Все о шарошечных долотах

Бурильное долото – ключевой элемент эффективного разведывания, наращивания объемов добычи нефти и газа. Из данной статьи вы узнаете, что представляют собой шарошечные долота, в чем заключаются их особенности и принцип работы, кто занимается их производством, а также для чего именно их используют.

Буровое шарошечное долото – стандартный инструмент разрушения породы посредством буровых установок. Оно состоит из шарошек, подшипников, лап (секций), зубьев. Долото имеет сложное в сравнении с лопастными аналогами устройство, базирующееся на подвижных элементах (подшипниках).

Главным элементом является шарошка – деталь конусовидной либо цилиндрической формы, насаженная на ось. Лапа является центральным основанием, имеет наклон с возможностью регулировки. Шарошки крепятся к ней под заданным углом наружу либо внутрь устройства. В зависимости от разновидности они могут вращаться со скоростью до 250 об/мин.

В зависимости от разновидности шарошки могут иметь фрезерованный либо твердосплавный тип зубцов. Число шарошек может быть разным (от 1 до 6). Оно определяет сферу применения долот. К примеру:

• одношарошечные используют на большой глубине;

• двухшарошечные хороши в геологической разведке;

• трехшарошечные (используют чаще остальных) применяют для нефтяных и газовых скважин;

• четырехшарошечные – модификации для работы в сложных условиях.

Шарошечные долота способны выдерживать прохождение сквозь твердые породы. Однако их используют и в бурении мягких пород. Они различаются диаметром, обладают высоким ресурсом, имеют систему промывочных устройств. Исходя из условий эксплуатации снабжаются элементами герметизации опор. Ими воздействуют на породу путем дробления либо дробяще-скалывающим способом. На них возлагается основная роль в ходе прохождения ствола скважины в массиве горных пород.

На шарошечные долота приходится до 90% общего объема бурения. Они имеют явные преимущества перед лопастными аналогами – вторые приспособления используют при бурении мягких и пластичных пород роторным способом. Эффективность работы шарошечных долот зависит от смазки. Ее отсутствие ускоряет износ, делая устройства непригодными для эксплуатации.

Шарошечные долота – механизм разрушения горных пород, являющийся устройством прямого типа. В ходе бурения оно разрабатывает всю рабочую зону, разрушает и удаляет породу по рабочему периметру. Шарошки монтируют на лапы долот (число определяется назначением буровой установки). Конструкция одношарошечного долота проста, поскольку она не имеет полноценной лапы.

Конструкция трехшарошечного долота имеет элемент из литого металла – сопло. Его крепят на вращающийся ротор с помощью резьбовых соединений. На нем фиксируются лапы, которые имеют вращательный механизм с подшипниками. На этот механизм и крепят шарошку. Каждая лапа 3-шарошечного долота имеет форму двугранного угла. В поперечном сечении лапы, соединенные вместе, создают круг. Долото продвигается через породу за счет вращения и поступательного перемещения. Одновременно с долотом совершает поворотные движения буровой механизм.

Он вращается в противоположную сторону к направлению вращательных движений основного ротора. Такая особенность обеспечивает качественное дробление и уборку породы. Разработка ускоряется, обеспечивается легкое удаление грунта, замедляется засорение шарошек.

Головки разнятся по принципу воздействия на горную породу.

• При дробящем способе работы нет фрезерующего контакта периферийных зубцов со стенкой скважины в ходе минимального скольжения по забою, пока шарошки перекатываются. Головки с дробящим действием применяют при работе с твердыми и особо твердыми породами, включая их комбинации.

• При дробяще-скалывающем воздействии шарошки оказывают на стенки забоя большее скользящее воздействие. Эта схема бурения несколько иная, такие головки используют для работы с мягкими породами. Кроме того, они подходят для обработки грунта, в котором присутствуют пласты породы и абразив средней твердости.

Т-образная и Г-образная формы периферийных венцов снижают износостойкость долот по диаметру. Цена головок зависит от качества металлических насадок, числа и габаритов шарошек, особенностей лап. В среднем простые варианты обходятся в сумму 15000-18000 рублей. Покупая дорогой тип, придется заплатить от 40000 до 45000 рублей.

Классифицировать шарошечные долота можно по разным признакам. К примеру, они различаются способом производства, который влияет на вид и назначение головок. У них может быть разный тип сопла, отвечающего за соединение с ротором. Исходя из этого изделия делят на модели НД (для бурения скважин) и НКВ (отличающиеся широкой размерной сеткой).

Головки относят к разным сериям (1АН, 2АН, АВ). Серийные номера указывают на характеристики и конструктивные особенности.

• Маркировка 1АН указывается на головках, предназначенных для станков, оборудованных двигателями с низкими оборотами.

• Серия 2 АН отличается высокой оборотностью. Это головки с постоянной подачей смазки шарошек и подшипников в момент бурения.

• Маркировка АВ включает долота для работы на высокомощных установках. Вторая буква говорит о высокой оборотности изделий, способности к высоким нагрузкам.

По типу конструкции они бывают корпусными и секционными. Изделия первого типа используют для бурения скважин большого размера. Они отличаются сваренными секциями (лапами) и шарошками. Аналоги без корпуса состоят из сваренных между собой 2-х, 3-х, 4-х отдельных секций, имеют универсальную соединительную резьбу. Секционные головки крепят к бурильной колонне за счет наружной корпусной резьбы. Корпусные фиксируют с внутренней.

