Выпуск 1. Шарошечные долота

1.1. Шарошечные долота OАО "Волгабурмаш"

1.1.1. Вооружение долот.

1.1.2. Схемы очистки забоя.

1.1.3. Схемы опор.

1.1.4. Долота с продувкой забоя воздухом.

1.1.5. Армирование спинок лап.

1.1.6. Одношарошечные долота.

1.1.7. Допуски на диаметры долот.

1.1.8. Рекомендуемые режимы отработки долот.

1.2. Шарошечные долота ОАО "Сарапульский машзавод"

1.2.1. Трехшарошечные долота со стальным вооружением шарошек.

1.2.2. Трехшарошечные долота для бурения реактивно (роторно) - турбинным способом (РТБ)

1.3. Шарошечные долота АО "Уралбурмаш"

1.4. Долота ОАО НПО "Буровая техника"- ВНИИБТ

1.5. Долота НПП "Азимут"

1.6. Долота ОАО "Нефма"

1.7. Методика подбора диаметров насадок гидромониторных долот с учетом глубины скважины и параметров наземного оборудования

Выпуск 1. Шарошечные долота

Внастоящее время отечественной промышленностью выпускаются шарошечные долота, являющиеся основным породоразрушающим инструментом для бурения скважин на нефть, газ

идругие ископаемые.

Всоответствии с ГОСТ 20692-75 "Долота шарошечные. Типы и основные размеры. Технические требования." шарошечные долота изготавливают трех трех видов конструкции: одношарошечные с указанием в начале обозначения долота - I, двухшарошечные - II, трехшарошечные - III.

Шарошечные долота обозначаются шифром, в котором указывается:

- число шарошек, шт; - диаметр долота в мм;

- тип долота по вооружению шарошек; - обозначение вида промывки; - обозначение вида опоры; - номер заводской модели.

Общая схема классификации шарошечных долот с учетом способа бурения, конструктивного исполнения опоры шарошек и конструкции промывочных или продувочных каналов, приведена на рис. 1.1.

Типы, область применения долот и исполнение шарошек должны соответствовать данным, приведенным в таблице 1.1.

Номенклатура и основные размеры шарошечных долот должны соответствовать указанным на рис. 1.2 и в таблице 1.2.

По расположению и конструкции промывочных или продувочных каналов долота подразделяются:

- с центральной промывкой - буква Ц; - с центральной продувкой - буква П;

- с боковой гидромониторной промывкой - буква Г; - с комбинированной центральной и боковой промывкой - буквы ЦГ; - с боковой продувкой - буквы ЦГ.

Опоры шарошек изготавливаются:

- на подшипниках с телами качения (В); - на одном подшипнике скольжения (остальные подшипники с

телами качения) (Н); - на одном подшипнике скольжения (остальные подшипники с

телами качения) и с герметизированной маслонаполненной опорой (НУ); - на двух и более подшипниках скольжения (А); - на двух и более подшипников скольжения и с герметизированной

маслонаполненной опоры (АУ).

Пример условного обозначения трехшарошечного долота диаметром 295,3 мм для бурения пород мягких с пропластками средней твердости, с боковой гидромониторной промывкой, с опорой шарошки на

одном подшипнике скольжения и с герметизированной маслонаполненной опорой и заводской модели номер 2:

III295,3МС – ГНУ - 2 ГОСТ 20692-75.

По конструктивному исполнению трехшарошечные долота могут быть секционными и корпусными. Корпусные долота обычно изготавливают большого диаметра - 393,7 и более мм. Остальные секционные - предварительно изготовленные лапы, собранные в шаблоне с тремя типоразмерами шарошек свариваются электросваркой и нарезается присоединительная резьба - правая коническая замковая или цилиндрическая трапецеидальная в соответствии с требованиями ГОСТ 20692-75. Шарошечные долота изготавливаются по техническим условиям специализированных заводовизготовителей.

Изготовители:

1.OАО"Волгабурмаш",Россия, 443004, г. Самара, ул. Грозненская, 1

Тел.(8462)30-30-70, 30-90-79. Факс (8462)30-23-72, 30-27-52, 30-31-06. Телекс: 214166 РТВ RU FOR Nо 184 e-Mail:market@vbm.samara.ru

2.OАО "Сарапульский машиностроительный завод"

Россия, 427900, г. Сарапул,Удм. Республика, Красный проезд, 3.

