Породоразрушающий инструмент для ударно-вращательного и шарошечного бурения

Д ля ударно-вращательного бурения геологоразведочных скважин основным породоразрушающим инструментом являются твердосплавные коронки и долота. По конструктивному исполнению инструмент делится на резцовый, шарошечный и комбинированный. Вооружением породоразрушающего инструмента служат твердосплавные резцы или штыри различной геометрии и размеров.

Резцовый – рабочая часть резцов обычно имеет форму симметричного или асимметричного клина с углом при вершине 70-100°. При установке в корпусе инструмента угол резания составляет 170-130°.

Резцы устанавливаются в вырезах-гнездах и закрепляются пайкой. Ширина забоя обычно составляет 12 мм. Для увеличения диаметра керна ширину забоя уменьшают до 12 мм, а для увеличения площади сечения циркуляционных зазоров ширину забоя доводят до 17-20 мм.

Шарошечный – имеет три шарошки, вооруженные твердосплавными штырями. Угол наклона оси шарошек 50°, а угол при вершине шарошек 83°. Для охлаждения опор – специальные каналы в лапах и цапфах для циркуляции промывочной жидкости.

Комбинированный – комбинация породоразрушающих инструментов режуще-скалывающего и дробящего действия. Долота имеют двухступенчатую форму. Выступающая часть долота вооружается двумя пластинами из твердого сплава, формирующими скважину диаметром 28-30 мм, и шарошками – скважину до диаметра 59-76 мм.

П ородоразрушающий инструмент шарошечного типа широко применяется при бурении скважин в горных породах любого типа и крепости. Таким инструментом бурят геологоразведочные скважины на твердые полезные ископаемы, эксплуатационные и разведочные – на нефть, газ и воду.

1 – корпус; 2 - лапа; 3 - шарошка; 4 - замковый палец; 5 - штифт-фиксатор; 6 - цапфа, 7,9 - роликовые подшипники; 8 - шариковый подшипник; 10,11,12 - зубья шарошки; 13 - циркуляционный канал; 14 - промывочная плита

Шарошечные долота используются для бескернового бурения, а шарошечные коронки или колонковые долота – для колонкового бурения. При работе такого инструмента, шарошки, вращаясь вокруг своих осей, наносят зубьями удары по забою скважины, что приводит к разрушению породы под действием динамических нагрузок. Под воздействием статических сил (осевой и скалывающей) процесс разрушения горной породы сводиться к совместному действию раздавливания (смятия), дробления и скалывания. По механизму разрушения породы инструмент делится на группы: раздавливающе-режуще-скалывающий (РРС), дробяще-раздавливающий (ДР), дробяще-скалывающий (ДСД). Отличительные особенности – форма и размеры вооружения (зубьев) шарошек и схема их расположения. С учетом свойств разбуриваемых пород применяются следующие типы шарошечных долот: M – для мягких; С – для средней твердости; Т – для твердых; К – для крепких и ОК – для очень крепких.

Основные преимущества инструмента шарошечного типа – большое количество породоразрушающих элементов, большая их стойкость при взаимодействии с породой и эффективное разрушение твердых и особенно хрупких пород, реализация процесса резания и гидромониторного эффекта при разрушении мягких пород.

Шарошки – основной рабочий орган инструмента. Форма шарошек может быть различной: конической, цилиндрической, сферической, полусферической, дисковой, в виде усеченного конуса. Наиболее распространенная форма шарошек – коническая с ее разновидностями. По взаиморасположению шарошек долота делятся на самоочищающиеся и неочищающиеся.

Промывочные каналы служат для прохода потока промывочной жидкости или воздуха к забою. От их расположения, конфигурации и размеров зависят качество очистки забоя и зубьев шарошек от продуктов разрушения, интенсивность разрушения породы, охлаждение и износ инструмента.

Шарошечные долота имеют диаметр от 40 до 320 мм. Для геологоразведочных работ диаметр долота составляет 36-151 мм.