Шарошечные долота
Работа станков шарошечного бурения в значительной степени зависит от правильного выбора и эксплуатации породоразрушающего инструмента. Отсутствие опыта в подборе шарошечных долот для конкретных условий обуславливает неудовлетворительное использование высокопроизводительных буровых станков, получение низкой скорости и высоких затрат на бурение [3].
Буровой породоразрушающий инструмент представляет собой шарошечное долото, выполненное из корпуса и шарошек, свободно вращающихся на цапфах (рис.1.27). Корпус долота сваривается из секции 1, на цапфах 3 каждой из которых с помощью подшипников 4 устанавливается шарошка 5. Шарошка является рабочей частью долота и представляет собой конус, на поверхности которого расположены фрезерованные или твердосплавные зубья. Под воздействием осевого усилия при перекатывании шарошек по забою они зубьями взаимодействуют с забоем скважины, создавая в породе напряжения, превышающие прочность породы и вызывающие ее разрушение. Разрушенная порода удаляется с забоя сжатым воздухом или промывочным раствором. В долотах с продувкой дополнительно в лапах и цапфах сверлят каналы 2 для направления части потока сжатого воздуха в опоры шарошек для их охлаждения, смазки и предотвращения зашламовывания. Верхняя часть корпуса долота заканчивается резьбовым ниппелем, с помощью которого долото соединяется со ставом буровых штанг. При вращении бурового става вращается корпус долота и шарошки. Причем частота вращения шарошки во столько раз больше частоты вращения долота, во сколько раз диаметр долота больше диаметра основания конуса шарошек.
Величина усилий, воздействующих зубьями на породу, пропорциональна усилию подачи, создаваемому на долоте и частоте вращения, Эта величина тем больше, чем дальше расположен зуб от оси скважины. Зубья, расположенные на вершине шарошек, работают в почти безударном режиме и разрушают породу, благодаря смятию и скалыванию при проскальзывании. Зубья, расположенные у основания конуса шарошек, имеют наибольшую энергию удара и разрушают породу ударом и скалыванием.
Шарошечные долота работают в тяжелых условиях, подвергаясь интенсивному истиранию и высоким динамическим нагрузкам. Поэтому к материалу долот придаются повышенные требования. Сталь шарошек должна обладать высокой прочностью и вязкостью, чтобы не происходило поломок и смятия зубьев. Она должна иметь повышенную износостойкость рабочих поверхностей. Наиболее полно этим требованиям удовлетворяют конструкционные легированные цементируемые малоуглеродистые стали. Шарошки изготавливают из легированных малоуглеродистых сталей. Для увеличения твердости поверхность шарошек цементируют на глубину 1.5-2 мм, а затем закаливают. Для уменьшения износа долот по диаметру тыльную сторону шарошек армируют трубчато-зернообразным сплавом ТЗ или цилиндрическими вольфрамокобальтовыми стержнями.
Долота классифицируются по числу шарошек на одно - и двух-, трех-, четырех - и многошарошечные. Трехшарошечные долота являются наиболее распространенными. Они хорошо сочетают в себе достаточную динамичность работы, устойчивость на забое и механическую прочность опор. Многошарошечные долота применяются для бурения скважин большого диаметра (более 600 мм).
Долота различают также по геометрии наружной поверхности шарошек с одно - и многоконусными шарошками, самоочищающиеся и не-самоочищающиеся, со смещенными осями и без смещения осей. В долотах самоочищающегося типа зубчатый венец одной шарошки входит в межвенцовую впадину второй шарошки, что позволяет выполнить шарошки большого диаметра и разместить в них более прочные опоры. Кроме того, самоочищающиеся долота хорошо работают в вязких, склонных к слипанию породах.
В зависимости от условий применения выпускают зубчатые, зубчато-штыревые и штыревые долота. Зубчатые долота разрушают породу на забое стальными фрезерованными зубьями, а штыревые – штырями из твердого сплава, запрессованными или впаянными в тело шарошек.
Шарошки свободно вращаются на цапфах. Шарошки долот малого диаметра вращаются на подшипниках скольжения с одним шариковым замковым рядом. В шарошках долот большого диаметра предпочтение отдают роликовым подшипникам.
