Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Шарошечное долото (рис. 8.1) состоит из кор­пуса I, который образуется его секциями или лапами, сва­ренными вместе. На верхней части корпуса нарезается резь­ба для соединения с бурильными трубами. Секции корпуса долота имеют цапфы 2, наклоненные к оси долота под раз­личными углами в зависимости от назначения долота.

На цапфах расположены подшипники 3 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 4 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 5 или

Рис. 8.1. Конструкция шарошечного до­лота

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 6, который заваривается сварным швом на спинке лапы.

Для эффективной очистки поверхности забоя от выбурен­ной породы (шлама) в корпусе долота монтируются промы­вочные устройства, обеспечивающие подачу промывочной жидкости на поверхность забоя.

Конструктивные параметры шарошечных долот приведены в табл. 8.1.

Таблица 8.1

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 под­
шипниках шарошек и трением калибрующих зубьев о стенки скважины, незначительны.

Большое число породоразрушающих 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.

Кинематика работы шарошки состоит в том, что при вра­щении долота она совершает сложное движение, участвуя в относительном движении вокруг собственной оси и перенос­ном вращательном движении вокруг оси долота (рис. 8.2) При сложении двух вращательных движений шарошка совершает вращение вокруг некоторой мгновенной оси. В зависимости от положения мгновенной оси меняется характер взаимодей­ствия зубца с забоем.

Рассмотрим условия работы одноконусных шарошек на забое. Шарошки вращаются вокруг оси долота ОА по часовой стрелке с угловой скоростью Юд и вокруг своей оси ОБ, пере­секающейся с осью долота в точке О, против часовой стрелки с угловой скоростью 0)ш.

Вектор абсолютной скорости угловой ша определяет поло­жение мгновенной оси вращения МЛГ, проходящей через точ­ки О и О’. Точка О’ в момент контакта шарошки с забоем не­подвижна, а все другие точки, расположенные на образующей

б

шарошки, описывают дуги окружностей, радиусы которых равны расстоянию этих точек до мгновенной оси. В результа­те зубья (штыри) шарошки, расположенные слева и справа от точки О’, проскальзывают по забою и поэтому наряду с дроб­лением породы будут скалывать ее. След, остающийся при этом на забое, показан на рис. 8.2, б.

Если ось вращения шарошки совпадает с линией контакта конуса шарошки с забоем, то взаимодействие зубцов с забо­ем происходит без их относительного смещения (рис. 8.2, а).

При пересечении мгновенной оси с линией контакта ша­рошки с забоем (см. рис. 8.2, б) зубцы шарошки, удаленные от точки А, будут проскальзывать по забою в момент вращения шарошки, производя скол породы. Скольжение зубцов шаро­шечного долота оценивается коэффициентом скольжения Ксю который представляет собой отношение суммарной площади, описываемой зубцами долота за один его оборот при их про­скальзывании по забою, к площади забоя. Коэффициент сколь­жения Кск находится в пределах от 0 до 0,15. Он зависит от формы шарошек и смещения их осей. У шарошечных долот, предназначенных для бурения мягких пород, шарошки имеют многоконусную форму; их оси смещены относительно оси до­лота. Эти долота характеризуются большим коэффициентом скольжения и осуществляют при вращении усиленное скалы­вание породы. Они относятся к долотам дробяще-скалываю — щего действия. Шарошечные долота, применяемые в твердых и абразивных породах, имеют шарошки в виде правильного ко­нуса, вершина которого лежит на оси долота. Они работают без проскальзывания и относятся к долотам дробящего дейст­вия. Коэффициент скольжения таких долот теоретически равен нулю.

При работе шарошечного долота на забое одновременно в контакте с породой находятся не все зубцы шарошки, а толь­ко их часть. В результате этого на забое остаются участки неразрушенной породы, расположенные концентрическими кругами. Степень поражения забоя зубцами шарошки харак­теризуется коэффициентом перекрытия Кп, который пред­ставляет собой отношение суммы длин зубцов, выделенных по одной образующей на каждой шарошке, к радиусу долота. Для долот, применяемых в мягких породах, Кп = 1,101, а для долот, используемых в крепких породах Кп = 1,4.

Срок службы шарошечных долот во многом зависит от из­носостойкости опоры шарошки. Опора шарошки включает в себя несколько подшипников, один из которых шариковый служит для закрепления шарошки на цапфе и называется замковым, остальные подшипники качения (шариковые или роликовые) или скольжения.

Создание герметизированных маслозаполненных опор обеспечивает благоприятные условия работы подшипников и повышает долговечность долота в несколько раз. Увеличению долговечности долот также способствует применение эмуль­сионных промывочных жидкостей, обладающих антифрикци­онными свойствами.

Комментарии запрещены.