И охлаждения элементов долота

Промывка скважины при вращательном бурении любым породоразрушающим инструментом – обязательный технологический процесс. При промывке решаются три задачи: отделение шлама от забоя, вынос шлама в пространство над долотом, очистка и охлаждение деталей долота.

Шарошечные долота изготавливаются с двумя видами системы промывки:

1) обычная с круглым промывочным каналом, ось которого совпадает с осью вращения долота. Этот вид промывки называется центральной и в шифре долота обозначается буквой Ц (в шифрах, основанных на коде IADC, обозначается латинской буквой С); 2) боковая гидромониторная. Этот вид промывки в шифре долота обозначается буквой Г (в шифрах, основанных на коде IADC, обозначается латинской буквой J).

Долота, предназначенные для бурения с продувкой воздухом, имеют дополнительные каналы в лапах долота для охлаждения подшипников опор. В шифр долота добавляется буква П (в шифрах, основанных на коде IADC, обозначается латинской буквой А). Следует помнить, что долота для бурения с промывочными жидкостями и для бурения с продувкой невзаимозаменяемы.

Центральная система промывки выполняется в долотах, предназначенных для разбуривания твердых и крепких горных пород при высокооборотном бурении (при вращении долота турбобуром).

Схема системы промывки приведена на рис. 3.17. Система промывки включает внутреннюю полость 1 долота, участок 2 сжатия струи жидкости и цилиндрическое промывочное отверстие 3. Основной геометрической характеристикой системы является диаметр d промывочного отверстия, а гидравлической характеристикой – скорость истечения жидкости из промывочного канала, определяемая по формуле   vи = Q/(0,785d2),   где Q – расход промывочной жидкости. Из условия предупреждения эрозионного изнашивания промывочного отверстия и шарошек скорость vи < 30 м/с.

Достоинство – жидкость движется вдоль образующей шарошки (на рис.3.17 поток показан пунктиром) и хорошо очищает и охлаждает вооружение.

Рис. 11

Недостаток – при взаимодействии с шарошками струя жидкости теряет энергию и весьма слабо воздействует на забой.

Гидромониторная система промывки шарошечного долота (рис. 3.5) отличается от обычной тем, что струи жидкости направляются непосредственно на забой между дополнительными конусами шарошек, а скорость истечения из насадок v_и > 60 м/с. Последнее потребовало армировать промывочные каналы, чтобы снизить их эрозионное изнашивание (размыв).

Армирующим элементом системы промывки является гидромониторная насадка 3 (см. рис. 3.5), изготовленная из твердого сплава или минералокерамики. Насадки уплотняются относительно гнезд в корпусе долота резиновыми кольцами 4 круглого сечения и крепятся в нем. Крепление должно быть надежным и обеспечивать смену насадок на буровой. Насадка, уплотнение и крепление составляют гидромониторный узел долота (ГМУ).

 

Рис. 3.18. Элементы гидромониторной системы промывки с креплением резьбовой втулкой (а), гвоздем (б) и положение гвоздя и насадки в корпусе долота (в)

Резьбовая втулка имеет шлиц, который позволяет при необходимости быстро заменить насадку. В случае крепления насадки гвоздем последний забивается в канавку неполностью (рис. 3.18,в), что также обеспечивает быструю замену насадки. Основными геометрическими параметрами насадок являются диаметр d выходного отверстия и его площадь f. Параметры применяемых насадок приведены в табл. 3.5.

Зная диаметр d, нетрудно рассчитать скорость истечения жидкости из насадки, если известен расход Q, или необходимый расход для обеспечения заданной скорости истечения жидкости при заданной величине d.

 

 

Таблица 3.5

Параметры насадок завода "Волгабурмаш"

 

d, мм	6,4	7,1	7,9	8,7	9,5	10,3	11,1
f, мм2

 

d, мм	11,9	12,7	14,3	15,9	17,5	19,1	20,6	22,2
f, мм2

 

Достоинство – гидромониторная струя жидкости активно воздействует на забой, повышая механическую скорость бурения.

Недостаток – гидромониторному воздействию подвергается только периферийная часть забоя. Центральная часть забоя промывается радиальными потоками, направленными к оси скважины. Далее потоки встречаются и движутся вверх к периферии мимо нисходящих струй жидкости. На рис. 3.5 движение жидкости показано стрелками. В результате в зоне работы шарошек образуется вихрь, в котором вращается часть жидкости со шламом. Частично этот недостаток устраняется при асимметричной системе промывки.