Для получения наилучших показателей при шарошечном бурении необходимо производить выбор параметров долот в соответствии с горно-геологическими условиями работы и физико-механическими свойствами буримых пород. Под параметрами шарошечного инструмента понимают конструктивные особенности, характеризующие эффективность разрушения породы на забое, стойкость долота в целом и его отдельных элементов, т. е. работоспособность инструмента. Анализ конструкций серийно выпускаемых шарошечных долот позволяет выделить три группы параметров; геометрическая форма шарошек и их размещение относительно оси долота; геометрическая форма зубьев, их количество, расположение и характер армирования; тип опоры шарошек и наличие обдува подшипников или их геомефизации. Каждый из v названных параметров оказывает определенное влияние на эффект разрушения породы и долговечность отдельных рабочих элементов долота. Поэтому при выборе шарошечного долота необходимо, чтобы основные его параметры соответствовали условиям бурения. Это позволит получить высокую производительность при проходке скважин и наибольший срок службы инструмента, т. е. обеспечить наилучшие технико-экономические показатели при бурении.
Геометрическая форма шарошек и их размещение относительно оси долота оказывает существенное влияние на характер разрушения породы на забое и долговечность рабочих элементов долота. В зависимости от геометрической формы шарошки могут быть одно - и многоконусные, иметь совершенный или несовершенный конус. Последнее характеризует степень проскальзывания зубьев при перекатывании шарошек по забою и величину скалывающих усилий. Сдвигающе-скалывающий эффект при обработке забоя скважины во многом зависит от размещения шарошек относительно оси долота. Смещение осей шарошек усугубляет проскальзывание зубьев по забою. Наличие скалывающих усилий рационально при бурении вязких пород, которые плохо разрушаются за счет раздавливания, В крепких и абразивных породах проскальзывание шарошек приводит к интенсивному износу зубьев.
Поскольку вскрышные уступы угольных и россыпных месторождений сложены осадочными породами и наносами, представленными различными песчаниками супесями с гравийно-галечными включениями, имеющими высокую абразивность, то при работе шарошечного долота в таких условиях следует сохранять незначительное проскальзывание шарошек. Этому условию отвечают долота, имеющие одно - или двухконусные шарошки с пересечением их осей на оси долота. При бурении скважин в породах с включением крупной гальки, булыжников и валунов наиболее подходят долота, имеющие форму шарошек, близкую к совершенному конусу.
Геометрическая форма зубьев, их количество и расположение оказывают определяющее влияние на эффект разрушения породы. Геометрия зуба определяется профилем, высотой, длиной и углом заострения. Профиль рабочей части зубьев шарошек выполняется в виде клина или полусферы. Он характеризует интенсивность прироста площади контакта зуба с поверхностью горной породы по мере внедрения в нее. Исследование влияния формы зубьев шарошки на параметры разрушения породы показывают, что объемы разрушения зубьями шарошек с высокой интенсивностью прироста площади контакта меньше, чем зубьями с постоянной или незначительно увеличивающейся площадью контакта. Это объясняется тем, что когда площадь контакта зуба с породою изменяется незначительно, постепенно растущие напряжения распространяются в сравнительно большом объеме породы. При внедрении же зуба с резко изменяющейся площадью контакта с породой высокая концентрация напряжений имеет место в начальный период контакта и приводит к разрушению породы при малой глубине внедрения. Следовательно, для пород небольшой крепости целесообразно иметь шарошки с малой интенсивностью изменения площади контакта, так как в этом случае будет обеспечено отделение большого объема породы крупным сколом и разрушение будет более эффективным. Данному условию наиболее полно отвечает клиновой профиль зуба с наличием начального притупления.
В крепких породах необходимо получение весьма значительных концентраций напряжений в местах контакта зубьев с породой, т. е. в этом случае целесообразно использование шарошек с профилем рабочей части зуба, определяющим малую первоначальную площадь контакта. Этому условию наиболее соответствует сферический профиль. Форму контактной поверхности зубьев шарошек с породой следует выбирать также с учетом прочности зубьев и их износоустойчивости. Так, наибольшей прочностью и износоустойчивостью обладает сферическая форма, поэтому для бурения в крепких и абразивных породах необходимо использовать шарошечные долота со сферическими зубьями.