Тел. (34147) 2-28-77, 2-29-83. Факс (34147) 2-31-94,

Для телеграмм: "Стрела", Телетайп 755638. e-Mail:nazarov@udmnet.ru

3.ОАО "Уралбурмаш", Россия, 623093, пос. Верхние Серги, Свердловской обл., ул. Володарского, 10.

Тел. (34396) 2-41-53, 2-55-87. Факс (34396) 2-49-60, 2-42-10,

Телетайп 348252 БУР

4.Экспериментальный завод ОАО НПО "Буровая техника" –ВНИИБТ.

113114, г. Москва, ул. Летниковская, 7-9.

Тел.(095) 236-01-70, Факс (095) 959-67-11.

Телетайп 112168 ДОЛОТО e-Mail:vniibt@dataforce.net

5.НПП "Азимут", 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1, корп. 4.

Тел. (3472) 45-55-09, Факс (3472) 43-11-52, 43-18-76. Телетайп: 162807 ПУЛЬТ, 162449 ЗНАНИЕ. Телекс: 162117 РТВ SU AZIMUT e-Mail:NPPAzimut@ufacom.ru

6. ОАО "Нефма", 443042, Россия, г.Самара, ул. Белорусская, а/я 3775,

тел.(8462) 300223,3079573, факс.(8462) 000214,

Телетайп 344377, МАКЕТ. e-Mail:nefmamarket@mail.ru

1. 1. Шарошечные долота OАО " Волгабурмаш "

Все шарошечные буровые долота, выпускаемые OАО "Волгабурмаш", соответствуют требованиям ГОСТ 20692-75, спецификации 7 API и стандарту ISO 3395.

OАО "Волгабурмаш" выпускает одношарошечные, двухшарошечные и трехшарошечные долота диаметрами от 120,6 до 444,5 мм:

- для высокооборотного (до 600 об/мин.) бурения пород от мягких до очень крепких с боковой, центральной и комбинированной промывкой (продувкой) забоя;

- средне и низкооборотные, в том числе с герметизированными маслонаполненными опорами качения и скольжения для бурения пород от мягких до очень крепких абразивных.

Общий перечень долот OАО "Волгабурмаш" и их основные характеристики приведены в таблице 1.3.

1. 1. 1. Вооружение долот.

Вдолотах типов "М", "МС", "С" и "Т", предназначенных для разрушения малоабразивных пород, шарошки оснащены фрезерованными зубьями, наплавляемыми зерновым твердым сплавом. Наплавочный материал состоит из композиции зерен твердого сплава и более мелких частиц карбида вольфрама, наносится на все поверхности зуба (боковые и торцовые поверхности и притупления). Это способствует увеличению стойкости вооружения и долота в целом, обеспечивает высокую механическую скорость бурения за счет длительного сохранения породоразрушающей поверхности фрезерованных зубьев. Общие виды шарошек типов "М", "МС" и "С" приведены на рис. 1.4.

Вдолотах типов "МЗ", "МСЗ", "СЗ", "ТЗ", "К" и "ОК", предназначенных для разрушения абразивных пород, шарошки оснащаются твердосплавными вставными зубками с различной породоразрушающей поверхностью, диаметром, величиной выступания над телом шарошки.

Вкачестве материала для их изготовления применяются твердые сплавы с высокими прочностными свойствами и противоизносными показателями.

Общие виды шарошек типов "МЗ", "МСЗ", "СЗ" и "ТЗ", "К" и "ОК" - на рис. 1.4.

Высота породоразрушающих элементов или твердосплавных зубков и их шаг по венцам максимальны в долотах, предназначенных для бурения мягких пород и изменяется до минимума в долотах для твердых пород.

Вооружение шарошек для мягких пород спроектировано с максимальным смещением осей шарошек и максимальным углом наклона к оси долота с целью усиления ударно-сдвигающего воздействия.

Вооружение долот для пород средней твердости спроектировано со средним смещением и соответствующим углом наклона оси цапфы с целью получения как скалывающего воздействия, так и достаточно высокого ударно-сдвигающего воздействия.

Вооружение долот для твердых пород спроектировано с минимальным или вообще отсутствующим смещением с целью получения чисто ударного воздействия.

Долота со штыревым твердосплавным вооружением изготавливаются с широким диапазоном форм зубков с целью обеспечения возможности соответствующего выбора долота для каждого частного случая применения.

