4.2 Шарошкові долота

Шарошкові долота найбільш поширені. На них припадає 90-95% всього об'єму проходження свердловини. За ГОСТом 20692-75 шарошкові долота для суцільного буріння свердловин виготовляються трьох типів: одношарошкові, двохшарошкові і тришарошкові.

Шарошки доліт мають три типи спорядження:

з фрезерованими зубами, які складають одне ціле з тілом шарошки (для доліт типів М, МС, С, СТ, Т, ТК);

з вставними (твердосплавними)зубцями (для доліт типів МЗ, СЗ, ТЗ, ТКЗ, К, ОК);

з вставними зубцями і фрезерованими зубами (для доліт типу МСЗ).

Таблиця 4.1

Номінальний діаметр долота, мм	Висота долота, мм, не більше	Маса долота, кг, не більше	Допустиме осьове навантаження (в кН) при бурінні
			низько обертове об/хв.	високо обертове об/хв.
108	180	6	100	—
114,3	190	7	120	—
120,6	200	8	140	—
132,0	210	12	150	—
139,7	220	13	180	—
142,9	240	14	190	—
146,0	240	15	200	—
149,2	250	16	200	—
152,4	260	17	220	—
158,7	300	18	250	150
165,1	310	20	250	150
171,4	320	21	270	170
187,3	320	26	300	200
190,5	330	32	300	220
196,9	330	33	350	220
200,0	340	34	350	220
212,7	340	39	380	250
215,9	350	40	380	250
222,3	360	42	400	280
228,6	380	45	420	300
244,5	390	62	450	320
264,9	410	75	480	350
295,3	420	95	500	400
311,1	420	100	550	420
320,0	440	110	600	450
349,2	450	115	650	450
374,6	515	150	700	470
393,7	530	160	700	470
444,5	600	260	800	500
469,9	615	270	850	500
490	630	300	900	550
508	650	310	900	550

За розміщенням і конструкцією промивних або продувних каналів долота виготовляються:

з центральним промиванням — Ц;

з боковим гідромоніторним промиванням — Г;

з центральним продуванням — П;

з боковим продуванням — ПГ.

Опори шарошок виготовляються:

на підшипниках з тілами кочення — В;

на двох і більше підшипниках ковзання — А;

на одному підшипнику ковзання (інші підшипники з тілами кочення) — Н;

з герметизацією ущільнюючими кільцями і резервуаром для змазування — У.

ГОСТ 20692-75 передбачає 39 розмірів шарошкових доліт діаметром від 46 до 508 мм (табл. 4.1). В найбільш широкому асортименті і кількості виготовляються долота діаметрами 190 (190,5) мм і особливо 214 (215,9) мм. Це поясню-ється порівняно великим об'ємом проходження і багатоманітними фізико-механічними властивостями гірничих порід, які припадають на долота вказаних розмірів.

Діаметр і основні конструктивні ознаки бурових доліт вказуються в умовному позначенні. Наприклад, позначення долота ІІІ-215, 9СЗ-ГНУ-2 розшифровується наступним чином: тришарошкове (ІІІ), діаметром 215,9 мм, для буріння абразивних порід середньої твердості (СЗ), з боковим гідромоніторним промиванням (Г), з герметичною, масло наповненою опорою на одному підшипнику ковзання, інші підшипники з тілами кочення (ГНУ), 2-номер заводської моделі.

Те ж долото, виготовлене за ліцензією США, має умовне позначення ІІІ-215, 9СЗ-ГНУ-Р16, в якому буква Р означає, що долото виготовлене за імпортною технологією, 16 – порядко-вий номер збірки.

Шарошкові долота виготовляються з суцільним або зварним корпусом.

Долота з суцільним корпусом, які називають корпусними, складаються з литого корпусу з привареними до нього лапами, на цапфах яких змонтовані шарошки, які вільно обертаються. В корпусі є отвори для насадок, через які промивна рідина надходить на вибій свердловини. Для з'єднання з бурильною колоною корпус долота оснащується муфтовою замковою різьбою.

Корпусні конструкції використовуються для доліт діаметром більше 394 мм.

Долота зі зварним корпусом, які називають секційними мають переважне поширення в світовій практиці. Корпус секційних доліт (рис. 4.1) зварюється з попередньо зібраних секцій, число яких рівне числу шарошок долота. Кожна секція складається з лапи 1 з похилою цапфою 2 і конусоподібної шарошки 4, яка обертається на підшипниках 3.