Для повышения износостойкости фрезерованных зубьев шарошек от абразивного износа их наплавляют трубчатозернообразным твердым сплавом "релит ТЗ". Сплав наносят слоем небольшой толщины, чтобы не нарушить геометрическую форму зуба. Тыльную часть периферийных венцов шарошек наплавляют твердым сплавом более толстым слоем.
Вооружение штыревых шарошечных долот состоит из твердосплавных зубков, запрессованных в тело шарошки с определенным натягом. Зубки имеют три основные разновидности: формы Г-26 с полусферической формой рабочей поверхности, изготовляемые из сплава ВК-8К; формы Г-25 с клиновой головкой, изготавливаемые из сплава ВК-11ВК, и формы Г-54 цилиндрической формы, используемые только для армирования тыльной стороны корпуса шарошек и спинок лап и изготавливаемые из сплавов ВК-4В и ВК-6В.
Размещение зубьев на шарошке должно обеспечивать наибольшую эффективность их взаимодействия на забой. Рационально такое размещение, при котором каждый зуб производил одну и ту же работу по разрушению породы независимо от своего местонахождения. В этом случае все зубья будут изнашиваться равномерно и стойкость шарошки будет наибольшей. В шарошках с фрезерованными зубьями трудно соблюсти рациональный порядок расстановки зубьев на венцах. В таких шарошках зубья располагаются в строгой последовательности по образующей конуса, что нарушает порядок расстановки зубьев и благоприятные условия их работы. В штыревых шарошках возможно такое размещение зубьев, при котором на образующей конуса находится только один зуб. Тогда удельное давление на забой становится наибольшим и увеличивается проходка на долото, так как уменьшается удельный износ зубьев.
Количество зубьев на шарошке зависит от крепости буримых пород. С увеличением крепости высота зубьев уменьшается, а их количество возрастает. Это вызвано необходимостью уменьшения шага зубьев, так как глубина внедрения зуба в более крепкие породы мала и при большом шаге между зубьями будут оставаться целички несколотой породы, для разрушения которой требуется воздействие зубьев. В легкобуримых породах количество зубьев на венцах шарошки необходимо уменьшать, потому что глубина внедрения зуба и объем сколотой породы в этом случае больше и при малом шаге будет происходить излишнее дробление породы.
Тип опор и наличие продувки подшипников шарошек оказывают существенное влияние на стойкость шарошечных долот. Конструкцию опор шарошек выбирают с учетом диаметра долота и области его применения и выполняют по ГОСТ 20692-75; на подшипниках с телами качения; на одном подшипнике скольжения и остальных подшипниках с телами качения; на двух и более подшипниках скольжения. В целях предотвращения попадания продуктов разрушения в опоры шарошек для долот, работающих с удалением буровой мелочи из скважины сжатым воздухом, предусмотрена продувка подшипников. Это уменьшает износ рабочих элементов опор и позволяет продлить срок службы шарошечных долот. Для улучшения охлаждения и смазки в нагруженных зонах беговых дорожек цапф к подшипникам скольжения вводят дополнительные каналы, а у основания цапфы фрезеруют два паза для прохода продувочного воздуха из полости шарошек в затрубное пространство. Разработано и начато производство шарошечных долот с герметизированными опорами, в которых предотвращается засорение подшипников продуктами разрушения забоя скважины.
Для бурения пород с различными физико-механическими свойствами промышленностью изготовляется 13 типов трехшарошечных долот (табл. 1.4).
Долота типа М и МС предназначены для бурения в наиболее мягких несцементированных или слабосцементированных и мерзлых породах с коэффициентом крепости по шкале 1-3. Долота типа С и СТ предназначены для бурения в пластичных и хрупкопластичных породах с f=3-5. Так как эти породы требуют для разрушения больших удельных нагрузок, зубьям этой группы долот придают большую прочность за счет увеличения угла заострения и уменьшения высоты. Долота типа МЗ и СЗ по конструкции сходны с долотами М и С, но зубья у них выполнены в виде запрессованных твердосплавных штырей с клиновой рабочей частью. Это позволяет бурить скважины в абразивных породах.
