Бескерновое бурение шарошечными долотами.

Бурение лопастными долотами и пикобурами рационально только в больших массивах мягких пород. В полускальных и скальных породах, в том числе и с прослойками мягких пород, т.е. в породах от III до ХI категорий, бескерновое бурение ведется шарошечными долотами. В наиболее крепких породах ХI – ХII категорий, даже когда не нужен керн, выгоднее применять алмазные коронки, (меньше площадь разрушения породы, меньше расход П.Р.И. выше скорость бурения).

Шарошечные долота получили свое название от названия их главного элемента – «шарошка», представляющего собой металлический конус с выфрезерованными на его поверхности зубьями или армированный твердосплавными зубками или штырями, свободно вращающийся на специальной опоре, закрепленной на лапе долота. Само долото состоит из резьбовой части и корпуса с лапами, на опорах которых закреплены со свободным вращением шарошки. В геологоразведочном бурении практически применяются долота с двумя или с тремя шарошками. Разрушение породы происходит в результате того, что при вращении долота шарошки катится по забою, вращаясь вокруг своих осей, и зубья шарошки поочередно ударяют по породе на забое и разрушают ее. В твердых скальных породах разрушение происходит только за счет ударов, и такое воздействие называют «дробящее» действие. Для бурения в слабых скальных и полускальных породах применяют долота, у которых оси шарошек смещены относительно центра долота. При вращении такого долота зубья шарошек в процессе вращения имеют горизонтальное поступательное смещение вдоль забоя («скольжение») и кроме ударов дополнительно срезают или скалывают породу. Такое действие называют «дробящее - скалывающее».

Конкретно для каждой группы пород разработаны соответствующие типы шарошечных долот, обозначаемые буквамиМ. С. Т. К и ОК, соответствующие породам: – мягкие, средние, твердые, крепкие, очень крепкие, а также промежуточные подтипы МС, СТ, ТК, соответственно породам: - мягкие - средние, средние - твердые, твердые - крепкие. Вооружение шарошек (элементы, разрушающие породу) может быть представлено фрезерованными в теле шарошки стальными зубьями с наплавленным на них порошковым твердым сплавом, либо твердосплавными «зубками», зачеканенными в специальные сверления в теле шарошки, тогда в шифр долота добавляется буква «З», либо твердосплавными штырями с полукруглой рабочей частью, такие штыри устанавливаются в шарашках долот Ки ОК и такие долота называются «штыревые».

Применительно к породам шарошечные долота представлены 13 разновидностями в табл. 13

Таблица 13

В шифре долота вначале обозначается число шарошек римской цифрой (II или III). Затем в шифре указывается диаметр долота, после него устройство опор шарошек. Опоры качения (шариковые или роликовые подшипники) обозначаются буквой «В», опоры скольжения – буква «А», комбинированные опоры обозначают буквой «Н». По устройству системы промывки в долоте различают центральную промывку, обозначаемую буквой «Ц» и боковую или гидромониторную промывку, обозначаемую буквой «Г». Современные долота часто имеют герметичные маслонаполненные опоры, и в этом случае добавляется буква «У». Примерный шифр шарошечного долота может выглядеть так: II.112. МЗ-ГВУ или III.59. К-ЦА.

Правильный выбор долота имеет очень большое значение для эффективности бурения, т.е. получения максимальной скорости при минимальном износе довольно дорогого долота. После выбора типа долота применительно к породам, определяют долото по числу шарошек – две или три. Эта задача довольно сложная, так как у каждого варианта долота есть свои плюсы и минусы. Двухшарошечные долота имеют меньшую площадь контакта и, следовательно, дают большую скорость углубки при меньшей осевой нагрузке, они имеют более крупные и более прочные опоры. С другой стороны двухшарошечные долота менее устойчивы на забое и допускают большее искривление скважины, они имеют меньшее вооружение на боковой поверхности шарошек, что приводит к более быстрому износу долота по наружному диаметру и к конушению скважины. Трехшарошечные долота имеют больше вооружения, как на забое, так и по боковой поверхности, что обуславливает их повышенную износостойкость, но при этом у них более слабые опоры, Они более устойчивы на забое, (что важно для уменьшения искривления скважины), но требуют для той же скорости углубки более высокую осевую нагрузку.

Правильный выбор долота должен обосновываться на анализе горногеологических условий бурения, особенностей искривления скважины и на имеющемся производственном опыте.