1. 1. 2. Схемы очистки забоя.

Шарошечные долота, выпускаемые АО "Волгабурмаш", могут быть оснащены по следующим схемам очистки забоя:

-Центральная, через центральное отверстие в корпусе долота. Центральное отверстие долота может оснащаться сменной твердосплавной насадкой.

-Боковая (гидромониторная), через 3(2) боковых отверстия, оси которых направлены на периферию зуба, минуя шарошки. На выходе из указанных отверстий устанавливаются износостойкие сменные стандартные или удлиненные насадки, схема крепления которых показана на рис. 1.5 и 1.6.

Стандартный ряд твердосплавных насадок приведен в таблице

1.4.

-Комбинированная (центральная и боковая) схема промывки представлена обычно двумя боковыми и центральной насадками и называется иногда асимметричной. При асимметричной схеме промывки (с двумя боковыми насадками) вместо третьего бокового прилива под насадку на одной из лап предусмотрено свободное пространство для улучшения условий прохождения восходящего потока промывочной жидкости.

С удлиненными насадками, которые с приближением к забою увеличивают подачу гидравлической энергии к разрушаемой поверхности, обеспечивая улучшение характеристик гидравлического

1. 1. 3. Схемы опор.

АО "Волгабурмаш" выпускает шарошечные долота с различными сериями опор.

Серия " АУ ". Конструкция долота с опорой серии "АУ" показана на рис. 1.7. Это низкооборотные долота (до 150 об/мин) для бурения роторным способом или с использованием низкооборотных забойных двигателей.

Маслонаполненные опоры герметизированы резиновыми кольцами круглого сечения, выполнены на двух радиальных и одном или двух упорных подшипниках скольжения, с шариковым (замковым) подшипником качения. Большой подшипник скольжения представлен втулкой из износостойкого антифрикционного материала с низким коэффициентом трения, запрессованной в шарошке и работающей в контакте с поверхностью цапфы, наплавленной твердым сплавом.

Рабочие поверхности малого радиального и упорных подшипников также наплавлены твердым сплавом. Поверхности скольжения опоры шарошки могут покрываться серебром. В опоре предусмотрена система компенсации расхода смазки и уравнивания давления, выполненная в виде масляного резервуара в корпусе лапы, соединенного каналами с

зонами трения. В полость кармана помещены эластичная диафрагма, габаритный металлический стаканчик, предохраняющий диафрагму от разрыва при больших перепадах давления внутри опоры и в затрубном пространстве.

Вкрышке резервуара, фиксируемой пружинным кольцом, предусмотрены отверстия, связывающие наружную поверхность с затрубным пространством. Специальный термостойкий состав смазки "Долотол-АУ" резко снижает коэффициент трения в опоре, что способствует повышению ее срока службы.

Высокая стойкость наплавленных твердым сплавом поверхностей скольжения, позволяет уменьшить объем опоры скольжения и за счет этого значительно увеличить габариты корпусов шарошек для размещения на их поверхности более крупных фрезерованных или вставных твердосплавных зубков. Все это позволяет при высокой стойкости опоры резко повысить ее стойкость и показатели работы долота в целом.

Общие виды различных долот с опорой серии "АУ" приведены на

рис.1.8.

Серия " НУ ". Конструкция долота с опорой серии "НУ" показана на рис. 1.9. Среднеоборотные долота (до 300 об/мин) для бурения винтовыми забойными двигателями и роторным способом.

Маслонаполненные опоры герметизированы торцевыми резиноме-таллическими манжетами или радиальными резиновыми кольцами, выполнены на подшипниках качения - большом роликовом и шариковом (замковом), а также на одном радиальном и одном упорном подшипниках скольжения.

Поверхности радиального и упорного подшипников скольжения наплавлены твердым сплавом. Состав специальной смазки "Долотол - НУ" резко снижает коэффициент трения в опоре, ее перегрев, что также способствует повышению срока работы опоры.

Вопоре, как и в серии "АУ", предусмотрена система компенсации давления, выполненная в виде масляного резервуара в корпусе лапы, соединенного каналами с зонами трения в опоре. Общие виды различных долот с опорой серии "НУ" приведены на рис. 1.10.

