Состояние и актуальность проблемы изыскания эффективных средств бурения скважин, страница 5

Рис. 1.3. Конструкция серийных буровых долот с конусными

 шарошками

 При изнашивании опор и вооружения (что составляет примерно 80 % всех причин выхода из строя конусных шарошечных долот) корпус долота с ниппелем остаются вполне пригодными для дальнейшей эксплуатации. Однако, при выбраковке этих долот в металлолом уходят все его детали и узлы. Ресурс корпуса долота при этом остается невыработанным.   

          С учетом изложенных обстоятельств возникает целесообразность разработки таких конструкций бурового инструмента, которые, имея высокую ремонтопригодность и разборность, позволяют эксплуатацию отдельных узлов и деталей (корпус, ниппель, опоры, породоразрушающие элементы, вооружение) с равным ресурсом, обеспечивающим повышение его надежности, снижение затрат на изготовление и себестоимости бурения единицы длины скважины.

          Попытки создания разборных ШД предпринимались давно, но в предшествующих работах не смогли отойти от традиционной формы лап секций, несущих шарошки. В большинстве конструкций корпуса (бандажи) скрепляли лишь ограниченную верхнюю часть секций, а сильно нагруженная прицапфовая нижняя часть лапы оставалась вне корпуса. Поэтому не обеспечивалось восприятие больших крутящих моментов, превышающих у тяжелых станков 10 – 15 кН∙м. При этом тонкие козырьки лап слабо защищены от износа.

Рис. 1.4. Долото для бурения скважин со сменными

породоразрушающими секциями

          Предложенная для глубокого бурения конструкция долота большого диаметра со сменными породоразрушающими секциями [9] содержит (рис. 1.4) корпус 1, в котором закреплены породоразрушающие секции 2 посредством стопорных и крепежных узлов. Секции 2 имеют хвостовики с конической резьбой 3. Стопорный узел представляет собой ступень 4 с граненой наружной поверхностью, расположенной под резьбой 3 и размещенной в корпусе 1 в граненом отверстии 5. Грани ступени 4 и отверстия 5 взаимодействуют между собой. Гайка 6 крепежного узла выполнена с граненым хвостовиком 7. Резьба 8 гайки 6 выполнена конической. Хвостовик 7 расположен над верхним торцом гайки 6.

          Достоинством рассмотренной конструкции является эффективность шламоудаления за счет адресного направления промывочных струй бурового раствора. Однако, конструкция приведенного долота со сменными породоразрушающими секциями предусматривает применение только двухшарошечного варианта исполнения, что далеко не всегда соответствует горнотехническим условиям бурения скважин. Кроме того, долото рассчитано для бурения скважин при удалении бурового шлама с промывкой раствором, что не приемлемо в современных условиях очистки взрывных скважин на горнодобывающих предприятиях.

          Одной из основных причин выхода из строя опор шарошек серийных долот является неравномерность нагрузок на шарошки, возникающая при неодинаковой крепости пород в забое, а также разновысотность вооружения шарошек и секций, допускаемая соответствующим ГОСТом при их изготовлении. В определенной степени указанные недостатки позволяет устранить разборная конструкция бурового долота, снабженного устройством, обеспечивающим передачу осевой нагрузки на секции долота таким образом, что она регулируется за счет перемещения этих секций в осевом направлении [10].

          Долото состоит из корпуса 1 (рис. 1.5) с замковой резьбой для соединения с бурильной колонной в верхней части и пазами на нижнем конце, по форме соответствующей бобышкам на секции 2 долота. На внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1 выполнена кольцевая канавка для размещения в ней запорного устройства 3. В верхней части корпуса 1 размещен подпятник 4, имеющий сферическую поверхность, на которую опирается пята 5 с такой же поверхностью, имеющая возможность поворачиваться относительно центра сферы в любом направлении.

Рис. 1.5. Разборное долото с регулируемой разновысотностью шарошек

Нижняя полость пяты 5 имеет плоскую форму и размещена в горизонтальной диаметральной плоскости этой сферы. На плоской части пяты 5 равномерно расположены сферические гнезда с юбками 6, имеющими внутренний диаметр больше диаметра сферической опоры. Юбка 6 и уплотненные сферические гнезда в секциях служат направляющими для сферических опор 7, не допуская их выпадения при отсутствии нагрузки на долото и поворота пяты 5 в плоскости, перпендикулярной оси долота. В нижней внутренней части втулки 8 установлена стандартная промывочная насадка 9. Каждая секция долота имеет возможность осевого возвратно-поступательного перемещения. Это обеспечивает равномерность распределения веса бурового става на секции долота при неровности забоя в пределах 20 мм и углах падения в пределах до 15 0.

          Однако, рассмотренное долото не предусматривает раздельное применение опор и породоразрушающих элементов. Параметры затрубного пространства и призабойной зоны при этом не отличаются от  указанных параметров традиционных шарошечных долот. Затрудненные условия очистки скважины от бурового шлама при этом также сохраняются. Усложнение конструкции приводит к снижению надежности работы долота, а при больших скоростях вращения бурового става не исключена вероятность возникновения вибраций. Кроме того, сложная конструкция долота не защищена от  проникновения в нее воды и продуктов разрушения породы, что может негативно отразиться на работоспособности долота.