Таблица 1.4 Типы шарошечных долот и области их применения
Тип долота | Область применения | Исполнение шарошек |
1 | 2 | 3 |
М | Мягкие породы | Фрезерованные зубья |
МЗ | Мягкие абразивные породы | Вставные зубья клиновой формы |
МС | Мягкие породы с пропластками | Фрезерованные зубья |
МСЗ | Мягкие абразивные породы с пропластками средней твердости | Комбинация фрезерованных и вставных зубьев |
С | Породы средней твердости | Фрезерованные зубья |
СЗ | Абразивные породы средней твердости | Вставные зубья клиновой формы |
СТ | Породы средней твердости с пропластками твердых | Фрезерованные зубья |
Т | Твердые породы | Фрезерованные зубья |
ТЗ | Твердые абразивные породы | Вставные зубья клиновой формы |
ТК | Твердые породы с пропластками крепких | Комбинация фрезерованных и вставных зубьев |
ТКЗ | Твердые абразивные породы с пропластками крепких | Вставные зубья клиновой формы |
К | Крепкие породы | Вставные зубья сферической формы |
ОК | Очень крепкие абразивные породы | Вставные зубья сферической формы |
Долота типа Т предназначены для бурения в твердых скальных породах сравнительно невысокой абразивности с f=6-8. Для разрушения таких пород необходимо ударно-дробящее действие зубьев при минимальном проскальзывании по забою. Шарошки их изготавливают одноконусными с массивными и прочными зубьями, имеющими угол заострения 50-60°. Иногда на периферийных зубцах запрессовывают в тело шарошки штыри из твердого сплава ВК-8В. Такие долота называются зубчато-штыревыми (типа Т К).
Долота типа К применяются для бурения самых твердых и крепких пород повышенной абразивности. Их шарошки выполняются одноконусными, самоочищающимися с зубьями полусферической рабочей формы.
Долота типа ОК предназначены для бурения в особо крепких породах. Их шарошки оснащаются повышенным числом штырей, чем долота типа К. Вылет штырей у долот типа ОК меньше, чем у долот типа К. В обратный конус шарошек запрессованы штыри из твердого сплава с плоской рабочей поверхностью. Это позволяет более длительно сохранить диаметр долота.
Подвод воздуха для очистки скважины от продуктов разрушения может осуществляться через центральное отверстие в долоте или через периферийные сопла, размещенные между шарошками. Часть воздуха, подаваемая для продувки скважины может направляться по специальным каналам в лапах долота в опоры шарошек, омывая подшипники и выходя наружу. Это улучшает охлаждение опор и предотвращает попадание буровой мелочи в подшипники, что позволяет существенно повысить их стойкость. В марке долота указывается количество шарошек, диаметр долота и его тип. Например, III 244,5 К-П (трехшарошечное, диаметром 244,5 мм, типа К с продувкой опорных подшипников).
Увеличение эффективности применения станков шарошечного бурения в породах крепостью до 7 по может быть достигнуто за счет использования в качестве породоразрушающего инструмента режущих долот с продувкой скважины. Переход на режущие долота позволяет существенно повысить скорость бурения и снизить энергоемкость процесса разрушения породы на забое. Конструкции режущих долот разработаны Иркутским, Кузбасским, Новочеркасским техническими университетами, институтом НИИОГР и другими организациями. ИрГТУ созданы режущие долота для всего диапазона диаметров буримых на карьерах взрывных скважин (табл.1.5) [4].
Таблица 1.5 Технические характеристики режущих долот для бурения с продувкой
Показатели | Тип долота | ||
ЗРД-215,9 | ЗРД-244,5 | 1РД-269,9 | |
Диаметр скважины, мм | 216 | 245 | 270 |
Число резцов | 8 | 10 | 10 |
Число линии резания | 6 | 8 | 9 |
Скорость бурения, м/мин | |||
механическая | До 2. 5 | До 1.5 | До 1.5 |
техническая | До 1.5 | До 0.9 | До 0.9 |
Стойкость корпуса, м | До 3000 | До 2000 | До 2000 |
Расход резцов, шт./м | 0.03 | 0.035 | 0.035 |
Масса, кг | 15 | 20 | 25 |
Долото ЗРД-215,9 (рис.1.28) предназначено для бурения пород повышенной влажности в сочетании со шнеко-пневматической очисткой скважины. Может быть использовано для бурения с продувкой скважин воздухом. Долото разработано по заданию СКБ ИГД им. для станка комбинированного бурения СБШК-200.
