Твердосплавні долота

Головною характерною особливістю твердосплавних доліт є ріжучі елементи із надтвердого матеріалу „Славутич", створеного інститутом надтвердих матеріалів (ІНМ) НАН України.

Твердосплавні долота випускають трьох різновидів: ріжучі, зарізні або торцеві та стираючі. Перші за конструкцією та дією на вибій майже ідентичні лопатевим, другі - фрезерним, а треті - алмазним.

Елементи „Славутича" прикріплюють до корпусу долота або до його лопатей з допомогою пайки. Ці елементи (вставки) можуть мати різну форму робочої поверхні (напівсферичну, заокруглену, круглу, клиноподібно-конічну, клиноподібну, плоску), різну марку та його вміст (об'єм, виражений в см³). Форма робочої поверхні твердосплавних елементів, кількість та схема їх розташування, а також вміст та марка матеріалу „Славутич" залежать від типу долота.

Позначення лопатевих доліт:

Твердосплавні долота призначені для буріння глибоких свердловин у м'яких, середніх та твердих неабразивних і малоабразивних гірських породах (аргіліти, алевроліти, мергелі, пісковики, ангідрити, вапняки).

Твердосплавні долота у два-три рази дешевші за алмазні, менш чутливі до динамічних навантажень та неоднорідностей у гірських породах, не вимагають спеціальної підготовки ствола свердловини і вибою перед спуском. Ці переваги дозволяють твердосплавним долотам успішно конкурувати з алмазними та іншими долотами при бурінні на великих глибинах (більше 2500 м). На малих глибинах через низьку механічну швидкість проходки, за винятком доліт ріжучого типу, твердосплавні долота застосовувати недоцільно.

Ріжучі твердосплавні долота

Ріжучі твердосплавні долота призначені для буріння переважно глибоких свердловин у м'яких і середніх пластичних породах.

Ріжуче твердосплавне долото складається зі сталевого пустотілого корпусу, трьох основних, великих лопатей і трьох додаткових, вкорочених лопатей (рисунок 1.7). Периферійні поверхні (ребра) всіх лопатей армують вставними твердосплавними штирями, а нижні краї великих лопатей - вставками зі "Славутича". Ці вставки на відміну від штирів виступають на поверхню і мають напівсферичну головку. На калібруючій поверхні лопатей вставки мають плоску робочу поверхню.

За зовнішнім виглядом і конструкцією ріжуче твердосплавне долото подібне на шестилопатеве долото стираючо-ріжучої дії (6ИРГ), але відрізняється від нього формою робочих лопатей, способом їх закріплення на корпусі долота та розміщенням додаткових лопатей. У твердосплавного долота

5

1,2,3 – основні лопаті; 4 – корпус; 5 – додаткові лопаті; 6 – твердосплавні штирі; 7 – струминні сопла; 8 – вставки зі “Славутич”.

Рисунок 1.7 – Ріжуче твердосплавне гідромоніторне долото

основні великі лопаті сходяться разом на центральній осі долота і установлюють перед приварюванням у спеціальні пази на корпусі, який виконують секційним. Вкорочені (додаткові) лопаті також встановлюють в пази, які розміщенні на різних віддалях від найближчих великих лопатей (асиметрично відносно основних великих лопатей). Леза основної лопаті з тильної сторони загострена під від'ємним кутом (біля 15°), що сприяє кращому руйнуванню м'яких і середніх порід.

В долотах ріжучого різновиду встановлюють мінімальну кількість вставок, яка повинна забезпечити не більше ніж півторакратне перекриття вибою. Це дозволяє при відносно невеликих осьових навантаженнях на долото створити значні питомі навантаження на ріжучі елементи, що забезпечує високу механічну швидкість проходки у м'яких і середніх породах.

Вміст "Славутича" збільшується від центральних до периферійних ділянок лопатей долота. Кількість „Славутича" в долотах ріжучого різновиду у 6 - 10 разів менша, ніж у стираючих твердосплавних долотах.

Долота ріжучого різновиду випускають наступних модифікацій:

• залежно від марки та вмісту „Славутича" типів М, МС, С;

• залежно від форми профілю великих робочих лопатей і сформованого вибою (округлений-випуклий та випукло-ввігнутий) у двох модифікаціях;

• у трьох модифікаціях за конструкцією промивального вузла (гідромоніторне (рисунок 1.7), без сопел з вузькими циліндричними промивальними отворами та з широким промивальним отвором, розділеним лопатями на три сектори (рисунок 1.8)).

