ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.04.2024
Просмотров: 83
Скачиваний: 0
штамповки лап большого размера обусловливает при* менение корпусных долот № 14 и выше, хотя при этом расходуется на 15—20% больше металла и трудо емкость изготовления больше на 20—25%.
Для соединения с бурильными трубами, переходни ком или валом турбобура на верхней части долота нарезается резьба (в бескорпусных—-на ниппеле, в корпусных — в муфте).
Рис. 7. Типы опор:
а — скольжение — шарик — скольжение, б —- скольжение — шарик—шарик;
в—ролик-шарик — скольжение; г — ролик — шарик — шарик; д — ролик — шарик — ролик.
Опоры современных шарошечных долот (рис. 7), как правило, выполняются в виде подшипников каче ния (роликовых и шариковых). При малых размерах долот (до № 6) опоры выполняются комбинированными (скольжения-качения). Опора скольжения выполняется на малой шейке цапфы, когда при малых ее размерах невозможно выполнить опору качения, не нарушая прочности долота.
Опора каждой шарошки состоит из цапфы, изго товляемой за одно целое с лапой долота, и тел каче ния или скольжения. Наибольшее распространение по лучили опоры ролик— шарик — ролик и ролик—ша рик— шарик. Шариковый подшипник во всех долотах
2 |
799 |
гос. п |
-** 1 |
17 |
И АУЧН -'ЬХИ І •O '-"*# *
Е у*г п :- т і - |
*'■ • |
воспринимает осевую нагрузку и является замком, удерживающим шарошки на цапфах. Роликовые подшип ники воспринимают поперечные (радиальные) нагрузки.
Кроме этих, существуют опытные конструкции опор долот: резиновая трехрядная, трехрядная шариковая
Рис. 8. Типы промывочных устройств:
а — цилиндрические отверстия в секторе корпуса; б — конусообразные вставные плиты; $ — плоские вставные плиты; г — щелевые отверстия.
[15] и др. В последнее время за рубежом и в Совет ском Союзе испытывается опора скольжения (на малой шейке цапфы) в долотах № 8. Износостойкость опоры скольжения увеличивается путем повышенного наугле роживания поверхности шейки цапфы и впрессовыва нием износостойких втулок в шарошки.
Промывочные устройства (рис. 8і долот конструктив но выполняются в виде отверстий или щелей и разли чаются формой, числом и размером (диаметром) промы вочных отверстий.
В секциях бескорпусных долот располагаются про мывочные отверстия со вставными насадками цилин
18
дрической формы или формы щелей с направлением струи, как правило, на шарошки. У некоторых долот насадки наклонены к оси долота под углом -10°.
У корпусных долот промывочные устройства выпол няются в виде отверстий (сопел) в плите конусообразной или плоской формы с направлением струи на шарошки или между шарошками, а иногда и по центру долота.
Вдолотах малых и средних размеров имеется 1—3 отверстия, в долотах больших размеров (№ 14 и выше) — 3—6 отверстий (приложение 1).
Впоследнее время получили распространение долота
снижней промывкой — гидромониторные (струйные). Рабочие элементы долот характеризуются геометри
ческой формой шарошек, их расположением относи тельно оси долота, геометрической формой (профилем) зубьев и расположением зубьев на шарошках.
Шарошки располагаются симметрично относительно оси долота под углом 120° и наклонены к ней под углом 52°—57° 30' (в зависимости от типа долота), который определяется условием прочности и характером разру шения забоя скважины.
РАБОТА ШАРОШЕЧНОГО ДОЛОТА
Для определения работоспособности шарошечного долота используем исследования, проведенные А. Ф. Егеревым [6]. В общем случае шарошка имеет
две оси вращения (рис. 9), поэтому работу шарошеч ного конуса следует рассматривать с учетом прово рачивания относительно оси долота с угловой ско ростью «ш и относительно точки 0 ' — с угловой ско ростью сод. На основании принципа наименьшей работы и при равномерном распределении нормального усилия
2 |
19 |
по длине лезвия шарошки элементарная работа силы трения F на элементе dy будет
|
d.4T= Fvdy, |
|
|
|
|
где |
V— линейная скорость элемента dy, равная |
соh, |
|||
(здесь |
со — мгновенная угловая |
скорость проворачива |
|||
|
|
ния |
шарошки относи |
||
|
|
тельно оси |
MN и |
h —~ |
|
|
|
расстояние элемента dy |
|||
|
|
до оси MN). |
рис. |
9 и |
|
|
|
Согласно |
|||
|
|
угловым скоростям |
до |
||
|
|
лота |
сод и шарошки сош |
||
|
|
имеем |
|
|
|
Рис, 9. Схема к определению мгно |
sin (90 - ß) |
sin (ß — а) » |
|||
венной оси вращения шарошки. |
|
|
|
|
|
откуда
Если учесть, что h — у sin у, то sin В
ѵ = ш^ Ш й ^ ) у 5 т ^
Таким образом,
dAr = Есод ■;■cos ^—г sin cpydy |
|
д Sin (ß — а) |
ТУ У |
и работа сил трения правой части шарошки относи тельно оси 00'
cos ß |
cos ß • sin cp |
(l- x Y |
АТ = Faдsin (ß — а) |
= /Чйд sin (ß — a) |
2 * |
20
Для левой части шарошки относительно точки 0' работа долота
cos |
|
COS ß • Sin cp |
f! |
sin (ß — а) sin cpxdx = Fwд sin (ß — a) |
2 • |
||
о |
|
|
|
Полная работа |
сил трения |
|
|
А — АтА~ Ат |
cos ß sin cp |
W ~ x y + x \ |
( 1 ) |
2 sin (ß — a) |
|||
Минимум функции будет при |
= 0 или при х = |
||
= у , т. е. минимальная работа трения будет наблю
даться при скольжении образующей шарошки по за бою скважины относительно точки О', расположенной в середине образующей. *
Аналогичное местоположение точки О' будет для цилиндрической шарошки, ось которой расположена горизонтально, так как в этом случае
ср = ß — a; ß 0; А |
[(/ — x f + ха]. |
При цилиндрической шарошке, наклонной под углом к горизонтали,
/•’(О |
/ |
cp = ß — a; А = -y5cosß [(/ — x f |
+ х2}; x = — . |
Таким образом, при ср > 0 или при несовпадении вершины конуса шарошки с осью долота, шарошка всегда будет проворачиваться относительно точки О'. Это удобно при бурении вязких невысокой крепости горных пород, в противном случае наблюдается интен сивный износ зубьев.