Корпус имеет обтекаемую форму и обеспечивает максимально возможные по условиям прочности долота продувочные окна призабойной части. Подвод воздуха к забою осуществляется по двум каналам с выходом струи между лучами корпуса. Предусмотрена сплошная схема обработки забоя с дублированием резцов по внутренней и внешней линиях резания (рис.1.28 б). Дублирование внутренних резцов применено для повышения надежности центрирования бурового става, который при верхнем расположении вращателя станка обладает недостаточной жесткостью.
Долото ЗРД-244,5 разработано для станков ЗСБШ-200-60 и СБШ-250МНА, оснащено 10 резцами ШБМ2С-1-1-04, расположенными на четырех лучах корпуса. Схема обработки забоя аналогична предыдущему долоту.
Долото 1РД-269,9 (рис.1.29) предназначено для бурения взрывных скважин в породах с коэффициентом крепости до 7. Оно оснащено 10 резцами ШБМ2С-1-1-04, Принято четырехлучевое несимметричное расположение резцов с дублированием только внешнего калибрующего резца (рис.1.29 б). Конструкция долота проста и не требует специального ухода. Обслуживание долота заключается в контроле за износом резцов и своевременной их замене по мере затупления.
Большое разнообразие горно-технических условий и физико-механических свойств пород даже в пределах одного карьера часто требует применения различного бурового оборудования, не позволяет полностью использовать технические возможности современных станков и получить достаточную производительность при невысокой стоимости бурения. В связи с этим возникает необходимость в изыскании более совершенных способов воздействия рабочих органов на забой скважины, что связано с созданием новых конструкций бурового инструмента. В этом отношении наиболее перспективно использование комбинированного воздействия на породу различных типов рабочих органов, что позволяет значительно увеличить эффект разрушения породы и повысить стойкость инструмента. При этом могут быть учтены особенности работы и износа отдельных породоразрушающих органов и всего инструмента в целом.
В создании комбинированого бурового инструмента пока достигнуты сравнительно небольшие успехи, хотя существует настоятельная необходимость в работоспособном и надежном комбинированном инструменте для проходки взрывных скважин в условиях, когда использование обычного режущего, шарошечного, ударного или термического бурового инструмента не дает эффективного бурения. Широко применяемые на карьерах станки шарошечного бурения – наиболее совершенные из средств бурения для открытых горных разработок, Их конструкция без каких-либо переделок допускает использование, например, режуще-шарошечного или ударно-шарошечного бурового инструмента. Применение комбинированного инструмента на шарошечных станках позволит в условиях карьера обходиться одним типом станков, значительно расширить область их эффективного использования, увеличить скорость бурения и снизить стоимость проходки 1 м скважины.
Исходя из возможных схем воздействия на забой и сочетаний рабочих органов комбинированный буровой инструмент можно классифицировать по ряду следующих отличительных признаков.
По назначению - для бурения пород выше средней крепости (f>14), средней крепости (f=10-14) и ниже средней крепости (f<10). Крепость пород влияет на выбор породоразрушающих органов комбинированного долота. По принципу действия – термоударный, термошарошечный, ударно-шарошечный, режуще-шарошечный. Принцип действия комбинированного долота определяется сочетанием его породоразрушаюших органов, которое, в свою очередь, зависит от условий бурения. По способу воздействия рабочих органов на забой – с одновременным (рис.1.30 а, б, в), поочередным (рис.1.30 г) и раздельным (рис.1.30 д, е,) взаимодействием рабочих органов на забой.
Одновременное воздействие рабочих органов по всему забою целесообразно при высокой крепости пород в целях увеличения подводимой мощности и достижения разрушающих напряжений.
Поочередное воздействие на забой породоразрушающих органов комбинированного долота целесообразно при изменении свойств и крепости пород по глубине скважины. Разделение забоя участка между рабочими органами преследует цель создания наиболее благоприятных условий для работы каждого органа.
