3.2. Лопастные долота для сплошного разбуривания забоя

Лопастные долота в зависимости от конструкции и оснащенности твердым сплавом предназначаются для бурения мягких и средней твердости пород, мягких пород с пропластками средних малоабразивных пород, для разбуривания цементных пробок, металлических деталей низа обсадных колонн и расширения ствола скважины.

Используются следующие лопастные долота:

двухлопастные 2Л (рис. 3.2) диаметрами от 76,0 до 165,1 мм с обычной (проточной) промывкой;

трехлопастные ЗЛ диаметрами от 120,6 до 469,9 мм с обычной и гидромониторной промывкой;

трехлопастные истирающе-режущего действия ЗИР диаметрами от 190,5 до 269,9 мм с обычной и гидромониторной промывкой;

шестилопастные истирающе-режущего действия 6ИР (рис. 3.3) диаметрами от 76,0 до 269,9 мм с обычной и гидромониторной промывкой;

пикообразные П диаметрами от 98,4 до 444,5 мм с обычной промывкой.

Выпускаются следующие типы лопастных долот (кроме долот вида П):

М — для мягких пород;

МС — для мягких пород с пропластками средней твердости;

МСЗ — для мягких абразивных пород с пропластками средней твердости;

С — для пород средней твердости.

Лопастные долота вида П выпускаются двух типов:

Ц — для разбуривания цементных пробок и металлических деталей низа обсадных колонн;

Р — для расширения ствола скважины.

Рис. 3.2. Двухлопастное долото 2Л: / — корпус; 2 — лопасти; 3 — пластина; 4 — штырь	Рис. 3.3. Шестилопастное долото истирающе-режущего действия 6ИР с гидромониторной промывкой: 1 — корпус; 2 ~ кольцо уплотнительное; 3 — болт; 4 — шайба; 5 — шайба байонет-ная; 6 — насадка; 7— штырь; 8 — лопасть; 9— укороченная лопасть

У шестилопастных долот 6ИР три лопасти имеют нормальную высоту, а три — укороченную (лопасти по высоте чередуются). Промывка осуществляется через три канала, расположенные между лопастями. Лопастные долота не применяются при бурении гидравлическими забойными двигателями и электробурами, так как при бурении ими требуется большой крутящий момент.

3.3. Шарошечные долота для сплошного разбуривания забоя

В России, а также в США и других зарубежных странах для бурения нефтяных и газовых скважин в основном используют шарошечные долота с коническими шарошками. Шарошечные долота предназначены для сплошного бурения нефтяных, газовых и геолого-разведочных скважин, а также скважин различного назначения в горнодобывающей промышленности и строительстве с очисткой забоя жидкостью или воздухом.

Шарошечные долота имеют следующие преимущества по сравнению с лопастными:

площадь контакта шарошечных долот с забоем значительно меньше, чем у лопастных долот, но длина их рабочих кромок больше, что значительно повышает эффективность разрушения горных пород;

шарошки долота перекатываются по забою в отличие от лезвий лопастного долота, скользящих по нему, вследствие чего интенсивность износа зубьев шарошек значительно меньше интенсивности износа лезвий лопастных долот;

вследствие перекатывания шарошек по забою крутящий момент, потребляемый долотом, сравнительно невелик, поэтому опасность заклинивания шарошечного долота сводится к минимуму.

В соответствии с ГОСТ 20692 — 75 шарошечные долота изготовляются трех видов: одношарошечные — I, двухшарошечные — II и трехшарошечные — III. Трехшарошечные долота получили наибольшее распространение (рис. 3.4). По расположению и конструкции промывочных или продувных каналов долота изготовляются: с центральной промывкой — Ц, боковой гидромониторной промывкой — Г, центральной продувкой — П, боковой продувкой — ПГ.

Рис. 3.4. Устройство трехшарошечных долот:

1 — торец присоединительного ниппеля; 2 — присоединительный ниппель с замковой резьбой; 3 — внутренняя полость присоединительного ниппеля; 4 — упорный уступ долота; 5 — резервуар для размещения смазки; 6 — система компенсации давления смазочного материала; 7 — лапа; 8 — периферийный роликовый радиальный подшипник качения; 9 — концевой радиальный подшипник скольжения; 10— концевой упорный подшипник скольжения; Л — герметизирующий элемент; 12 — средний шариковый радиально-упорный подшипник качения; 13— фрезерованный зуб периферийного венца; 14— фрезерованный зуб среднего венца; 15 — фрезерованный зуб вершины шарошки; 16 — наплавка зерновым твердым сплавом; 77 — шарошка; 18 — козырек лапы; 79 — замковый палец; 20 — цапфа лапы; 21 — спинка лапы; 22 — корпус долота; 23 — твердосплавный зубок, запрессованный в тыльный корпус шарошки; 24 — твердосплавный зубок Периферийного венца шарошки; 25 — твердосплавный зубок среднего венца ша-Рошки; 26— концевой роликовый подшипник скольжения; 27— твердосплавный 3Убок вершины шарошки; 28 — твердосплавный зубок, запрессованный в козырек лапы

Гидромониторные долота, как правило, выпускаются со сменными насадками, когда в нижней части промывочного канала долота растачивается гнездо для установки сменных насадок из износостойкого материала. В этом случае можно установить в долото насадки любого необходимого диаметра на выходе.