Серия " Н ". Конструкция долота с опорой серии "Н" показана на рис. 1.11. Среднеоборотные долота (до 400 об/мин) предназначены для бурения низкооборотными турбобурами, винтовыми забойными двигателями, редукторными электробурами или роторным способом. Опоры выполнены открытыми, на подшипниках качения - большом роликовом и шариковом (замковым), а также на одном радиальном и одном упорном подшипниках скольжения.

Отсутствие герметизирующих элементов в данной серии позволяет выбрать максимальные габариты подшипниковых опор и тел качения, что обеспечивает высокую стойкость опор этой серии.

Общие виды различных долот с опорой серии "Н" приведены на

рис. 1.12.

Серия " В ". Конструкция долота с опорой серии "В" показана на рис. 1.13. Высокооборотные долота (до 600 об/мин) предназначены для бурения вы-сокооборотными турбобурами или электробурами. Опоры выполнены открытыми, на подшипниках качения - двух роликовых и одном шариковом (замковом), с упорным подшипником скольжения или без него.

Как и в серии "Н", отсутствие герметизирующих элементов позволяет выбрать максимальные габариты цапфы лапы и тел качения, что очень важно для обеспечения высокой стойкости опор в условиях жестких режимов работы долот, характерных для высокооборотного бурения.

Общие виды различных долот с опорой серии "В" приведены на рис.

1.14.

Серия "ГВУ " для бурения на объемном двигателе.

Для улучшения эксплуатационных характеристик шарошечных долот, применяемых для бурения пород в условиях, аналогичных Западной и Восточной Сибири в ОАО "Волгабурмаш" создан новый класс буровых долот типа ГВУ с герметизированной маслонаполненной опорой, призванных бурить быстрее, эффективнее и дольше.

Реальное выполнение этих условий и возросших требований к долотам достигается усовершенствованием их ассортимента, ростом агрессивности, стойкости вооружения, усилением опоры, улучшением ее герметизации, усилением армирования спинок лап и другими характерными особенностями.

Долота 215,9МЗ-ГВУ-R206.

Вооружение шарошек представлено более мощным и агрессивным, чем у базовых, однотипных долот - диаметр зубков на основных венцах увеличен с , 12,8 до 16,0 мм, а их вылет над корпусом шарошки увеличен с 6,35 до 7,92 мм.

Породоразрушающая поверхность твердосплавных зубков с симметричной – клиновидной формой, заменена на патентованную – выпукло

- вогнутую, ковшеобразную.

Калибрующие обратные конуса шарошек также значительно усилены. Диаметр армирующих зубков увеличен с 6,48 до 9,51 мм. При этом увеличено выступание этих зубков над обратным конусом с 0,38 до 1,2 мм, что способствует улучшению калиброваня стенки скважины.

С целью повышения стойкости вооружения и предотвращения оголения зубков от абразивного износа увеличена глубина цементации на наружной поверхности шарошек.

Значительно видоизменена и усилена опора долота. Увеличен на 10% диаметр большого роликового подшипника, что позволило увеличить диаметр в зоне опасного сечения у основания цапфы и снизить удельную нагрузку на ролики. Исключение буртов большого роликового подшипника на цапфе лапы и размещение роликов в проточке корпуса шарошки позволило резко снизить

возможность разворота роликов относительно оси цапфы и исключить их скол, нередко способствующий заклинке роликов.

Для повышения стойкости опоры применены упорная пята и упорный подшипник, воспринимающие большие осевые нагрузки; внутренняя поверхность в шарошке имеет многослойное серебро-содержащее покрытие, которое является идеальной твердой смазкой, способствующей более быстрому отводу тепла из зоны нагрева. Серебро является эффективным граничным смазывающим антикоррозионным материалом, снижающим износ, вызываемый трением и высокой температурой.

Опора маслонаполненная; герметизирована с помощью уплотнительного кольца, выполненного на основе современных эластомеров, и заполнена патентованным составом - специальной термостойкой смазки "Долотол М-АУ" с антифрикционной присадкой.

Для обеспечения бурения наклонных и горизонтальных скважин значительно усилено армирование спинок лап - применены одновременно твердосплавные запрессованные зубки диаметром 7,9 мм и наплавка зерновым твердым сплавом толщиной 1,6 мм по полному профилю козырька и набегающего ребра спинки лапы.

