CC BY
16БУРЕНИЕ
в.д. Буткин, д.т.н, А.в. Гилев, д.т.н, А.в. минеев, д.т.н, с.н. вершинский, аспирант, Сибирский Федеральный Университет
разборное буровое долото со сферическими шарошками
В применяемых отечественных и зарубежных бескорпусных двух- и трёхшарошечных долотах оси шарошек, установленных на цапфах, располагаются под большим углом (45-57°) к центру долота.
К числу недостатков таких долот относятся следующие: окружные скорости зубьев уменьшаются к центру долота до нулевых значений, что обусловливает необходимость высоких осевых нагрузок, большой массы и энерговооружённости буровой установки калибрующие (крайние к стенкам скважины) венцы шарошек выступают относительно козырьков лап на ограниченную величину, что обуславливает малый кольцевой зазор между корпусом и стенками скважины и, как следствие, затрудненную эвакуацию бурового
шлама и форсированный износ козырьков лап до обнажения тел качения, приводящего к заклиниванию шарошек; на консольные цапфы и узел крепления их к лапам создаются большие нагрузки, что требует применения дорогих легированных сталей. Заслуживает внимания сферическая форма шарошек, эффективно используемая в одношарошечных долотах. В работе [1] предложена конструкция долота с двумя шарошками полусферической формы, цапфы которых обращены к стенкам скважины.
Однако, вследствие больших величин радиуса полусферы долота и угла наклона осей вращения шарошек к оси долота, оно работает, в основном, в режиме резания, что ограничивает использование долота в крепких породах. В связи с большим углом наклона цапфы создаются большие нагрузки на узел крепления цапфы к центральной лапе, снижающие живучесть долота. Кроме того, изнашиваются боковые поверхности корпуса, что приводит к уменьшению диаметра долота. Разработанное в СФУ долото (рис.1) с
производство и комплексные поставки
трубопроводной арматуры
КЛАПАНЫ ЗАПОРНЫЕ, РЕГУЛИРУЮЩИЕ, ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЕ, ОБРАТНЫЕ
ЗАТВОРЫ ОБРАТНЫЕ, ДИСКОВЫЕ КРАНЫ ШАРОВЫЕ
www.tdzt.ru
V,' . IV* ■ J
ч*
LT кt
т (о Р]Г о 'в ы й
ЗАДвижкй^" ЗНАМЯ ТРУДА
--- * :■ - f."1
"" _iti
(812) 347-70-27, Санкт-Петербург, ул. Магнитогорская, д. 11, e-mail: [email protected]
расположением осей сферических шарошек под острым углом к вертикальной оси позволяет значительно повысить осевое усилие, в результате чего можно осуществлять бурение в крепких породах. В первом варианте предлагаемого бурового шарошечного долота (рис.1,а) цапфы шарошек установлены на сменных секциях, а во втором варианте (рис.1,б) для долот малого диаметра 160мм) цапфы шарошек выполнены заодно с корпусом. В обоих вариантах цапфы всех шарошек выполнены под одинаковым острым углом к вертикальной оси долота в сторону стенок скважины, выбираемым в зависимости от условий бурения.
Прицапфовые поверхности сменных
секций имеют угол наклона к вертикальной оси долота, равный углу наклона цапфы к горизонтальной оси долота, а рабочая поверхность зубчатых венцов на большем диаметре шарошки имеет зазор относительно поверхности корпуса, который должен отвечать определенным условиям, установленным в работе [2].
