Фрезерные спиральные долота для роторного бурения
Фрезерные спиральные долота это буровой инструмент для разрушения горных пород и искусственных материалов в процессе роторного бурения. Конструкция включает армированную твердосплавными пластинами фрезу, закреплённую на корпусе с винтовыми лопастями, которые обеспечивают непрерывный вынос шлама из забоя. Применяются в геологоразведке, строительстве скважин на воду, сейсморазведке и при проходке инженерно-геологических выработок.
Конструктивные особенности и принцип работы
Рабочая часть долота представляет собой фрезу с запрессованными или напаянными твердосплавными вставками (ВК-8, ВК-11В). Спиральные лопасти, расположенные под углом от 30 до 45 градусов к оси, выполняют две функции: разрушение породы по кольцевому забою и транспортировку шлама к устью скважины. Хвостовик резьбовой (шпиндельный) или конусный обеспечивает жёсткое соединение с бурильной колонной.
В отличие от шарошечных долот, фрезерные спиральные модели работают по принципу резания-скалывания, что делает их эффективными в породах средней твёрдости (коэффициент крепости по Протодьяконову от 4 до 10) и в мёрзлых грунтах. При бурении по абразивным прослоям ресурс инструмента снижается, поэтому для таких условий применяют долота с усиленным армированием периферийной части фрезы.
Типоразмеры и геометрия
Промышленный ряд охватывает диаметры от 76 до 490 мм. Геометрия спирали подбирается под конкретные условия бурения: двухзаходные лопасти используют для мягких пород, трёхзаходные для трещиноватых и перемежающихся по твёрдости разрезов. Угол наклона спирали влияет на скорость подъёма шлама: при увеличении угла до 45 градусов транспортировка ускоряется, но возрастает энергоёмкость бурения.
Промывочные каналы в теле долота обеспечивают подачу технической воды или глинистого раствора к забою. Расход промывочной жидкости зависит от диаметра инструмента и составляет от 80 до 250 л/мин. Для бурения с продувкой воздухом предусмотрены модификации с увеличенным сечением каналов.
Применение в различных отраслях
- Бурение скважин на воду в песчаниках, известняках и глинистых сланцах
- Инженерно-геологические изыскания при строительстве мостовых опор и фундаментов
- Сейсморазведочные работы бурение шпуров под заряды ВВ
- Проходка геологоразведочных скважин колонковым способом с обратной промывкой
- Бурение скважин под анкерные крепления в горных выработках
Режимы эксплуатации
Осевая нагрузка на долото подбирается из расчёта от 8 до 15 кН на 100 мм диаметра. Частота вращения от 60 до 250 об/мин в зависимости от крепости породы: в более твёрдых породах снижают обороты и увеличивают осевую подачу. Механическая скорость проходки в благоприятных условиях достигает от 4 до 12 м/ч. Контроль износа ведётся по потере диаметра: предельное уменьшение 3 мм для долот диаметром до 200 мм и 5 мм для крупных типоразмеров.
| Диаметр, мм | Тип хвостовика | Число лопастей | Осевая нагрузка, кН | Частота вращения, об/мин |
|---|---|---|---|---|
| 76 | Резьба 3-50 | 2 | от 6 до 10 | от 150 до 250 |
| 112 | Резьба 3-63 | 2 | от 9 до 15 | от 120 до 200 |
| 151 | Резьба 3-76 | 3 | от 12 до 20 | от 90 до 160 |
| 214 | Конус 6" | 3 | от 18 до 30 | от 60 до 120 |
Критерии выбора
При подборе инструмента учитывают литологический разрез, глубину скважины и тип буровой установки. Для неустойчивых глинистых пород предпочтительны долота с увеличенным шагом спирали, предотвращающим налипание шлама. В условиях многолетнемёрзлых пород применяют модификации с усиленным армированием боковой поверхности. Для повторного использования долота подлежат восстановлению: переточке твердосплавных пластин и наплавке изношенных лопастей.
Вопросы и ответы (FAQ)
Чем фрезерное спиральное долото отличается от шарошечного?
Фрезерное долото разрушает породу резанием и скалыванием непрерывно вращающейся фрезой, тогда как шарошечное работает ударно-истирающим способом за счёт обкатывания шарошек. Фрезерные модели эффективнее в мягких и средних породах, обеспечивают более высокую механическую скорость, но уступают шарошечным в твёрдых абразивных разрезax.
Какой ресурс у фрезерного спирального долота?
Ресурс зависит от абразивности породы и режимов бурения. В песчаниках средней крепости долото диаметром 151 мм проходит от 80 до 150 м, в глинистых сланцах до 300 м. Критерий замены снижение механической скорости более чем на 40% от начальной или потеря диаметра сверх допустимой.
Можно ли использовать долото для бурения с продувкой воздухом?
Да, для этих условий выпускаются модификации с расширенными промывочными каналами. При продувке воздухом важно поддерживать расход от 15 до 30 м/мин для эффективного выноса шлама и охлаждения твердосплавных вставок.
Какие требования к промывочной жидкости?
Техническая вода или глинистый раствор плотностью до 1,2 г/см. Содержание песка в растворе не должно превышать 1%, иначе ускоряется абразивный износ корпуса и твердосплавного армирования. Для бурения в неустойчивых породах применяют полимерные растворы, снижающие риск прихвата.
