Породоразрушающий инструмент для бурения с отбором керна

Механические и абразивные свойства разбуриваемых горных пород варьируют в широких пределах. Целевое назначение долот также различно. Следовательно, условия их работы, требования к ним разнообразны и для их выполнения необходима гамма долот. По назначению долота делятся на три группы: для бурения сплошным забоем, для бурения кольцевым забоем (для керна), специального назначения. Первые две группы включают по три класса долот, отличающихся по преобладающему характеру взаимодействия с горной породой: дробяще-скалывающие (шарошечные), режуще-скалывающие (лопастные) и истирающе-режущие (алмазные, типа ИСМ). Дробяще-скалывающие долота разрушают горную породу дроблением-скалыванием при периодическом прерывистом такте породоразрушающих элементов с породой, обеспечиваемом вращением долота и перекатыванием по забою шарошек. Режуще-скалывающие и истирающе-режущие долота разрушают горную породу скалыванием, резанием и истиранием при непрерывно-прерывистом контакте породоразрушающих элементов с породой, обеспечиваемом вращением долота и резцов в одной плоскости (непрерывность контакта). Прерывистость их контакта связана с колебаниями инструмента и характером разрушения горной породы (скачкообразное разрушение).

Бурильные головки

Бурильные головки подразделяются на три класса: шарошечные, алмазные и с вооружением в виде запрессованных износостойких резцов круглого или прямоугольного сечения.

Приняты следующие обозначения бурильных головок типов — КС-187.3/40СТ, К-187.3/80СТ:

К — для керноприемных устройств без съемного керноприемника;

КС — для керноприемных устройств со съемным керноприемником;

187,3 — наружный диаметр бурильной головки, мм;

40 и 80 — диаметр керна, мм;

СТ — тип разбуриваемых пород.

Резьба у бурильных головок типа К — муфта, КС — ниппель.

Классификация долот для отбора керна приведена на рисунке 4.2.

Шарошечные бурильные головки

Шарошечные бурильные головки изготавливаются с фрезерованным и твердосплавным вооружением типов СЗ, СТ, ТЗ, ТКЗ. Они предназначены для отбора керна в основном роторным способом бурения (или с приводом от низкооборотных забойных двигателей) в породах от средней твердости до твердых и крепких, в том числе абразивных (рис. 4.3 - 4.5).

Рис. 4.2. Схема устройства бурильной головки режущего действия типа МСЗ 1 - корпус; 2 - шарошка; 3 - ось съемная.

Рис 4.2 Классификация долот для отбора керна.

Рис. 4.4. Схема устройства бурильной головки режуще-дробящего действия типа СЗ 1 - муфта с присоединительной резьбой; 2 - корпус; 3 – шарошка.

Рис. 4.5. Схема устройства бурильной головки дробящего действия типа ТКЗ 1 - накладка на внутреннюю шарошку; 2 - внутренняя секция с цапфой; 3 - шарошка; 4 - наружная секция; 5 - муфта с присоединительной резьбой.

Бурильные головки состоят из внутренней и наружных секций с цапфами под шарошки и накладок на каждую внутреннюю шарошку. Сваркой между собой указанных деталей совместно с резьбовой обеспечивается требуемая прочность бурильных головок и бесконсольное крепление шарошек. Опоры шарошек представляют собой подшипники скольжения с наплавкой твердым сплавом для защиты от быстрого износа.

Бурильные головки типа М

Бурильные головки режущего (безопорные) типа (рис. 4.6) предназначены для отбора керна в мягких малоабразивных породах. Они состоят из остова корпуса 1 и муфты 4 с присоединительной резьбой, сваренные между собой. Остов корпуса имеет три ступенчатых лопасти 3, направленных тангенциально к керноприемной полости. Лопасти вооружены твердосплавными зубками 2, закрепленными с помощью пайки. Для подвода промывочной жидкости к забою в бурильных головках предусмотрены промывочные отверстия, расположенные в проемах между лопастями.

Рис. 4.6. Схема устройства бурильной головки режущего действия типа М 1 - остов корпуса; 2 - твердосплавный зубок; 3 - лопасть ступенчатая; 4 - муфта с присоединительной резьбой.

Разрушение породы резанием обеспечивает плавную работу бурильной колонны в процессе бурения и создает требуемые условия формирования и высокого выноса керна.

Алмазные бурильные головки

В настоящее время отечественной промышленностью созданы бурильные головки с твердосплавной износостойкой матрицей, оснащенные природными и синтетическими алмазами типа СВС-П, алмазно-твердосплавными пластинами и резцами типов АТП и АТР, поликристаллическими синтетическими термостойкими алмазами типа ПСТА, а также с комбинированным вооружением типа АТП + ПСТА рабочих поверхностей. Общие виды бурильных головок изображены на рис. 4.7.

Рис. 4.7. Алмазные бурильные головки.