Бурение скважин сплошным забоем, страница 3

На цапфах расположены подшипники различной конфигурации, образующие опоры шарошек. Опоры шарошек выбирают в зависимости от диаметра долота, его назначения и частоты вращения. Поэтому опоры могут быть высоко- и низкооборотные. На опорах монтируются шарошки конической, сферической или плоской формы в зависимости от заданной кинематики долота и от твердости буримых пород.

На корпусе шарошек размещено основное и калибрующее вооружение, состоящее из стальных фрезерных зубьев или из твердосплавных зубков. Основное вооружение располагается отдельными рядами (венцами) на основном конусе и участвует в разрушении забоя, а калибрующее вооружение — на затылочном конусе и участвует в калибровании диаметра скважины. Шарошки удерживаются на осях цапфы от осевого перемещения с помощью замковых устройств, которые выполнены в виде замковых шариковых подшипников, собираемых через отверстие в цапфы. Цапфы закрывают специальный палец, который заваривается сварным швом на спинке лапы.

Для эффективной очистки поверхности забоя от выбуренной породы (шлама) в корпусе долота монтируются промывочные устройства. Типы долот и режимы бурения в различных породах приведены в табл. 9.2 (по В. С. Травкину).

Конструкция шарошечного долота влияет на его работу и характер разрушения породы на забое. Механизм разрушения горных пород шарошечным долотом отличается от разрушения режущим инструментом. Шарошечные долота обладают повышенной прочностью и воспринимают достаточно большие осевые нагрузки. Шарошки долота, имеющие стальные и твердосплавные зубья, перекатываясь по поверхности забоя, наносят удары с определенной частотой и разрушают породу.

Для вращения долота не требуется больших затрат мощности, так как крутящие моменты, создаваемые трением в подшипниках шарошек и трением калибрующих зубьев о стенки скважины, незначительны. Большое количество породоразрушаюших зубьев позволяет равномерно распределять нагрузку в долоте и при незначительной площади контакта создавать высокие удельные давления.

При перекатывании шарошки по забою передача нагрузки на породу носит кратковременный характер, что уменьшает износ вооружения долота. Создаваемые при этом динамические нагрузки способствуют интенсивному разрушению породы.

По количеству шарошек шарошечные долота подразделяются на одношарошечные (I), Двухшарошечные (II) и трехшарошечные (III). Одношарошечные долота применяются редко.

Одношарошечные долота обладают очень важным для бурения глубоких скважин положительным свойством — кратно большей мощностью лапы и шарошки, прочностью опоры и тел качения по сравнению с мощностью всех трех лап, шарошек и опор трехшарошечного долота идентичного диаметра. Такое техническое решение обеспечивает предотвращение аварий одношарошечного долота из-за выхода из строя опоры и тел качения и практически исключает оставление единственной шарошки на забое, что имеет особое значение при бурении на больших глубинах, в то время как оставление шарошек на забое при использовании трехшарошечных долот — явление частое.

Отрицательное свойство этих долот заключается в том, что они эффективны в основном при бурении абразивных пород средней твердости, поскольку сильно заостренные копытообразные зубки при соскребании породы со стенок сферического забоя скважины обеспечивают достаточно высокую механическую скорость бурения только до затупления или скола режущей кромки.

Другое отрицательное свойство серийных одношарошечных долот состоит в том, что полное перекрытие забоя из-за сложного планетарного движения режущих кромок зубков относительно его полусферической поверхности происходит только после 18 — 20 полных оборотов.

Двухшарошечные долота наиболее распространены при бурении геологоразведочных скважин малых диаметров (46, 59. 76, 93, 112, 132 и 151 мм) на глубину до 2000 м с использованием легкого бурового оборудования.