса мы рекомендуем использовать 25-30% подаваемого в скважину объёма сжатого воздуха. Объем воздуха используемого для охлаждения подшипниковых узлов регулируется подбором диаметров продувочных насадок. Усилия конструкторов направлены на максимально эффективное использование поступаемого в опору сжатого воздуха. Фирмой разработана новая опора типа «МАХ FLOW», в которой эффект очистки и охлаждения увеличен на 35-40%.
Для бурения при недостаточной подаче сжатого воздуха разработаны и прошли успешные испытания на ряде медно- и железорудных месторождений США долота с герметизированными (закрытыми) опорами типа «КВАЗАР». Испытания показали, что несмотря на высокую стоимость этих долот (они дороже в 2-2,5 раза), герметизация опор позволила удлинить активную жизнь долота в 3-3,5 раза и значительно снизить затраты на бурение 1 п.м. скважи-
ны . Высокая эффективность этих долот получена также при бурении сильно обводненных горизонтов и скважин глубиной более 18-20 м.
Специализация вооружения, подбор твёрдого сплава и формы зубков
Основные усилия по повышению эффективности вооружения долот направлены на совершенствование периферийной (калибрующей) зоны шарошки, на подбор оптимальных комбинаций форм, размещения и состава твердосплавных зубков. На рис. 4 представлена типичная схема вооружения долот из твердосплавных зубков. В стан-дартных долотах формирование диаметра скважины производится одним (калибрующим) венцом (см. рис. 5). В новых долотах применена хорошо себя зарекомендовавшая система «ТРУКАТ».
Принцип работы этой системы основан на разделении разрушающей активности с одного (калибрующего) венца на 3 - основной периферийный венец, вспомогательный венец и активизация вставок по обратному конусу шарошки. На рис. 6 показана схема работы системы «ТРУКАТ» по формированию диаметра (стенки) скважины.
Часто зубки вспомогательного ряда, особенно в долотах, предназначенных для бурения крепких и абразивных пород изготовляют из ударопрочных синтетических алмазов (Алмазные Ударопрочные Резцы - АУР). Фирма «Smith Int., Inc.», является обладателем патента на технологию изготовления алмазного ударопрочного покрытия по твёрдому сплаву практически любой формы. «Ударопрочность» этого покрытия достигается за счёт последовательного синтезирования алмазных слоев с различным содержанием карбида вольфрама от 25% до 75%.
Новые типы зубков внутренних венцов представлены «СКУЛЬПТУРНЫМИ» зубками. В их форме отсутствуют линии сопряжения поверхностей, формирующих тело зубка. Они имеют плавные (радиусные) сопряжения плоскостей, позволяющие избегать концентраций напряжений в теле зубка.
Свойства и состав твёрдого сплава используемого в долотах строго контролируется и выбирается в соответствии с физикомеханическими свойствами проходимых горных пород. На рис. 7 представлены базовые данные по свойствам и составу твёрдого сплава используемого в долотах
Inc.».
Совершенствование формы корпуса долота, защиты затылочных поверхностей и козырьков лап
Конструкция корпуса долота имеет весьма существенное значение для его производительности. В настоящее время нами предложены и успешно внедрены в производство ряд новшеств, таких как:
1. Новое положение продувочных насадок, позволяющее улучшить очистку забоя.
2. У величена площадь проходных сечений для выноса шлама.
3. При изготовлении лапы при-
- сглаживания линейных сопряже-
Рис. 5. Схема формирования диаметра скважины (калибрования) вооружением стандартного долота
Рис. 6. Схема формирования диаметра скважины (калибрования) долотами «ТРУКАТ»
Рис. 7. Свойства твердого сплава для изготовления зубков
ний образующих форму лапы по-
верхностей во избежание появле-
ния вихревых явлений увеличивающих абразивный её износ.
4. Увеличена задняя часть поверхности лапы для отвода шлама от продувочных насадок в процессе бурения.
5. Новая конструкция лапы позволяет разместить достаточное количество твердосплавных вставок на верхней (конической) площадке лапы, что позволяет уверенно выбуриться вверх при прихвате долота в скважине, (I.O.L. -конструкция).
6. Для защиты тыльной поверхности лап применены твёрдосплавные вставки полусферической формы с удлинённым цилиндрическим телом для надёжного крепления в посадочных отверстиях.
7. Козырьки лап долот предназначенных для бурения крепких пород армированы твёрдым сплавом нового состава, имеющего улучшенные адгезионные свойства и повышенное сопротивление абразивному износу.
8. Новая конструкция крепления воздухоподводящих патрубков облегчает процесс очистки подшипниковых узлов при их зашла-мовании.
В 1994 году фирма «Smith Int., Inc.» вышла на рынки СНГ с долотами для бурения взрывных скважин. В настоящее время свыше 10 горно-рудных предприятий СНГ эффективно применяют эти долота. Ими бурят в карьерах КМА, Кривого Рога, Кольского полуострова, Узбекистана, Казахстана, Киргизии, Эстонии и др. Потребители долот отмечают высокую их эффективность, а фирму «Smith Int., Inc.» характеризуют как надёжного партнёра.
производства фирмы «Smith Int., менен способ «скульптури-зации»
В табл. 1 приведены показате- бывающим предприятиям в срав-
ли работы долот фирмы «Smith нении с базовыми.
Int., Inc.» по некоторым горнодо-
/■
Т7
Волик Дмитрий Александрович - менеджер «Smith Eurasia, Ltd.», Москва. Мескин Алекс - руководитель проекта, Хьюстон, Техас, США.
Надикта Сергей Васильевич - ст. менеджер «Smith Eurasia, Ltd.», Москва.
