Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Износ вооружения шарошечных долот происходит вследствие соударения зубьев с породой и последующего скольжения по ней. При проходке крепких и абразивных горных пород скольжение зубьев может очень сильно снижать технико-экономические пока­затели бурения. Скольжение зубьев по забою вызывается рядом причин, в том числе конструктивными особенностями долота: сме­щением оси шарошки относительно оси долота; наличием двух и более конусов у шарошки и любым отклонением формы шарошки от конусной; смещением вершины конуса шарошки от оси долота.

Проведенное во ВНИИБТ изучение влияния смещения осей ша­рошек на эффективность работы долот и износ их в абразивной породе показало [67], что увеличение смещения осей шарощек к приводит к росту износа зубьев: долото со смещением осей шаро­шек, равным 10 мм, имеет износ в 2,5 раза больше, чем долото — без смещения этих осей. При всех исследованных значениях &(0; 2; 4; 6; 8 и 10 мм) наибольшую сработку имеют зубья I шарош­ки, а наименьшую (при больших смещениях осей шарошек) — зубья III шарошки.

Износ периферийных зубьев резко возрастает при увеличении к до 4 мм; при дальнейшем увеличении смещения осей шарошек до 6—8 мм интенсивность изнашивания зубьев практически не из­меняется, а при А=10 мм она существенно повышается. Пропор­ционально k растет износ зубьев оснбвного конуса. ч

Очень резко возрастает износ вершины шарошек при увеличе­нии смещения их осей: уже при &=4 мм зубья на вершине ша­рошки практически изнашиваются полностью.

Влияние смещения осей шарошек на износ зубьев зависит бт их шага: увеличение шага зубьев на 80% привело к росту отно­сительного износа зубьев на 80% для долот с А=0 и примерно — на 50% для долот с к —2;, 4 и 6 мм.

Чтобы снизить скорость изнашивания вооружения шарошек со — смещенными осями, предложено использовать клиновидные твер­досплавные зубья. Промысловые испытания опытных долот с та­кими зубьями показали [41] кратное увеличение проходки в аб­разивных породах на большой Глубине; механическая скорость практически оставалась постоянной в течение всего времени ра­боты долота.

Чем больше скольжение зубьев, тем интенсивнее их изнашива­ние, но тем больше и их скалывающее действие на породу, при­водящее в определенных условиях к росту механической скорости проводки. Поэтому при выборе долот для кбнкретных условий и при проектировании долот необходимо учитывать это обстоятель­ство. .

Для качественной оценки степени подверженности износу от­дельных элементов вооружения шарошки В. В. Симонов и др. [85] предлагают использовать удельное скольжение S ‘ — отноше­ние пути скольжения венца, содержащего точку х образующей, к длине пути этой точки вокруг оси шарошки за один оборот доло­та, выраженное в процентах, В качестве критерия качественной оценки эффективности величин’ скольжения отдельных венцов с: точки зрения разрушения породы предлагается [71] использовать

показатель S’ —отношение пути скольжения венца к длине прой­денного им за то же время пути по забою. Для определения S’x и S; необходимо знать скорость вращения шарошки, которую можно вычислить, если известно передаточное отношение шарош­ки, что равноценно знанию положения мгновенной оси вращения шарошки. /

Определение передаточных отношений многоконусных шарошек с призматическими зубьями применительно к двум — и трехшаро­шечным долотам рассмотрено в работе [71], а передаточных от­ношений шарошек штыревых долот — в работе [85]. Предложен­ная в указанных работах методика позволяет не только оценивать 1 удельное скольжение вооружения выпускаемых шарошечный До­лот, но и обеспечивать при конструировании новых долот наперед заданное удельное скольжение при одинаковой степени подвер­женности износу зубьев, расположенных на различных участках образующей шарошки, а также предусматривать усиление воору­жения на участках, наиболее подверженных износу.

Экспериментальные исследования [71 и др.] показали, что даже шарошки, выполненные в виде совершенных конусов, обеспе­чивающих теоретически отсутствие геометрических условий про­скальзывания, работают на забое со значительным скольжением. Скольжение шарощек увеличивается с ростом п и твердости гор­ной породы; оно уменьшается с увеличением шага зубьев. По­. этому регулирование скольжения различных точек шарошек при проектировании долот можно осуществлять не только смещением ; осей цапф в плане и изменением формы шарошек, но и изменением и шага зубьев.

Скорости вращения шарошек* имеющих одинаковое количество зубьев на периферийных венцах, практически одинаковы. Если же периферийные венцы шарошек имеют различное количество зубь­ев, то их скорости вращения различные; они, как правило, обрат­но пропорциональны количеству зубьев на периферийных венцах: Это обусловлено тем, что на забое скважины образуется рейка, шаг гребешков которой равен шагу зубьев периферийного венца с наименьшим числом зубьев. Зубья периферийных венцов других шарошек соскальзывают во впадины этой рейки.

Долговечность зубьев в значительной мере зависит от уровня и характера распределения напряжений вдоль контура зубца. В этом отношении клиновидная форма зубца не является рацио­нальной, так как напряжения вдоль контура распределяются не­равномерно: у вершины зубца растягивающие и сжимающие на­пряжения в несколько раз больше, чем у его основания [37]. Поэтому-то на различных стадиях притупления клиновидных зубь­ев интенсивность их изнашивания различная.

Сравнительную оценку усталостной прочности зубьев шаро­шечных долот можно осуществить по номограмме, предложенной В. Н. Виноградовым и др. [37]. Эта номограмма учитывает основ-

ные параметры зубьев, влияющие на их усталостную прочность. Она весьма полезна конструкторам, так как поможет им созда­вать равнопрочное вооружение шарошечных долот на всех венцах и шарошках.

При бурении твердых пород хорошие результаты дают штыре­вые долота, вооружение которых во времени изнашивается зна­чительно равномернее, чем вооружение обычных шарошечных до­лот; кривая падения механической скорости проходки с течением времени имеет вид, отличный от вида кривых на рис. 1—3. На ос­нове анализа промысловых данных А. М. Крыжановский [59] предлагает для выражения зависимости vt = vt(t) в таких случаях пользоваться уравнением

vt = v0 — bt — at2, (134)

где а и & — коэффициенты, зависящие от параметров режима бу­рения, свойств горных пород и типа долота. Для большинства стратиграфических горизонтов со сравнительно однородными по­родами значение этих коэффициентов в зависимости от конструк­ции вооружения колеблется в пределах а=1,8—2,9 и 6 = 0,2—0,6.

Автор [59] оговаривает, что справедливость формулы (134) ограничена временем работы долота 1,5—2,5 ч, что соответствует современному уровню техники и технологии бурения скважин в районах Урало — Поволжья. Он также отмечает, что зависимость (134) наблюдается в ряде горизонтов и при применении зубчатых долот, когда износ вооружения невелик (в этом случае рекоменду­ется принимать нижние пределы коэффициентов а и b).

Комментарии запрещены.