Система очистки забоя и элементов долота

 

Система очистки забоя предназначена для формирования потока промывочной жидкости или продувочного агента и направления его в нужную часть забоя. Она включает в себя внутреннюю полость долота 1, подводящий канал 2 (один или несколько), выходное отверстие 3 (одно или несколько) (рис. 10).

В зависимости от того, куда выходное отверстие направляет струю,  долота подразделяются на:

1) долота с центральной промывкой или продувкой (рис. 10, а);

2) долота с боковой промывкой или продувкой (рис. 10, б).

Рис. 10. Системы очистки забоя

У первых долот струя 4 направлена в центральную часть забоя на шарош­ки. Выходное отверстие 3 выполнено в центре долота и имеет в боль­шинстве случаев круглое сечение. У вторых долот (рис. 10, б) выходные отверстия 3 направляют струи жидкости 4 между шарошками на периферий­ную часть забоя под некоторым углом к оси долота, который обеспечивает направление струй одновременно к стенке скважины и в сторону, противоположную направлению вращения долота. Струи не

посредственно воздействуют на породу, интенсифицируя очистку забоя от шлама, а при скорости истечения жидкости из выходных отверстий свыше 60 м/с созда­ется эффект динамического воздействия струи на забой (гидромонитор­ный эффект), приводящий к частичному разрушению некоторых пород на забое. Долота с такой системой промывки принято называть гидромони­торными. Боковая поверхность отверстия, выполненного в стали, при скорости истечения промывочной жидкости свыше 30 м/с подвергается интенсивному эрозионному изнашиванию (размыву). Для предотвращения размыва выходных отверстий в гидромониторных долотах в них устанав­ливаются гидромониторные узлы (ГМУ).

Каждый ГМУ (рис. 10) включает в себя три обязательных элемента: насадку 2; уплотнение 3; удерживающий замок 4. Насадка является сменной и изготавливается из твердого материала, способного проти­востоять эрозионному изнашиванию. Уплотнение 3 предназначено для герметизации зазора между насадкой 2 и корпусом 1. Переток промывоч­ной жидкости по этому зазору приводит к интенсивному размыву отверс­тия в корпусе и выпадению из него насадки. Удерживающий замок 4 предназначен для удержания насадки 2 вкорпусе долота 1.

Широко применяются три конструкции ГМУ, отличающиеся первым и третьим элементами. В конструкции ГМУ, представленной на рис.10, а, применяется укороченная насадка НД, основными параметрами которой являются наружный диаметр D_н, высота Н и диаметр d_н выходного отверстия. При заказе такой насадки указываются параметры D_н и d_н. Например, насадка НД с D_н = 33 мм и d_н = 11 мм обозначается НД-30/11. Удерживающим замком в этой конструкции ГМУ является пружинный кольцевой фиксатор 4.

В конструкции ГМУ, представленной на рис. 10, б, используется удлиненная насадка НКВ, которая выпускается с постоянным значением высоты и наружного диаметра. Переменным параметром насадки НКВ яв­ляется только диаметр d_н выходного отверстия. При заказе насадки с d_н = 10 мм она обозначается НКВ-10. Замок 4 в этой конструкции ГМУ выполнен в виде гильзы с резьбой, в которую с зазором устанав­ливается насадка. В гильзе выполняется паз А для вворачивания ее в корпус долота 1. Насадки НД и НКВ изготавливаются из минералокерамического материала.

 

 

 

 

Рис. 11. Конструкции ГМУ

 

В конструкции ГМУ, представленной на рис. 11, в, используется укороченная насадка, которая изготавливается из твердого сплава –литого спеченного карбида вольфрама. Насадка на наружной поверхнос­ти имеет кольцевую тороидальную проточку для замка. Аналогичная про­точка выполняется в отверстии в корпусе 1. Замком служит гвоздь 4, который забивается в отверстие 5 в корпусе долота. Шляпка гвоздя выступает над корпусом, что позволяет извлекать гвоздь при смене насадки.

Герметизация зазора между насадкой 2 и корпусом 1 во всех трех рассмотренных конструкция осуществляется тороидальным резиновым кольцом 3. В ГМУ с насадками НКВ гильза 4 обеспечивает поперечное распирание резинового кольца 3, повышая надежность герметизации.

Основным эксплуатационным параметром ГМУ является выходкой диа­метр d_н насадки.

