Абразивные частицы, проникающие в зазор между трущимися деталями, образуют множество мелких царапин на их поверхности. На относительно ровной поверхности трения оси и шарошки наблюдаются отдельные неравномерно расположенные грубые шероховатости – впадины и вырывы размером (1 - 2) × (5 - 7) мм, ориентированные длинной стороной в плоскости вращения шарошки. Аналогичные впадины, ориентированные по концентрическим окружностям, наблюдаются на опорной поверхности «а» шарошки и шайбы. Разрушение поверхностей имеет локальный характер; признаки, сопутствующие повышению температуры, не наблюдаются.
Макрогеометрия поверхностей износа и условия трения (отсутствие смазки, низкая скорость перемещения и высокое удельное давление) свидетельствуют, что наряду с абразивным изнашиванием происходит изнашивание схватыванием 1-го рода, или холодный задир. Этот вид изнашивания выражается в пластической деформации поверхностных слоев деталей, возникновении металлических связей и разрушении с отделением частиц металла.
При использовании долот в крепких породах преобладало абразивное изнашивание, схватывание поверхностей происходило эпизодически – при бурении крепких включений (f = 8 - 10), когда увеличивалась контактная нагрузка. При бурении вскрышных пород пласта «Гигант» эти два вида изнашивания сопутствовали друг другу; при бурении по относительно крепким породам преобладало изнашивание схватыванием 1-го рода. Отмеченное соотношение видов изнашивания опор подтвердилось большим объемом бурения на разрезах Экибастузского угольного месторождения.
Опора скольжения, несмотря на неполную термическую обработку и значительный износ, характеризуется высокой надежностью (заклинивание опор или поломок осей не наблюдалось). Введение в опору зубчато-дисковой шарошки подшипников качения нецелесообразно, так как. это повысит стоимость долота и создаст возможность заклинивания опоры.
Таким образом, испытаниями установлено, что опоры скольжения ДЗДШ подвергаются абразивному изнашиванию под действием минеральных частиц, проникающих в зазор между сопряженными деталями, и изнашиванию схватыванием 1-го рода (холодному задиру). Преобладание того или иного вида изнашивания определяется условиями эксплуатации долота.
Опора скольжения обладает высокой надежностью, достаточной износостойкостью, по долговечности она значительно превосходит породоразрушающие элементы (зубцы, штыри) шарошек.
Совершенно обратное соотношение имеет место у обычных трехшарошечных долот (конусных), где, как правило, преобладает износ и преждевременный (по отношению к вооружению) отказ опор.
Износ зубьев ДЗДШ, армированных пластинами твердого сплава, характеризуется многообразием форм не только на разных, но и на одном агрегатированном резце (ромашкообразной формы). Исследования изнашивания резцов позволили выделить пять групп:
- «нормальный износ» (с образованием площадок по задней грани и округлением режущей кромки пластины в результате микроразрушения);
- «нормальный износ» в сочетании с незначительным разрушением пластины (периодическим скалыванием чешуевидных частиц в основном с передней грани);
- износ пластины с образованием остаточной пластической деформации режущей кромки;
- разрушение пластины, распространяющееся на значительную часть ее объема (следствием этого является полная или частичная потеря работоспособности; в последнем случае происходит изнашивание вновь сформированной поверхности, находящейся в контакте с породой);
- аварийный износ пластины (является следствием разрушения пластин и прекращения вращения шарошки).
Процессы изнашивания и разрушения пластин твердого сплава происходят одновременно и какой-либо из них преобладает над другим в зависимости от условий эксплуатации. В благоприятных геологических условиях пластины разрушаются редко, и стойкость комплекта зубчато-дисковых шарошек (армированных пластинами) превышает 1000 - 1600 метров скважины.
В трудных геологических условиях (при наличии мощных пластов крепкого песчаника с f = 8 - 10) стойкость пластинчатого вооружения резко снижается, и шарошки, к этому моменту изношенные еще незначительно, выходят из строя из-за разрушения пластин. Разрушение пластин, в конечном счете, приводит к потере вращения шарошки, долото начинает работать, как долото со стационарными резцами с интенсивным их изнашиванием.
Ориентировочная область рационального применения долота с зубчато-дисковыми шарошками (ромашкообразной формы), армированными твердосплавными пластинами, характеризуется горными породами с f = 1 - 6, содержащими включения (пласты, прослойки или линзы) песчаника с f = 7 - 8, составляющие 5 – 6 % глубины скважины.
В дальнейшем исследования в ГУЦМиЗ выяснили преимущества зубчато-дисковых шарошек, армированных твердосплавными штырями и более совершенной формы, которые в благоприятных условиях разреза “Черногорский” достигли стойкости (одного комплекта) 6018 м.
Работы по совершенствованию ДЗДШ должны быть направлены на повышение надежности вооружения шарошек и эффективности использования твердого сплава. При этом должны учитываться кинематические особенности этих долот, характеризующиеся, в том числе, широкой вариацией изменения усилий и окружных скоростей, действующих на вооружение в процессе разрушения горной породы в забое скважины.
2. 5. 4. Общая оценка конструкции долот с зубчато-дисковыми
шарошками
Буровые долота с зубчато-дисковыми шарошками характеризуются множеством конструктивных факторов, оценка качественного влияния которых на показатели бурения выполнена (табл.2.8.) с учетом известной методики [34]. Как видно из табл. 2.8, ряд важнейших факторов оказывает противоречивое влияние на размер затрат на бурение.
Таблица 2. 8
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.