21
Количество оборотов шарошки при <р> 0 будет
|
R Пд, |
|
|
|
(2) |
где R — диаметр скважины; |
|
|
|
|
|
г — радиус шарошки, |
проходящей через точку О'; |
||||
мд— количество оборотов долота. |
|
|
|
||
|
Если угол ср=0 и А= О, |
||||
|
количество |
оборотов |
ша |
||
|
рошки |
|
|
|
|
|
|
пш= |
-Z |
Мд, |
(3) |
|
где d —диаметр скважины; |
||||
|
dm ■— диаметр |
шарошки |
|||
|
|
по |
большому |
ос |
|
|
Для |
нованию. |
|
||
|
разрушения креп |
||||
|
ких горных |
пород следует |
|||
|
применять шарошки с уг |
||||
|
лом ср = 0 или |
конусные |
|||
|
шарошки, вершины кону |
||||
|
сов которых |
совпадают с |
|||
|
осью вращения |
долота. |
|
||
|
Шарошки |
современных |
|||
|
трехшарошечных долот вы |
||||
|
полняются либо одноконус |
||||
|
ными (совершенный конус), |
||||
|
либо двух-, трехконусными, |
||||
Рис. 10. Трехконусная шарошка |
иногда |
бочкообразными, |
|||
и профиль зуба. |
Шарошки с |
совершенным |
|||
|
конусом с углом конусности |
||||
83—90° (оси шарошек пересекаются на оси долота) применяются для бурения по крепким породам. Раз-
22
рушение вязких невысокой крепости горных пород происходит эффективнее, если зубья, кроме ударов, проскальзывают по забою. Проскальзывание достигается выполнением шарошек двух-, трехконусными (рис. 10) или со смещенными (рис. 11) осями (оси шарошек не пересекаются на оси долота).
Рис. И. Схема долота |
Рис. 12. Размещение шарошек до- |
со смещенными шарошками. |
лота и зубьев на шарошках. |
Величину проскальзывания различных моделей до |
|
лот принято определять |
коэффициентом скольжения, |
т. е. отношением суммы площадей, описываемых гра нями зубьев, скользящих по породе, за один оборот долота ко всей обрабатываемой площади забоя.
Для современных трехшарошечных долот коэффици
ент скольжения |
kc = |
0,001 -s- 0,2 |
(для типа М |
= |
|
=0,1 -г-0,2; для |
типа |
С kc — 0 , 0 6 0 |
, 1 ; для |
типа |
|
Т.&с= 0,01 -г-0,02; для |
типа К £с = |
0). |
|
|
|
Зубья на шарошках располагаются концентрически |
|||||
ми венцами (рис. |
12). В зависимости от геометрической |
||||
23
формы и расположения шарошек число венцов различно
(3 -6 ).
Шарошки по расположению на них венцов зубьев делятся на два типа: несамоочищающиеся и само очищающиеся, т. е. когда зубья венца одной шарошки входят между двумя соседними венцами зубьев других шарошек (рис. 13). Для условия самоочищения две шарошки долота выполняются обычно с усеченными конусами
(рис. 14).
Шарошки долот, предназначенных для бурения крепких пород, выполняются с полны ми конусами. Число рядов зубьев и их по ложение в этих доло тах обеспечивают пол ное перекрытие забоя
зубьями за один оборот долота.
На периферийной части забоя за один оборот до лота перекатываются три венца зубьев по одному и тому же участку, и, следовательно, эта часть забоя обслуживается тремя шарошками. Такое размещение зубьев на периферийном венце несовершенного конуса продлевает износ долота по диаметру.
У самоочищающихся шарошек на несовершенном конусе зубья полностью перекрывают друг друга, на основном конусе зубья не перекрываются, т. е. каж дый венец разрушает породу на своем участке. Ве личина перекрытия зубьями забоя характеризуется коэффициентом перекрытия — отношением суммы длин
24