Опоры шарошек изготовляются (рис. 3.5): на подшипниках качения — В, одном подшипнике скольжения (остальные — подшипники качения) — Н, одном подшипнике скольжения с герметизацией уплотнительными кольцами и резервуарами для смазки — НУ, двух подшипниках скольжения и более с герметизацией — АУ (табл. 3.2).

Теоретически для каждой горной породы должно иметься долото, способное наиболее эффективно ее разрушать. Однако невозможно иметь на вооружении столько типов долот, сколько существует разновидностей горных пород с различными физико-механическими свойствами. На практике применяют долота, обеспечивающие хорошую эффективность в определенной группе пород.

Для классов горных пород, приведенных ниже, в настоящее время рекомендуется применять следующие типы трехшарошечных долот:

Мягкие................................................................................М

Мягкие абразивные............................................................МЗ

Мягкие с пропластами средней твердости......................МС

То же ...................................................................................МСЗ

Средней твердости .............................................................С

Абразивные средней твердости.........................................СЗ

Средней твердости с пропластами твердых.....................СТ

Твердые...............................................................................Т

Твердые абразивные...........................................................ТЗ

Твердые с пропластами крепких......................................ТК

Твердые абразивные с пропластами крепких..................ТКЗ

Крепкие...............................................................................К

Очень крепкие ....................................................................ОК

В зависимости от способа бурения для различных долот выработаны на практике предпочтительные режимы их применения (табл. 3.3).

Кроме трехшарошечных в практике бурения применяют двух-шарошечные и одношарошечные долота. Двухшарошечные долота предназначены для бурения мягких и вязких пород с пропла-стками пород средней твердости. Отличительной особенностью двухшарошечных долот по сравнению с трехшарошечными оди наковых диаметров является увеличение размеров шарошек и более благоприятные условия для расположения промывочных отверстий. Двухшарошечные долота представляют собой неразборную конструкцию, состоящую из двух сваренных между собой секций (лап), на цапфах которых смонтированы свободно вращающиеся на опорах шарошки с зубьями для разрушения пород. Двухшарошечные долота — гидромониторные с двумя боковыми каналами, в которые устанавливаются сменные насадки, направляющие струи бурового раствора на периферийную часть забоя скважины.

Рис. 3.5. Основные виды опор:

а — негерметизированные; б — герметизированные маслонаполненные; 1 — система компенсации давления смазочного материала; 2 — уплотнительное кольцо; 3 — периферийный подшипник скольжения с антифрикционным покрытием; 4 — замковый шариковый радиально-упорный подшипник скольжения; 5 — концевой радиальный подшипник скольжения; 6— концевой упорный подшипник скольжения; 7 — герметизирующий элемент; 8 — периферийный роликовый радиальный подшипник качения; 9 — концевой роликовый радиальный подшипник

Таблица 3.2 Цифровые и буквенные обозначения конструкций долот

Число шарошек	Диаметр долота, мм	Тип долота	Система промывки	Вид опор	Герметизация опор
III	190,5	мз	Г	А	У
III	215,9	ткз	Г	Н	У
III	215,9	с	г	Н	—
III	269,9	м	г	В	—
III	269,3	т	Ц	В	—

Примечание. Тип долота определяет конструкцию вооружения шарошек.

Таблица 3.3 Рекомендуемые режимы эксплуатации трехшарошечных долот

Способ бурения	Серия долота	Частота вращения долота, об/мин	Удельная нагрузка на 1 см диаметра долота, кН
Роторный	ГАУ	35. ..70	6... 8
Роторный. Забойными двигателями (винтовыми, турбобурами и электробурами с редукторными вставками, низкооборотными турбобурами)	ГНУ	40. ..250	6. ..10
Роторный. Забойными двигателями (винтовыми, турбобурами, электробурами)	ГН	60. ..450	6. ..10
Турбинный	ГВ, ЦБ	60. ..450	7. ..12

Одношарошечные долота (рис. 3.6) применяются для бурения твердых пород, залегающих на большой глубине. Они состоят в основном из одной лапы, на цапфе которой свободно вращается на шариковых опорах сферическая шарошка, в тело которой запрессованы твердосплавные цилиндрические зубья (штыри) с полусферической или призматической рабочей поверхностью.

Рис. 3.6. Одношарошечные долота: I — лапа; 2— шарошка; 3, 5 — шарики; 4 — палец; 6 — твердосплавный зубец