4.1

Рисунок 4.1— Шарошкові секційні долота

Шарошки розрізняють за кількістю утворюючих конусів, геометрією і типом спорядження. Дво- і тришарошкові долота комплектуються багатоконусними шарошками, на поверхні яких концентричними рядами (вінцями) розміщується спорядження (зуби, зубчики). Вінець, розташований біля основи шарошки, називається периферійним. Нумерація вінців на шарошці починається з її вершини. Шарошки нумеруються від найбільш високої з мінімальним числом зубів на першому вінці до низької з найбільшим числом зубів на першому вінці.

В плані шарошки розміщуються зі зміщенням осей відносно осі долота в напрямку обертання долота. У вертикальній площині кут між віссю долота і осями обертання шарошок змінюється в межах 52-57. Для підвищення зносостійкості зу-би наплавляються твердим сплавом. Вставні зубці мають сферичну або клиноподібну форму робочого торця. Залежно від типорозміру долота вставні зубці мають діаметр 3,2-14,3 мм. Одношарошкові долота комплектуються сферичними шарошками, оснащеними вставними твердосплавними зубцями.

Для буріння твердих малоабразивних, крихких і крихко-пластичних порід використовуються долота типу Т, оснащені дво- і триконусними самоочисними шарошками, осі яких перетинаються в одній точці на осі долота. Шарошки оснащені дрібними зубцями з великим кутом загострення (рис. 4.1, а).

Долота типу К, які застосовуються для буріння самих твердих і міцних абразивних порід, оснащуються одноконусними самоочисними шарошками з твердосплавними зубцями (рис. 4.1, б).

Долота типу М для буріння м'яких порід мають дво- або триконусні самоочисні шарошки з осями цапф секцій, зміщеними відносно осі долота в сторону його обертання (рис. 4.1, в). Зуби шарошок відрізняються великою висотою і довжиною і невеликим кутом загострення. Збільшення кута нахилу осі шарошок до осі долота (55-57 30) дозволяє вписати в долото шарошки великого діаметру.

Долота типу С для буріння порід середньої твердості мають двох- і триконусні самоочисні шарошки з короткими гострими зубами (рис. 4.1, г).

На основі узагальнення даних експлуатації встановлені наступні середні показники проходження на долото залежно від його типу [35]:

Тип долота	М	С	Т	К
Проходження , м	50	30	20	15

Загальна особливість доліт всіх типів-зниження проходження на долото зі зменшенням його діаметра.

У самоочисних доліт зуби однієї шарошки заходять у впадини суміжної шарошки. Двох- і триконусні конструкції шарошок дозволяють підсилити опори доліт. Зміщення осей цапф відносно осі долота викликає ковзання зубів шарошок по поверхні вибою. Тому долота зі зміщеними осями поряд з дробильною дією сколюють породу. Шарошки бурових доліт встановлюються на багаторядних підшипниках кочення і ковзання. Внаслідок обмежених розмірів шарошок в долотах використовуються безобойменні безсепараторні підшипники кочення.

Отвори для центрального промивання виконуються у ви-гляді круглого наскрізного каналу, просвердленого по осі долота. Потік промивної рідини з бурильної колони по каналу долота направляються до центру вибою. Розпилюючись на дрібні струмки, рідина очищує вибій і піднімає кусочки зруйнованої породи по зазорах між стінками лап і свердловини в затрубний простір і дальше на поверхню. При центральному промиванні добре очищаються від шламу центр вибою і вершини шарошок.

Отвори для бокового промивання просвердлюються в спеціальних припливах (бобиках) лап. Струмені промивної рідини направляються на вибій між зубами шарошок. Ефективність бокового промивання зростає із збільшенням швидкості витікання рідини. Для цієї мети промивні канали оснащуються профільними насадками, які перетворюють потенціальну енергію рідини (тиск) в кінетичну (швидкісний напір) струменя. Високошвидкісне витікання рідини (120 м/с і більше) покращує очищення вибою і створює ефект динамічної дії струменя на вибій (гідромоніторний ефект).

Ефективність гідромоніторної дії залежить не тільки від швидкості витікання але і від напрямку струменя. Напір пропорційний квадрату швидкості витікання рідини, тому при використанні гідромоніторних насадок значно зростає тиск бурових насосів. В зв'язку з цим для буріння гідромоніторними долотами потрібні більш надійні і потужні бурові насоси. Насадки гідромоніторних доліт виготовляють із зносостійкого керамічного алюмооксидного матеріалу 2ХС. Каноїдальна форма прохідного перерізу насадки забезпечує компактний струмінь і порівняно невеликі втрати напору.

В секційних шарошкових долотах на відміну від корпусних використовується ніпельна приєднувальна різьба. Згідно з ГОСТ 20692-75, шарошкові долота діаметрами 46 і 59 мм мають праву циліндричну різьбу. Долота діаметром 76 мм і більше мають праву конічну різьбу, профіль і розміри якої співпадають з замковою різьбою бурильних труб.