Очистка забоя осуществляется через абразивно стойкие удлиненные насадки. При этом в одном долоте устанавливаются насадки с различными диаметрами выходных отверстий, что способствует улучшению очистки забоя поперечными потоками промывочной жидкости. По требованию заказчика в схему промывки может включаться центральный промывочный узел.

Подконтрольная отработка буровых долот 215,9МЗ-ГВУ-В206 в условиях Западной Сибири показала увеличение проходки на долото до 2-х раз и механической скорости в 1,3 - 1,6 раза по сравнению с базовыми долотами, что позволило обеспечить получение большого экономического эффекта.

Долота 215,9С-ГВУ-R190М.

Вооружение шарошек представлено фрезерованными зубьями с оптимальными шагом и углом заострения, увеличенной высотой до 17 мм, обеспечивающими высокие прочностные и породоразрушающие свойства.

С целью резкого повышения износостойкости вооружения применены

специальная разделка зубьев под наплавку, новый наплавочный материал на основе скатанных спеченых, спеченых дробленых, литых дробленых карбидов вольфрама разной грануляции (по типу наплавочных материалов, фирмы "Кеннаметал" США).

Наплавка этими материалами осуществляется атомно-водородным или ацетилено-кислородным способами с увеличенной до 3,2 мм толщиной твердого сплава. Наплавка каждого зуба осуществляется по всем 4-м граням и притуплению.

Увеличена также средняя толщина наплавленного слоя на калибрующих конусах. Кроме того, калибрующие конуса армированы цилиндрическими твердосплавными зубками диаметром 7,9 мм. Армирование калибрующих обратных конусов твердосплавными зубками и увеличение толщины наплавочных материалов из карбидов вольфрама позволяет резко повысить стойкость вооружения и стойкость долота от потери диаметра и соответственно увеличить среднюю механическую скорость бурения.

Опора видоизменена и усилена по типу вышеупомянутого долота 215,9МЗ-ГВУ-Р206. В ней также исключены бурты большого роликового подшипника на цапфе лапы и резко уменьшена возможность разворота роликов.

Применение упорной пяты и упорного подшипника с многослойной твердой смазкой в виде серебро содержащего покрытия, в свою очередь, повышает стойкость опоры.

Как и в долоте 215,9МЗ-ГВУ-Р206, опора герметизирована высокостойким эластомерным кольцом и заполнена смазкой "Долотол М–АУ" с антифрикционной присадкой.

Для армирования спинок лап одновременно применены запрессовка твердосплавных зубков и наплавка козырька ,а также набегающего ребра спинки зерновым твердым сплавом.

Подконтрольная обработка долот 215,9С-ГВУ-P190М в условиях Западной Сибири показала увеличение проходки до 2-х раз и средней механической скорости бурения в 1,2 -1,3 раза по сравнению с базовыми долотами, что позволило обеспечить получение большого экономического эффекта.

1. 1. 4. Долота для бурения с продувкой забоя воздухом.

Долота с продувкой воздухом или газообразным агентом (в дальнейшем - воздухом), предназначены для использования в горнорудной и угольной промышленности. Реже они применяются при бурении различных интервалов скважин на нефть и газ. Конструкция долота для бурения с продувкой воздухом показана на рис. 1.15.

В долотах этого типа применяются опоры серии "В".

Для боковой очистки забоя воздухом в корпусе долота предусмотрены три боковых отверстия и система каналов в лапах для подачи части продувочного агента для охлаждения опор, а также их экранирования по торцам шарошек от попадания шлама в полости опор. При использовании долот в обводненных горизонтах на выходах трех боковых отверстий устанавливаются сменные обратные клапаны, предотвращающие попадание шлама в систему каналов при падении давления внутри полости долота.

Общие виды различных долот с боковой продувкой забоя воздухом показаны на рис. 1.16.

Для центральной очистки забоя воздухом в корпусе долота предусмотрены центральное отверстие-сопло и система каналов в лапах для подачи части продувочного агента для охлаждения тел качения и поверхностей опор, а также их экранирования по торцам шарошек от попадания шлама в полости опор. Конструкция долота с центральной очисткой забоя воздухом показана на

рис. 1.17.

При использовании долот в обводненных горизонтах в сопло может устанавливаться обратный клапан, предотвращающий попадание шлама в систему каналов при прекращении подачи продувочного агента.

1. 1. 5 Армирование спинок лап.

По желанию заказчиков, для особых условий бурения, например, для бурения высокоабразивных пород, строительства наклонных или