ПР-10 Породоразрушающий инструмент.

ДОЛОТА

Породоразрушающий инструмент предназна­чен для концентрированной передачи энергии горной породе с целью ее разрушения. В машиностроении трудно найти аналогичный инструмент, условия работы которого были бы такими же жесткими, сложными и трудно контролируемыми, как для буровых долот. Так, реализуемая через долото мощ­ность, приходящаяся на 1 см его диаметра, может достигать 5—10 кВт, статическая осевая нагрузка — 10—15 кН. Дина­мическая осевая нагрузка может превышать статическую в 1,5 — 2 раза.

Нормальные динамические и статические нагрузки, крутя­щий момент, продольные, поперечные и крутильные колеба­ния приводят к тому, что элементы долот при бурении испы­тывают практически все виды напряжений, достигающих иногда предела текучести и прочности материала. Реализуе­мая механическая энергия при разрушении горной породы и в узлах трения долот практически полностью переходит в тепловую, в связи с чем тонкие поверхностные слои элемен­тов вооружения и опоры разогреваются до 800— 1000 °С.

Для условий работы буровых долот также характерна аб­разивная и коррозионная активность окружающей среды (разрушаемая горная порода, буровой раствор со шламом и химическими реагентами, минерализованные пластовые во­ды), повышенные пластовые давления до 100 МПа и темпе­ратура 150-250°С

ДОЛОТА ЛОПАСТНЫЕ

Лопастное долото в качестве рабочего эле­мента имеет лопасти, которые изготовляют либо с корпусом, либо приваривают к корпусу.

Лопастные долота относятся к инструменту режущего или режуще-скалывающего действия. Они предназначены для бу­рения в породах мягких и отчасти средней твердости.

Рис.2.1. Лопастное долото: 1 - головка с присоединительной резьбой;2 - корпус; 3- лопасть;4-промывочное отверстие;5-твердо­сплавное покрытие;6 - режущая кромка;

По ГОСТ 26-02-1282 — 75 выпускаются двух- и трехлопаст­ные долота: двухлопастные диаметрами от 76,0 до 165,1 мм и трехлопастные — от 120,6 до 469,9 мм. Для геологоразведоч­ного бурения ОСТ 7918 — 75 также предусмотрены лопастные долота диаметрами от 76 до 132 мм. Простейшим по конст­рукции является двухлопастное долото (см. рис. 2.1). Оно со­стоит из корпуса и двух лопастей, в головке корпуса имеется присоединительная резьба, а в нижней части ближе к лопас­ти расположены каналы для подачи промывочной жидкости к забою. У гидромониторных долот в каналах устанавливают насадки для формирования высокоскоростной струи промы­вочной жидкости.

На эффективность работы долота наиболее существенное влияние оказывают профиль лопасти долота и правильный подбор его конструкции по свойствам проходимых горных пород.

В профиле режущей части долота различают углы: перед­ний у (может быть положительным и отрицательным), реза­ния 0, приострения р, задний угол заточки а (рис. 2.2).

Чем мягче порода, тем меньше угол резания. По данным B.C. Федорова, для мягких и вязких глинистых пород опти­мальный угол резания примерно равен 70°, а для хрупких по­род - 90°.

Профиль режущей части лопастного долота отраслевой нормалью не регламентирован.

ИСТИРАЮЩЕ-РЕЖУЩИЕ ДОЛОТА (ДИР)

Истирающе-режущие долота могут быть от­несены к лопастным, но от последних отличаются тем, что, как правило, имеют разновысокие лопасти, армированные мелкими твердосплавными резцами.

Такое долото формирует ступенчатый забой и в зависимо­сти от свойств проходимых пород может работать как режу­щее долото, т.е. по всей длине лопасти снимать слой с забоя, или как истирающее, когда каждый мелкий резец обособлен­но взаимодействует с забоем и скалывает очень мелкие час­тицы горной породы.

Предложены различные конструкции истирающе-режущих долот. Наиболее распространены две конструкции: долота ДИР, разработанные Азинмашем, и ДФЛ, разработанные ГрозНИИ. Нормалью ОН 26-02-88 — 68 предусмотрено 15 ти­поразмеров долот диаметром от 76 до 269 мм с шифром ИР и ИРГ. Шифр ИРГ присваивается долотам с гидромонитор­ными насадками.

ШАРОШЕЧНЫЕ ДОЛОТА

Шарошечным долотом называется такой породоразрушающий инструмент, у которого основным рабо­чим органом является шарошка — стальная конусообразная деталь, свободно посаженная на ось и несущая на своей по­верхности иденторы — зубцы, штыри (рис. 2.3). Оно пред­ставляет собой своеобразный механизм, у которого враще­ние его корпуса преобразуется во вращательное движение шарошек вокруг их оси, в результате чего происходит пора­жение забоя зубцами, периодически вступающими с ним в контакт.

Долото может иметь от одной до трех и более шарошек. Наиболее распространены трехшарошечные долота; одно- и двухшарошечные долота производят в ограниченном количе­стве. Одношарошечные долота предназначены для бурения твердых неабразивных пород на больших глубинах, двухша­рошечные — в основном для бурения на небольших глуби­нах в мягких породах с пропластками пород средней твердости.

Рис.2.2. Шарошечное долото: 1 - корпус с резьбовой головкой;2 - лапа с опорой; 3 - шарошка;

Каждая шарошка снабжена множеством резцов, которые располагаются венцами. Венцы соседних шарошек располо­жены таким образом, что позволяют разрушать породу по всей поверхности забоя. Применяют два способа оснащения шарошки зубцами: фрезерование зубцов из тела шарошки с последующей наплавкой зерненого твердого сплава (релита и т.п.) или установка твердосплавных штырей (резцов) в гнезда методом холодного прессования. У одного и того же долота шарошки могут различаться по виду. Так, у некоторых трех-шарошечных долот только первая шарошка имеет полный

конус, а две (вторая и третья по ходу часовой стрелки с тор­ца) имеют форму усеченного конуса.

Шарошечные долота выпускаются в соответствии с ГОСТ 20692 — 75. Этим документом предусматривается изготовле­ние шарошечных долот 39 различных номинальных диамет­ров — от 46 до 508 мм.

Промышленностью производятся шарошечные долота многих типов, различных по вооружению и по конструкции опоры. По вооружению они отличаются друг от друга кон­фигурацией и расположением шарошек, размером и формой зубцов, их размещением на шарошке, использованием твер­дого сплава для армирования шарошек.

Характер взаимодействия зубцов шарошки с забоем, а следовательно, и специфика разрушения горных пород на за­бое зависят от размеров и плотности размещения зубцов в венце, а также от конфигурации шарошек и расположения их осей.

АЛМАЗНЫЕ ДОЛОТА

В настоящее время алмаз широко применяет­ся в технике как режущий инструмент и высокоабразивный материал. Его абсолютная твердость в 150 раз превышает твердость кварца. Плотность алмазов колеблется в пределах 3100 — 3520 кг/м³. Масса алмазных зерен измеряется в кара­тах(1 кар = 0,2 г.). Тип алмазного долота определяется формой торцовой час­ти и конструкцией промывочных каналов. Форма рабочей поверхности алмазного долота зависит от условий бурения. По форме алмазные долота подразделяются на спиральные, радиальные, ступенчатые с торовидными выступами.