При этом отношение диаметра долота к большому диаметру шарошки для первого варианта составляет D/dш = 2,172,20, а для второго D/dш = 2,17-2,40. Эти соотношения выбираются для обеспечения равномерного разрушения породы без появления керна больших размеров в центре долота и крупных кусков (прослоек) между шарошками. Зазор относительно поверхности кор-
пуса и рабочей поверхности зубчатых венцов на большем диаметре шарошки сделан больше аналогичного зазора (затрубного пространства) в серийно применяемых трехшарошечных долотах с конусными шарошками в 1,51,7 раза. Это обеспечивает в сочетании с пневмо-эжекционной очисткой скважин более эффективное удаление бурового шлама из забоя скважины и предотвращает изнашивание тыльной части корпуса долота. Первый вариант предложенного бурового шарошечного долота содержит (рис.1, а) корпус 1 с ниппелем 2 и продувочными каналами 3. К корпусу 1 присоединены сменные секции 4 (рис.1, в), в каждой из которых выполнен резервуар 5, находящийся в резь-
ОАО «Концерн «Сгромнефтемаш»
156001, Россия, г. Кострома, ул. Вокзальная, 54
Тел.: (4942) 627-800 (доб. 24546, 24169), Факс: (4942) 62-78-15
[email protected], www.stromneftemash.ru
«стром н ефте маш »
БУРЕНИЕ
бовом отверстии 6. В сменных секциях 4 высверлены посадочные отверстия 7, в которые с натягом запрессованы цапфы 8, приваренные сваркой к сменным секциям 4 (рис.1, в). На цапфах 8, имеющих смазочные каналы 9, на радиально-упорном подшипнике качения 11 смонтированы шарошки 10 усеченной сферической формы, закрепленные на оси цапфы 8 с помощью замкового подшипника 12, шарики которого удерживаются стопорным пальцем 13. На шарошках 10 установлены кольцевые уплотнения 14. На торце цапфы 8 запрессован твердосплавной упорный стержень 15, упирающийся в твердосплавную упорную пластину 16.
Шарошка 10 имеет фрезерованное зубчатое или штыревое вооружение, снабженное твердосплавными зубьями 17. Замковый подшипник 12 удерживается стопорным пальцем 13 с помощью стопорного болта 18, ввинчиваемого в тело шарошки 10. Между
Рис. 1. Буровое долото со сферическими шарошками а - неразборного типа; б - разборного типа; в - вариант сменных секций
корпусом 1 и сменными секциями 4 установлены фиксаторы 19. Сменные секции 4 крепятся к корпусу с помощью крепежных болтов 20. Фиксаторы 19 в сменных секциях 4 помещаются в пазах 21 (рис.1, в).
Во втором варианте предложенного бурового шарошечного долота {рис.1, б) в корпусе 1 выполнено смазочное отверстие 22, в котором установлен болт 23. Цапфы 8 вмонтированы в корпус 1 с помощью посадочных отверстий 7 и закреплены сварочным швом 24. Расположение цапф под острым углом к вертикальной оси долота в сторону стенок скважины позволя-
ет создать большие осевые усилия на шарошки, причем с увеличением угла величина усилия может быть увеличена. В этом случае долото эффективно работает в крепких породах при силовых режимах бурения. Работа шарошек в ударно-дробящем режиме разрушения породы без проскальзывания по забою скважины обеспечивается пересечением их осей вращения (осей цапф) с вертикальной осью (осью вращения) долота. Это достигается также равенством угла наклона к горизонтальной оси прицапфовых поверхностей сменных секций с углом наклона цапфы к вертикальной оси долота. Долота рассматриваемого типа по сравнению с применяемыми конструкциями ШД имеют более широкие возможности изменения технических и технологических параметров для раз-
ных физико-механических свойств пород и диаметров скважин.
ЛИТЕРАТУРА
Травкин В.С. Породоразрушающий инструмент для вращательного бескерно-
вого бурения скважин. - М. : Недра, 1982 - 190 с.
Буткин В.Д. Проектирование буровых долот для открытых земляных и строительных работ. - М. : Макс пресс, 2005, - 240 с.
производство трубопроводной арматуры
Россия, 141400, Моск. обл., г. Химки, ул. Репина, б Тел./факс: (495) 644-3653, 572-2488, 572-3644 E-mail: [email protected] http://www.giras.net
ЛАУРЕАТ ПРЕМИИ
«РОССИЙСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ОЛИМП»
КРАНЫ ШАРОВЫЕ: ОМ 6-250 мм, РМ до 25 МПа
■ муфтовые, фланцевые, межфланцевые, под приварку, штуцерные Ы с обогревом, с контролем протечек
■ с ручным электрическим и пневматическим управлением (в т.ч. ПЗК)
■ материал корпуса: углеродистая, холодостойкая и нержавеющая сталь
ЗАДВИЖКИ ШИБЕРНЫЕ: ОМ 50-300 мм, РМ до 16 МПа
ГАРАНТИЯ КАЧЕСТВА:
1100% испытания продукции 12 года гарантии
—™