По форме образуемого забоя – бесступенчатая (рис.1.30 а, в, г), с центральным целиком породы (рис.1.30 б, д), с опережением центральной части забоя (рис.1.30 е). По типу взаимосвязи породоразрушающих органов: с взаимным перемещением рабочих органов и без него.Термоударный и термошарошечный буровой инструмент представляет собой сочетание огневой горелки и пневмоударника или шарошечного долота. Горелка обеспечивает интенсивный нагрев породы, при котором происходит резкое снижение ее прочности. При последующем механическом воздействии ударной коронки или шарошек достигается разрушение породы на забое скважины. По данным ДГИ, скорость объемного разрушения при термомеханическом воздействии в 1.6-3 раза выше суммарной скорости раздельного механического и термического воздействия. Такой инструмент целесообразно использовать на крепких кварцсодержащих породах.
Ударно-шарошечный буровой инструмент сочетает в себе пневмоударник и шарошечное долото. Во ВНИИБТ и ИГД им. создан и прошел испытания ударно-шарошечный инструмент (рис.1.31 а), состоящий из пневмоударника 4 с клапанным воздухораспределителем, двух шарошек 1 и долотчатой коронки 2. Коронка расположена между шарошками, лапы которых прикреплены к корпусу инструмента. Пневмоударник расположен внутри корпуса долота и служит для создания ударных нагрузок по хвостовику коронки. Ударный и шарошечный орган одновременно и независимо друг от друга обрабатывают весь забой скважины. Испытания долота свидетельствуют о возможности повышения эффективности бурения с широким изменением диапазона крепости пород (от 10 и выше). Скорость бурения может быть увеличена в 1.2 - 1.6 раза, а расходы по бурению 1 м3 горной массы снижены на 18 - 20 %.
УкрНИИпроектом разработан комбинированный буровой инструмент (рис.1.31 б) с опережающим разрушением центральной части скважины коронкой 2 пневмоударника, а периферийной – шарошками. Испытания такого инструмента показали, что он обеспечивает более высокую степень бурения при меньших усилиях подачи по сравнению с шарошечным. Криворожским институтом Гипрорудмаш на базе
Рис.1.31.Комбинированный ударно-шарошечный буровой инструмент
конструкции ВНШБТ и ИГД им. Скочинского (а), УкрНИИПроект (б)
и Гипрорудмаш (в)
1-шарошки ;2-колонки ;3-корпус; 4-пневмоударник; 5-двухшарошечное
долото; 6-хвостовик; 7-труба; 8-пружина
пневмоударника М-1900 создан комбинированный буровой инструмент, состоящий из двух пневмоударников 4, двух шарошек 1 и двух долотчатых коронок 2 (рис.1.31 в). Шарошки и долотчатые коронки установлены на одном уровне и одновременно обрабатывают забой своими породоразрушающими органами. В данном случае несинхронность работы ударников снижает эффективность разрушения породы.
Опыт создания ударно-шарошечного бурового инструмента свидетельствует о его работоспособности и возможности повышения механической скорости бурения при проходке скважин в крепких породах. Однако стойкость его не велика из-за низкой стойкости ударников, использования долот, не предназначенных для восприятия ударных нагрузок, и малой эффективности очистки скважины от продуктов разрушения вследствие недостаточного сечения продувочных каналов. Необходимо также разделение потоков сжатого воздуха, поступающего в ударный механизм и на продувку скважины.
Режуще-ударный буровой инструмент испытывался ИГД МЧМ и НИПИГормашем в варианте сочетания пневмоударников с насадками в виде кольцевых режущих коронок. НИИОГРом с участием ИГД СО АН разработан режуще-ударный инструмент РУИ-125, РУИ-160, РУИ-216 с динамическим интенсификатором, предназначенным для бурения пород с широким диапазоном крепости - от 1 до 12. Он состоит из долота, армированного пластинами твердого сплава, и погружного пневмоударника с регулируемыми параметрами. Использование такого инструмента позволяет снизить усилие подачи на забой в 1.5 - 3 раза по сравнению с шарошечным инструментом при существенном повышении скорости бурения.
При бурении пород сложного строения с наличием в толще мягких, вязких глиносодержащих пород крепких прослойков исключается возможность использования режущего инструмента, а шарошечные долота оказываются недостаточно эффективными, поскольку крепкие прослойки определяют соответствующий выбор их параметров. В результате технико-экономические показатели в подобных условиях оказываются весьма низкими. Решение проблемы может сделать целесообразным применение комбинированных долот, которые позволяют пробурить мягкие породы режущим, а крепкие шарошечным породоразрушающим органом. Рациональные принципы комбинированного воздействия на забой и оценка его эффективности даны в работах [1, 2]. На основании этого можно сформулировать принципы, которые необходимо соблюдать при разработке конструкции комбинированного режуще-шарошечного бурового инструмента.
