Файл: Тюменский государственный нефтегазовый университет.pdf

10
Широкий проходной канал, ограниченный внутренними стенками головки 7, принято называть внутренней полостью 14 долота, а заплечики
15- упорным уступом (торцом), который обычно имеет скошенную фаску.
На рис. 5 видны также крышка 17 компенсатора и предо- хранительный сбрасывающий обратный клапан 77 автономной герметизированной принудительной системы смазки элементов опоры шарошки.
Внутренние элементы долота показаны на рис. 6, а и б, а крышка или пробка 20 компенсатора 25 - на рис. 6, б. Опора шарошки долота обычно состоит из консольной цапфы 2, составляющей единое целое с лапой 15, и подшипников, позволяющих шарошке при вращении долота свободно вращаться относительно цапфы и передавать осевые и радиальные на- грузки. Один из подшипников одновременно с отмеченными функциями выполняет также роль запирающего, фиксирующего устройства, удерживающего, шарошку на цапфе от продольного смещения. Поэтому такой подшипник называют замковым. Как правило, он выполняется в виде шарикоподшипника 12. Его шары заводятся в соответствующее гнездо через цилиндрический проход 16, просверливаемый в цапфе и запираемый после их установки специальной деталью, называемой замковым пальцем 15. Эта деталь имеет форму штыря, а выполняет роль пробки, заходящей в проход 16 и не позволяющей шарам выкатываться из беговой дорожки 10.
Рис. 6 Внутренние элементы шарошечного долота: а – элементы опоры шарошки; б – секция долота с герметизированной опорой

11
В пальце 18 на одном его конце (переднем) вытачивается сферический вырез 17, точно соответствующий (при совместной обработке пальца с цапфой) профилю внутренней беговой дорожки 10 замкового подшипника, а на другом - канавка 19 под сварочный шов, фиксирующий правильное положение пальца и препятствующий его смещению и выпадению.
По обеим сторонам замкового подшипника обычно монтируют большой и малый подшипники. Большой подшипник у многих оте- чественных и зарубежных долот состоит из беговой дорожки 14, роликов
13 и направляющих плоскостей 1. Он отделяется от замкового шарикового подшипника буртиком 11.
Малый подшипник чаще всего выполняется в виде подшипника скольжения с втулкой 4, которая впрессовывается в гнездо 8,
высверливаемое в шарошке. Втулку 4 часто называют

12
Угол
γ
обычно составляет 1/3 окружности, т. е. 120°.
Фиксирование сопряженных граней и секций перед сваркой производится с помощью установочных (сборочных) штифтов, под которые в каждой лапе высверливаются глухие отверстия 1 диаметром d.
При этом горизонтальные координаты В и Д осей отверстий под штифт измеряются от вершины двугранного угла, как показано на рис. 2.
Числовые значения этих координат зависят от номинального диаметра долота.
Вертикальная координата А оси штифтового отверстия 1замеряется по вертикали относительно точки пересечения оси 2 цапфы с осью шариковой беговой дорожки (желобом) цапфы, лежащей на расстоянии Б. От правильной разметки отверстий под штифты и качества выполнения сварных швов зависит разновысотность шарошек, которая влияет на работу долота на забое скважины, долговечность (стойкость) долота и проходку на долото.
Верхние сегментные части свариваемых секций и образуют присоединительную головку 4, на которой затем нарезается коническая наружная (ниппельная) резьба (рис. 2). Средняя часть долота составляет также единое целое в результате сваривания лап 3.
Корпусное долото (рис. 1) выпускается только больших (диаметром
393,7 мм и более) размеров.
Промывочная жидкость
В корпусных долотах обычно подается через осевую полость и центральное промывочное отверстие 10. Однако такие долота могут быть снабжены струйными соплами, вмонтированными или над шарошками, в боковом промывочном канале, или как над шарошками, так и в осевом промывочном канале, одновременно. В настоящее время происходит постепенное сокращение ассортимента корпусных долот и переход на промышленный выпуск долот больших размеров в секционном исполнении.
2.2. Промывочный узел шарошечных долот
Шарошечные долота могут иметь следующие схемы очистки:
1. Центральная
2. Боковая (гидромониторная)
3. Комбинированная (центральная и боковая)
Центральная схема очистки забоя
Центральная промывка происходит через центральное отверстие в корпусе долота. Центральное отверстие может оснащаться твердосплавной насадкой. Центральные промывочные отверстия могут быть выполнены и в плите, укрепляемой в нижнем конце, корпуса долота.