1 – великі лопаті; 2 – осьова порожнина; 3 – корпус.

Рисунок 1.8 – Ріжуче твердосплавне долото з широким промивальним отвором

Зарізні твердосплавні долота

Зарізні або торцеві твердосплавні долота призначенні в основному для буріння нових орієнтованих свердловин, але можуть використовуватись і для буріння звичайних свердловин, а також при ліквідації аварій. Це типові фрезерні торцеві долота, які армовані не твердим сплавом, а вставками із "Славутича". Вони мають суцільний пустотілий циліндричний корпус. Нижня торцева поверхня виконана ввігнутою у вигляді внутрішнього конуса (перекинутої лійки) і порізана відкритими радіальними канавками, які сполучаються з порожниною корпусу поздовжніми внутрішніми каналами, а з боковою зовнішньою поверхнею долота та кільцевим простором — поздовжніми пазами (рисунок 1.9). Вся торцева і бокова поверхні нижньої частини корпусу захищенні вставками зі "Славутича". Зарізні долота виготовляють типу МС.

1-пустотілий циліндричний корпус; 2-вставки зі „Славутича"; 3-повздовжні внутрішні канали; 4-радіальні канавки; 5- поздовжні пази.

Рисунок 1.9 - Зарізне (торцеве) твердосплавне долото

Стираючі твердосплавні долота

Стираючі твердосплавні долота призначенні для буріння глибоких свердловин у м'яких, середніх і твердих породах, переважно осадового походження. Ці долота чинять таку ж мікроріжучу дію на вибій, як звичайні алмазні долота. За конструкцією та зовнішнім виглядом вони аналогічні деяким алмазним долотам (вітчизняним і закордонним).

Як і алмазні долота, стираючі твердосплавні долота можуть бути виконані з округленою вкороченою циліндричною головкою, яка має відносно плоску торцеву центральну частину майже без внутрішнього конуса (рисунок 1.10). Робочі поверхні головки розділені зовнішніми промивальними каналами на сектори. Кожний сектор армується вставками зі "Славутича". На центральній частині вони розміщуються спіральними витками, на торцевих сходинках зовнішнього конуса кільцевими дугами, а на боковій циліндричній калібруючій поверхні – поздовжніми рядами. Між вставками розміщуються шламові канавки - спіральні, дугові або поздовжні. Форма виконання вставок може бути різноманітна, навіть на одному долоті. Так, вставки центральної частини, як правило, мають напівсферичну робочу поверхню, вставки зовнішнього конуса клиноподібно-конічну або клиноподібну робочу поверхню, а периферійні - плоску. Долото може мати як звичайну, так і гідромоніторну систему промивання.

1 -напівсферичні вставки зі „Славутича"; 2-клиноподібно-

конічна або клиноподібна вставка зі „Славутича"; 3-плоска вставка зі „Славутича"; 4-циліндрична головка; 5-корпус; 6-бокові прорізи.

Рисунок 1.10 - Стираюче твердосплавне долото

Стираюче долото може бути виконане і з подовженою, яка звужується, біконічною головкою. Зовнішня поверхня головки має зовнішні канали і широкі прорізи, між якими розміщені радіально-поздовжні припливи, які іноді називають лопатями. Промивальна рідина попадає у зовнішні канали і прорізи поздовжніми внутрішніми каналами, які просвердлені на стику кожних двох припливів. Дане долото забезпечує поступове заглиблення у породу вибою з його розширенням до належного розміру. Така форма дозволяє розмістити найбільшу кількість ріжучих породоруйнуючих елементів, сприяє зменшенню ефекту поршнювання при спуско-піднімальних операціях і веде до покращення очищення вибою свердловини від вибуреної породи.

Кількість, ширина і висота припливів (лопатей) залежить від діаметра долота та його призначення. Долота діаметром 105 - 188 мм виготовляють з п'ятьма, діаметром 212 мм - з шістьма, а діаметром 243 - 392 мм з семи і дев'яти приливами.

Стираючі долота випускають трьох типів М, МС, С, діаметром від 138 до 392 мм.