Шарошечные долота для бурения: конструкция и рабочие параметры
Шарошечные долота это породоразрушающий инструмент, применяемый при вращательном бурении скважин различного назначения. Рабочая часть долота оснащена шарошками коническими или сферическими элементами с твердосплавными зубьями или фрезерованными зубцами, которые при вращении перекатываются по забою и разрушают горную породу. Классификация шарошечных долот осуществляется по типам опор, системам промывки и категориям твердости пород, для которых предназначен конкретный типоразмер.
Типы опор и системы промывки
Опоры шарошек один из ключевых узлов, определяющих ресурс инструмента. В зависимости от условий бурения применяются открытые опоры с шариковыми и роликовыми подшипниками, герметизированные маслонаполненные опоры, а также опоры с уплотнениями, рассчитанные на высокие осевые нагрузки. Герметизированные опоры обеспечивают стабильную работу при высоких оборотах ротора и в условиях абразивного шлама, исключая попадание бурового раствора в подшипниковые узлы.
Система промывки долота может быть центральной или гидромониторной. Центральная промывка применяется при бурении мягких пород с высокими механическими скоростями, гидромониторная для интенсификации выноса шлама и очистки забоя за счет высокоскоростных струй бурового раствора, направляемых через сменные насадки. Выбор типа промывки определяется геологическим разрезом и параметрами буровой установки.
Классификация по категориям пород
Шарошечные долота классифицируются по категориям твердости горных пород согласно отраслевым стандартам. Для мягких и рыхлых пород применяются долота с длинными фрезерованными зубьями, для средних и твердых с твердосплавными вставками (штырями) из карбида вольфрама. Для очень твердых и абразивных пород используются долота с усиленными опорами и специальной геометрией шарошек, обеспечивающей точечный контакт с забоем.
| Категория пород | Тип вооружения | Тип опоры | Диаметр, мм | Типичная нагрузка, кН |
|---|---|---|---|---|
| Мягкие (III) | Фрезерованные зубья | Открытая | от 190,5 до 295,3 | от 80 до 160 |
| Средние (IIIIV) | Твердосплавные штыри | Герметизированная | от 215,9 до 311,1 | от 120 до 220 |
| Твердые (VVI) | Усиленные штыри | Герметизированная маслонаполненная | от 139,7 до 215,9 | от 100 до 180 |
Применение в различных отраслях
Шарошечные долота используются при бурении нефтяных и газовых скважин, в том числе горизонтальных и наклонно-направленных, при геологоразведочном бурении, сооружении водозаборных скважин, а также при бурении взрывных скважин на открытых горных работах. В зависимости от типа буровой установки роторной, с верхним приводом или с гидравлическим забойным двигателем подбирается оптимальная конструкция долота с учетом частоты вращения и осевой нагрузки.
Для бурения в перемежающихся породах применяются долота с комбинированным вооружением, сочетающим фрезерованные зубья и твердосплавные вставки. Такая конструкция обеспечивает устойчивую механическую скорость проходки при смене категорий твердости без замены инструмента.
Критерии выбора шарошечного долота
- Категория твердости и абразивность горных пород по геологическому разрезу
- Тип бурового раствора и его плотность, наличие абразивных частиц
- Частота вращения долота и допустимая осевая нагрузка на забой
- Глубина скважины и температура на забое
- Требования к механической скорости проходки и ресурсу долота
При выборе типоразмера учитывается диаметр скважины и конструкция бурильной колонны. Для наклонно-направленного бурения предпочтительны долота с укороченными шарошками и усиленной боковой поверхностью, обеспечивающие стабильную управляемость траектории.
Вопросы и ответы (FAQ)
Чем отличаются долота с открытой и герметизированной опорой?
Открытая опора смазывается буровым раствором, что допустимо при бурении в мягких породах с умеренными нагрузками. Герметизированная маслонаполненная опора изолирована от контакта с раствором, что увеличивает ресурс при высоких нагрузках и оборотах, особенно в абразивных средах.
Какой тип промывки выбрать для гидромониторного бурения?
Гидромониторная промывка с насадками диаметром от 10 до 18 мм применяется для интенсификации очистки забоя при бурении в глинистых и рыхлых породах. Центральная промывка используется при бурении твердых пород, где требуется равномерное охлаждение опор.
Какие долота применяются для бурения взрывных скважин?
Для взрывных скважин на карьерах используются долота диаметром от 161,0 до 269,9 мм с герметизированными опорами и твердосплавным вооружением, рассчитанные на высокие осевые нагрузки при вращении от ротора бурового станка.
Влияет ли температура на забое на выбор долота?
При температуре выше 120C применяются долота с термостойкими уплотнениями опор и специальной смазкой. Для высокотемпературных скважин (свыше 150C) рекомендуется использовать долота с открытыми опорами, исключающими деградацию эластомерных элементов.