13
Центральное промывочное устройство обычно состоит из широкой осевой ниппельной полости 1 (рис. 7) и представляющего собой ее продолжение центрального промывочного канала 2. Это устройство не позволяет достаточно хорошо очистить и охладить калибрующие элементы долота. Однако оно обеспечивает удовлетворительную очистку основных венцов шарошек, очищает центральную зону забоя скважин и способствует рациональной организации периферийных восходящих шламонесущих потоков. Центральная система промывки приводит к образованию мощного нисходящего потока, что весьма важно в условиях, когда к долоту подводится недостаточное количество промывочной жид- кости. Долота серии ЦВ применяются главным образом с забойным двигателем при частоте вращения до 13,5 с
-1
, но могут успешно использоваться и в роторном бурении.
Рис. 7 Долото серии ЦВ
Боковая (гидромониторная) схема очистки забоя
Такая очистка осуществляется через 3 боковых отверстия, оси которых направлены на периферию забоя, минуя шарошки. На выходе из указанных отверстий устанавливаются износостойкие сменные насадки.
Стандартный ряд крепления твердосплавных насадок имеет внутренний диаметр от 6,4 до 22,2 мм.
Сопла закрепляют при помощи удерживающего замка (в данном случае стопорного кольца). Герметизация зазора между соплом и внутренней стенкой полости (гнездо пролива) обеспечивается обычно резиновым уплотнением (рис.5)

14
По форме струйные сопла и промывочные узлы в целом выполнялись в следующих модификациях: НГДУ, или НГ (рис. 8), НКВ,
НГУ и НД.
Сопло НГ, как видно на рис.8, характеризуется крутым сужением его воронкообразной внутренней полости от входного отверстия до прямолинейного цилиндрического участка у выпускного отверстия под определенным радиусом, соизмеримым с диаметром входного отверстия.
Наружная поверхность сопла этой (как НКВ) модификации выполняется гладкой цилиндрической. Это сопло герметизируется тороидальным резиновым кольцом 2, устанавливаемым во внутренний кольцевой паз на внутренней стенке промывочного канала 4 в лапе. Крепление производится пружинным стопорным кольцом 1. Такое сопло может устанавливаться в долота всех типов и размеров.
Рис.8 Сопло НГ и его крепление
Сопло модификации НКВ отличается от предыдущего увеличенной длиной (высотой) и значительно более пологим профилем внутренней стенки полости. Внутренняя полость этого сопла имеет форму раструба.
Профиль стенки полости состоит из трех частей. Верхняя часть, приближенная к входному отверстию, изгибается под радиусом кривизны, большим (т. е. более пологим), чем у сопла НГ. Средняя часть, наиболее длинная, сужается под малым (2°) углом к образующей цилиндра, параллельной оси сопла. Нижняя, приближенная к выпускному отверстию, представляет собой цилиндр, расположенный концентрично оси сопла. Это сопло герметизируется цилиндрическим резиновым кольцом и крепится при помощи резьбовой торцовой муфты, которая ввинчивается в устье промывочного канала. На наружном торце муфты выполнены пазы под торцовый ключ, при помощи которого закрепляется и извлекается муфта с соплом. Сопла модификации НКВ применяются во всех моделях долот диаметром 215, 9мм, изготовляемых АО «Волгобурмаш», за исключением лицензионных.

15
Материалом для изготовления насадок обеих модификаций служит минералокерамика 22ХС.
Лицензионные долота всех типов и размеров выпускаются с соплом
НГУ. Сопло НГУ, в отличие от рассмотренных, выполняется с кольцевой канавкой на наружной поверхности под обводной стопорный крепежный шплинт, деформируемый при вводе в эту канавку и принимающий форму кольца. Кроме того, профиль внутренней полости этого сопла имеет сложную, в основном вогнуто-выпуклую конфигурацию. Средняя часть полости представлена конической поверхностью перехода от верхней вогнутой к нижней выпуклой. Сопло НГУ изготовляется на основе карбида вольфрама с кобальтовой связкой или маловольфрамовый сплав типа МВ-
2.
Рис. 9 Сопла НД (а) и НКВ (б)
Сопла модификации НД (рис. 9, а). выполняется укороченным с относительно крутым сужением внутреннего радиального профиля проходного канала, характеризующимся радиусом кривизны R. Значения этого и других параметров, обозначенных на рис. 9, а буквами D, H, d, зависят от номера (размера) сопла.
Струйные сопла применяются главным образом в долотах с боковыми промывочными каналами, т. е. предназначенными для боковой очистки забоя. Боковая схема очистки обеспечивает относительно хорошее смывание направленными струями периферийных венцов долота. На забой скважины промывочная жидкость попадает в основном через зазоры между зубьями (или зубками) шарошек. Струи, бьющие из боковых сопел, в значительной мере затрудняют формирование восходящих потоков, которые должны поднимать с забоя шлам и разрушенную породу, но очистка периферийных калибрующих венцов более эффективна, чем в долотах с центральной промывкой.
Комбинированная (центральная и боковая) промывка
Комбинированная схема промывки представлена лишь двумя боковыми и центральной насадками.