 

Опоры шарошек

 

Опора шарошек предназначены для обеспечения свободного вращения шарошек относительно цапф при передаче нагрузки от корпуса долота вооружению. В процессе работы долота опоры должны воспринимать на­грузки, направленные как по радиусу цапфы, так и по ее оси, поэтому каждую опору выполняют в виде комбинации радиальных, радиально-упорных и упорных подшипников, причем по крайней мере один радиально-упорный подшипник должен быть двустороннего действия, т.е. замковым, функцией замкового подшипника помимо восприятия нагрузки является ограничение осевого перемещения шарошки и удержание ее на цапфе.

В опорах шарошек в качестве радиальных подшипников, восприни­мающих нагрузку, направленную по радиусу цапфы, используются:

1) роликовые подшипники с цилиндрическими роликами, которые на схемах опор обозначаются буквой Р (см. рис. 1 и рис. 2);

2) подшипники скольжения со специальным твердосплавным покры­тием трущихся поверхностей (наплавленная поверхность 1 и 2 цапфы и запрессованная в шарошку втулка 3 и 4), обозначенные буквой С (рис. 12);

3) подшипники скольжения без покрытия, обозначаемые С_о.

В качестве радиально-упорных подшипников, воспринимающих одновременно нагрузку, направленную по радиусу (радиальную) и по оси (упорную) цапфы, используются:

1) шариковые, упорные в одну сторону, обозначаемые Ш (рис. 12, а);

2) шариковые, упорные в обе стороны, – замковые подшипники, обозначаемые Ш_з (см. рис. 1, рис. 2, рис. 12, рис. 13).

 

 

 

 

Рис. 12.

В качестве упорных подшипников, воспринимающих нагрузку, направленную вдоль оси (упорную) цапфы, используются подшипники скольжения;

1) с твердосплавным покрытием трущихся поверхностей (наплав­ленный торец 5 цапфы и у концевых подшипников запрессованная в шарошку пята 6), обозначаемые С_у (рис. 13);

2) без покрытия трущихся поверхностей, обозначаемые С_т.

Беговые дорожки подшипников качения и опорные поверхности под­шипников скольжения выполняются непосредственно на цапфе лапы и внутренней полости шарошки. Профили беговых дорожек и опорных по­верхностей, всех подшипников, кроме замкового, обеспечивают при сборке свободную установку шарошки на цапфе с телами качения. Для обеспе­чения двухстороннего действия замкового подшипника его сборка осу­ществляется после сборки всех остальных подшипников и установки шарошки на цапфу. Шарики замкового подшипника Ш₃ (рис.12, а, б) ус­танавливаются на беговую дорожку через специальное сборочное отверстие 1 в лапе 2, которое затем закрывается замковым пальцем 3. Для того чтобы конец пальца, выходящий на беговую дорожку, имел ее профиль, он до механической обработки цапфы устанавливается в замко­вое отверстие, фиксируется штифтом 4 и сваркой, точится, термообработывается и шлифуется в сборе с цапфой. Для ограничения осевого перемещения пальца, предотвращения выступания его фасонной поверхности над беговой дорожкой и поворота при сборке и работе долота палец фиксируется штифтом и заваривается со стороны спинки лапы.

Для защиты полости опоры от шлама на лапе делается козырек 2, который перекрывает зазор между поверхностью полости в шарошке и по­верхности цапфы. В некоторых случаях износостойкость козырька повы­шают за счет наплавки 3 (см. рис. 1) его внешней поверхности релитом.

Выбор типов подшипников при конструировании опор определяется габаритами шарошек, типом долота по вооружению и частотой вращения долота, при которой оно будет эксплуатироваться. Схемы опор принято обозначать набором букв, каждая из которых означает тип подшипника. Порядок обозначения подшипников в схемах опор от периферии к центру долота. В настоящее время наиболее применяемыми в долотах диаметра­ми 190,5 мм и 215,9 мм являются схемы:

1) для высоких частот вращения долота Ш_зШ_эР (рис.12, а), ШШ_эШ (рис.12, б) и РШ_зР (см. рис. 2), содержащие только подшипники ка­чения (опоры типа В);

2) для средних и низких частот вращения долота РШ_зС_уСС_у (см. рис. 1), содержащую один радиальный подшипник скольжения (опоры типа Н);  

3) для низких частот вращения СШ_зС_уСС_у (рис. 12), содержащую все подшипники скольжения, за исключением шарикового замкового (опо­ры типа А).

Смазка открытых опор шарошечных долот осуществляется при сборке, а иногда еще и перед спуском долота в скважину. В процессе работы долота на забое эта смазка вымывается промывочной жидкостью, содер­жащей шлам. Это приводит к снижению долговечности подшипников опор. Повышение стойкости опор достигается введением в конструкцию долота системы герметизации маслонаполненной опоры.