Такие шарошки имеют до нескольких уровней, они способны непоследовательно вращаться в разные стороны. Этим обеспечивается многократное увеличение эффективности работы долот. Они собраны из разных элементов. Способ работы обеспечивает самоочищение фасада головок (до 90% загрязнений).

По типу расположения и конструкции промывочных/продувных узлов изделия маркируют следующим образом:

• Ц (центральная промывка);

• Г (боковая гидромониторная);

• ЦГ (комбинированная промывка);

• П (центральная продувка);

• ПГ (боковая продувка).

По типу опор шарошки тоже разнятся:

• Н имеют 1 подшипник скольжения (остальные – качения);

• А имеют 2 подшипника скольжения и более;

• В имеют подшипник качения;

• У говорит о герметизации маслонаполненной опоры.

Применение опор качения и скольжения способствует снижению крутящего момента, необходимого для вращения долота на забое.

Различаются и размеры долот. Например, диаметр сопла (самой узкой части долота) может варьироваться от 100 мм до нескольких тысяч миллиметров. Диаметры шарошки находятся в диапазоне 50-1000 мм. Размеры долот могут составлять Ф=132, 92.1, 95.2, 98.4, 104.8, 114.3, 120.7, 149.2, 158.8 мм и так далее.

Изделия со стальными зубьями весят от 4-20 кг до 596-607,5 кг. Аналоги с твердосплавными зубьями весят от 5-10 кг до 596-630 кг. Размерный ряд долот насчитывает порядка 50 наименований основных типоразмеров.

Частота вращения зависит от диаметра долота, осевой нагрузки, типа опоры. К примеру, у изделия с диаметром 75-84 мм и осевой нагрузкой 3.5-4 ТС показатели вращения составляют 40-120 при опоре А или АУ, 30-800 при опоре В, 30-450 при опоре Н, доходят до 600 при опоре ВУ.

Шарошечные долота классифицируют по типу разрабатываемой породы. Отметим основные типы изделий.

• Образцы класса М. Согласно ГОСТ 20692 2003 данные образцы рассчитаны для бурения мягких пород (неабразивных, рыхлых, пластичных, абразивных слабосцементированных). При этом используются инструменты с фрезерованными стальными зубцами.
• Образцы класса М3. В этот стандарт входят шарошечные устройства с твердосплавными вставными зубьями, предназначенные для работы с мягкими абразивными породами. Модель 161 имеет центральную промывку, соединительную резьбу 3-88, герметизированную конструкцию опоры, весит 14 кг.
• Образцы класса МС. Долота данного типа имеют твердосплавные фрезерованные зубцы из стали. Они разработаны для бурения мягкого абразива с пропластками средней твердости.
• Образцы класса С. Такие долота снабжены стальными зубцами и предназначены для работы с породами средней степени твердости.
• Образцы класса ТК3. Эти долота предназначены для бурильных работ с воздействием на твердые абразивные горные породы, имеющие пропластки крепких. Они снабжены вставными твердосплавными зубьями.
• Другие. Помимо вышеописанных, есть и другие типы образцов: МС3, СЗ, СТ, Т, ТЗ, ТК, ТЗ, К, ОК. Маркировка указывает на тип геологических условий проходки.

Правильный выбор замедляет износ оборудования. К примеру:

1. МС3 используют при бурении мягких пород с абразивом со средними показателями твердости;

2. долота СЗ рассчитаны на бурильные работы с породами средней степени твердости;

3. СТ выдерживают большую в сравнении с предыдущими аналогами нагрузку;

4. насадки Т предназначены для работы с твердыми горными породами;

5. ТЗ справляются с бурением твердых абразивных пород;

6. ТК уже могут разрушать твердую породу с пропластками крепкой;

7. ТКЗ являются усиленной версией ТК, работают в тех же условиях, но разрушают породу с абразивом;

8. разновидности К и ОК справляются с бурением особо крепких горных пород (например, скальных магматических).

Сегодня шарошечные долота производят порядка 20 компаний. Исходя из технического уровня и показателей качества в число лучших производителей вошли американские торговые марки: Hughes Christensen, Smith, Reed, Security DBS. Достойную продукцию, отвечающую стандартам качества, выпускает и производитель Varel.

Среди компаний с меньшим объемом выпуска стоит выделить производителей Rock Bit, Walker-McDonald, TIX, Industrial, DKG, Kingdream PLC.

Бурильные насадки отличаются широким спектром использования. Шарошечные долота применяют при бурении нефтяных, газовых и взрывных скважин путем вращательного бурения сплошным забоем геологоразведочных, гидрогеологических, взрывных, иных скважин с очищением забоя жидкостью либо воздухом.

Помимо горнодобывающего производства, шарошечные долота применяют в строительстве. Разные типы долот оказывают оптимальное разрушающее воздействие на соответствующие породы. Их применяют при добыче нефти и газа, бурении водяных скважин. Они нужны в сферах, где требуется прорубить грунт (например, сделать колодец, собрать информацию о почве). Многошарошечные долота используют при реактивно-турбинном бурении.