16
При ассиметричной схеме промывки (с двумя боковыми насадками) вместо третьего бокового прилива под насадку на одной из лап предусмотрено значительное свободное пространство для улучшения условий прохождения восходящего потока промывочной жидкости.
2.3. Схемы опор долот
Корпусные, так же как и секционные шарошечные, долота могут быть изготовлены с различными вариантами опоры шарошки. Самый распространенный вариант опоры— вариант, выполняемый по схеме РШС
(рис. 2.). Этот вариант в отечественной практике обозначают литерой Н.
Ранее эта литера обозначала долота для низкооборотного бурения. Но в последнее время практика бурения в различных районах страны показала, что долота с концевым узлом скольжения могут применяться и при среднеоборотном бурении с помощью винтовых забойных двигателей и турбобуров при частоте вращения до 400 об/мин. Опоры выполнены открытыми, на подшипниках качения – большом роликовом и шариковом
(замковом), а также на одном радиальном и одном упорном подшипниках скольжения. Отсутствие герметизирующих элементов в данной серии позволяет выбрать максимальные габариты подшипниковых опор и тел качения, что обеспечивает высокую стойкость.
Серия «НУ» - среднеоборотные долота (до 300 об/мин) для бурения объемно-гидравлическими двигателями и ротором.
Имеют маслонаполненную опору, герметизированную резинометаллическими манжетами или радиальными резиновыми кольцами, выполнены на подшипниках качения – большом роликовом и шариковом (замковом), а также на одном радиальном и одном упорном подшипниках скольжения.
Поверхности радиального и упорного подшипников скольжения наплавлены твердым сплавом. В опоре предусмотрена система компенсации давления, выполненная в виде масляного резервуара в корпусе лапы, соединенного каналами с зонами трения в опоре.
Опора шарошки, включая два и более подшипников скольжения (как показано на рис. 4), обозначается буквой А. К этому варианту опоры относится опора, применяющаяся в долотах ГАУ с герметизированной маслонаполненной полостью шарошки. Буква У обозначает наличие уплотнения, точнее герметизирующего устройства (в виде манжеты, тороидального или другого кольца), перекрывающего кольцевой зазор между шарошкой и лапой долота. Такая опора является низкооборотной
(до 150 об/мин). Маслонаполненные опоры герметизированы резиновыми кольцами круглого сечения, выполнены на двух радиальных и одном или двух упорных подшипниках скольжения, с шариковым (замковым) подшипником качения. Большой подшипник скольжения представлен втулкой из износостойкого антифрикционного сплава с низким

17 коэффициентом трения, запрессованной в шарошке и работающей в контакте с поверхностью цапфы, наплавленной твердым сплавом. Рабочие поверхности малого радиального и упорных подшипников также наплавлены твердым сплавом. Поверхности скольжения опоры шарошки могут покрываться серебром. В опоре предусмотрена система компенсации расхода смазки и, уравнивая давления, выполненная в виде масляного резервуара в корпусе лапы, соединенного каналами с зонами трения. В полость кармана помещены эластичная диафрагма, габаритный металлический стаканчик, предохраняющий диафрагму от разрывов при больших перепадах давления внутри опоры и в затрубном пространстве. В крышке резервуара, фиксируемой резиновым пружинным кольцом, предусмотрены отверстия, связывающие наружную поверхность диафрагмы с затрубным пространством. Высокая стойкость наплавленных твердым сплавом поверхностей скольжения, позволяет уменьшить объем опоры скольжения, позволяет уменьшить объем опоры скольжения и за счет этого значительно увеличить габариты корпусов шарошек для размещения на их поверхности крупных фрезерованных или вставных твердосплавных зубков.
Опора, выполненная на подшипниках только с телами качения (рис.1), обозначается буквой В, как предназначенная для высокооборотного бурения (до 600 об/мин). Опоры для турбинного бурения выполнены открытыми, на подшипниках качения – двух роликовых и одном шариковом (замковом), с упорным подшипником скольжения или без него.
Как и в серии «Н», отсутствие герметизирующих элементов позволяет выбрать максимальные габариты цапфы лапы и тел качения, что очень важно для обеспечения высокой стойкости опор в условиях жестких форсированных режимов, характерных для высокооборотного бурения.
Опора шарошки может быть выполнена по схеме: РШР (рис. 1), ШШР
(рис. 4), РШШ, ШШШ. Среди опор ШШР и ШШШ могут быть варианты с двумя шариковыми замками, т. е. ШзШзР и ШзШзШ. Возможны варианты опоры с двумя (в долотах малых размеров), четырьмя и пятью (в долотах большого размера) подшипниками качения. Однако в последнее время наибольшее предпочтение получает схема РШР.
Малый диаметр шариков и роликов позволяет значительно повысить прочность цапфы и корпуса шарошки, но ослабляет прочность самих тел качения. Увеличение длины роликов, особенно в большом подшипнике, приводит к их перекосу и выкрашиванию, то сокращает срок службы опоры и долота в целом. Ролики обычно применяют цилиндрические со скошенными или закругленными концами; в последнее время успешно ис- пользуются укороченные ролики. Эти тела качения могут иметь форму усеченного конуса, быть бочкообразными и др.