1. Поочередная или совместная сплошная обработка забоя скважины режущим и шарошечным рабочими органами в зависимости от крепости буримых пород.
Нежесткость связи между режущим и шарошечным органами в направлении оси скважины. Только при условии взаимного смещения возможно осуществление принципа поочередной обработки забоя породоразрушающими органами. Возможность регулирования усилия, при котором происходит утапливание режущего органа в зависимости от характера буримых пород и мощности отдельных прослойков. Ограничение максимального усилия, воспринимаемого режущим органом, в целях предохранения его от чрезмерного износа. Обеспечение рационального способа обработки центральной части забоя скважины. Принятый способ разрушения центральной части забоя в значительной степени влияет на конструкцию долота и эффективность его работы. Беспрепятственность и направленность движения воздушного потока в призабойной зоне. Легкость замены режущего органа, поскольку долговечность его ниже долговечности шарошечного органа и долото должно комплектоваться несколькими режущими органами или сменными его элементами.С учетом изложенных принципов выбора параметров ИрГТУ разрабатывались конструкции режуще-шарошечных долот типа РШД (табл.1.6).
Таблица 1.6.
Технические характеристики комбинированных режуще-шарошечных долот
Показатели | Тип долота | |||
РШД-190 | РШД-215,9 | 1 РШД-215,9 | РШД-244;5ТЗ | |
Диаметр скважины, мм | 190 | 216 | 216 | 246 |
Тип резцов | - | - | ШБМ-20 | ШБМ-2С |
Тип шарошек | СТ | СТ | Т | тз |
Число резцов | - | - | 5 | 6 |
Число линий резания | - | - | 5 | 6 |
Скорость бурения, м/мин | ||||
механическая | До 1.0 | До 1.2 | До 1.0 | До 1.0 |
техническая | До 0,6 | До 0.7 | До 0.6 | До 0.6 |
Крепость пород | 7-12 | Вперемежку с более мягкими | ||
Стойкость, м: | ||||
режущей коронки | До 600 | До 600 | - | - |
съемного корпуса шарошек | До 1500 | До 1800 | До 1500 | До 1500 |
Расход резцов, шт/м | - | , | 0.012 | 0.014 |
Основные размеры, мм | ||||
высота | 275 | 280 | 285 | 327 |
диаметр по шарошкам | 190 | 216 | 216 | 246 |
Масса, кг | 23 | 26 | 27 | 40 |
Примечание. У резцов ШБМ-2С* укорочена державка.
Комбинированное долото РШД-244,5ТЗ (рис.1.32) предназначено для бурения скважин диаметром 244,5 мм в перемежающих породах ниже средней крепости с пропластками пород крепостью до 10 - 12. Оно состоит из четырех лап, две из которых служат для установки шарошек, а в двух других помещается режущий орган. Режущий орган вставлен в направляющие пазы лап и удерживается от выпадения замковыми пальцами.
Осевое усилие режущему органу передается посредством пружины, которая предварительно сжата гайкой. Величина усилия сжатия гайкой пружины может быть отрегулирована в соответствии с условиями бурения. При отсутствии нагрузки на режущей коронке усилие пружины на нее передается, оно воспринимается буртиками лап долота; при этом режущий орган может быть легко заменен. Величина превышения лезвия режущего органа над зубьями шарошек принята на основании опыта использования
режущего инструмента; она больше максимально возможной высоты снимаемой стружки.
На мягких породах разрушение забоя обеспечивается выступающим лезвием режущего органа. При увеличении крепости породы растет усилие подачи долота на забой, происходит утапливание коронки, в работу включаются шарошки и начинается совместная обработка забоя шарошками и лезвием. Доля участия режущего лезвия в разрушении забоя уменьшается с ростом крепости породы. При совместной обработке забоя создаются благоприятные условия для работы каждого рабочего органа и повышается эффективность разрушения. В породах с коэффициентом крепости от 4 до 12 скорость бурения комбинированным долотом в 1.5-2 раза выше, а энергоемкость бурения в 2 раза ниже, чем шарошечным долотом
