Шарошечные долота

Долото состоит из следующих основных узлов: литого корпуса, лап, узла опор, включающего цапфу и подшипники, шарошек и очищающего или промывочного узла. В состав последнего могут входить сопла, формирующие высоконапорный поток бурового раствора, а также каналы, просверленные в корпусе. Верхняя часть корпуса обычно называется присоединительной головкой, так как она служит для присоединения к переводнику или нижнему концу бурильной колонны. В данном случае она выполнена в виде муфты с внутренней конической резьбой.

На нижней части корпуса обычно предусмотрены пазы, в которые вставляют лапы со смонтированными шарошками. Лапы приваривают к корпусу прочными сварными швами.

Такая конструкция характерна для отечественных долот диаметром 394 мм и более; большинство трехшарошечных долот выполняются секционными.

Секционное шарошечное долото собирается из секций, свариваемых вместе по всему наружному контуру сопрягаемых поверхностей. При этом верхние сегментные части секций образуют присоединительную головку, на которой затем нарезается коническая наружная (ниппельная) резьба. Средняя часть долота составляет также единое целое в результате сваривания лап. На наружной поверхности лап предусмотрены приливы, кромки и ребра жесткости, а также округлые полуцилиндрические приливы («бобышки») под промывочные сопла (насадки).

В СНГ сопла изготовляют обычно из металлокерамического материала. Сопла закрепляют при помощи удерживающего замка (в данном случае стопорного кольца). Герметизация зазора между соплом и внутренней стенкой полости (гнездо пролива) обеспечивается обычно резиновым уплотнением. Козырек лапы обычно (как и в приведенном случае) защищается антиабразивным покрытием, приближенным к торцу шарошки и ее тыльной части, называемой часто обратным конусом. На тыльной части шарошки также наплавляют защитное покрытие с хорошо сопротивляющейся абразивному износу калибрующей поверхностью, разделяемой одной из конических поверхностей корпуса шарошки. Вершина первой шарошки в данном случае, как и у долота со стальным вооружением некоторых других типов, выполняется с лопатовидными элементами и называется лопаткой.

Ряд породоразрушающих элементов, расположенных примерно по одной окружности, называется венцом. Венец, находящийся на периферии (у основания) шарошки, называется периферийным или калибрующим, поскольку он не только углубляет забой, но и калибрует стенку скважины. Средние и привершинные венцы принято называть основными. Основными конусами шарошек условно именуют конические поверхности, находящиеся не на тыльной, а на передней (основной) стороне шарошки, ближе к вершине; от них начинают построение шарошки. Различают также промежуточные дополнительные конусы, расположенные между основным и обратным конусом в двух- и трехконусных шарошках.

Часть конуса шарошки, расположенная между двумя венцами, называется межвенцовой расточкой. Если она выполняется в виде узкого, но значительного углубления между венцовыми поясками, над которыми выступают рабочие породоразрушающие элементы, то в этом случае ее иногда называют кольцевой канавкой.

Стальной выфрезированный породоразрушающий элемент шарошки принято называть зубом или реже зубцом, а твердосплавный вставной (изготовленный из спекаемого обычно карбидовольфрамового порошка) - зубком или штырем. Углубление между двумя соседними зубьями, расположенными на одном и том же венце, называют обычно выемкой. Значительную выемку, образованную на месте одного-двух срезанных зубьев или сбоку одного из них, принято называть выфрезировкой.

Нижняя часть зуба - основание, а верхняя - вершина. Ребра сопряжения поверхностей вершины зуба, а нередко и всю вершину полностью неправильно обобщают единым названием «режущая кромка».

Поверхность зуба, обращенную к периферии - к периферийному венцу шарошки, принято называть обычно наружной стороной, а поверхность, обращенную к вершине, - внутренней стороной зуба. Поверхность, обращенная по направлению вращения шарошки, называется набегающей или передней гранью (реже передней стороной или передним крылом зуба), а поверхность, направленная в противоположную сторону, - тыльной или задней гранью (стороной). Рабочие поверхности стальных зубьев шарошки и других быстроизнашивающихся элементов долота нередко защищаются наплавляемым антиабразивным покрытием.

На верхнем торце присоединительной головки выбивают размер, заводской номер и тип долота, товарный знак и номер партии долот.

Широкий проходной канал, ограниченный внутренними стенками головки, принято называть внутренней полостью долота, а заплечики - упорным уступом (торцом), который обычно имеет скошенную фаску.

Опора шарошки долота обычно состоит из консольной цапфы, составляющей единое целое с лапой, и подшипников, позволяющих шарошке при вращении долота свободно вращаться относительно цапфы и передавать осевые и радиальные нагрузки. Один из подшипников одновременно с отмеченными функциями выполняет также роль запирающего, фиксирующего устройства, удерживающего шарошку на цапфе от продольного смещения. Поэтому такой подшипник называют замковым. Как правило, он выполняется в виде шарикоподшипника. Его шары заводятся в соответствующее гнездо через цилиндрический проход, просверливаемый в цапфе и запираемый после их установки специальной деталью, называемой замковым пальцем. Эта деталь имеет форму штыря, а выполняет роль пробки, заходящей в проход и не позволяющей шарам выкатываться из беговой дорожки.

В пальце на одном его конце (переднем) вытачивается сферический вырез, точно соответствующий (при совместной обработке пальца с цапфой) профилю внутренней беговой дорожки замкового подшипника, а на другом - канавка под сварочный шов, фиксирующий правильное положение пальца и препятствующий его смещению и выпадению.

По обеим сторонам замкового подшипника обычно монтируют большой и малый подшипники. Большой подшипник у многих отечественных и зарубежных долот состоит из беговой дорожки, роликов и направляющих плоскостей. Он отделяется от замкового шарикового подшипника буртиком.

Малый подшипник чаще всего выполняется в виде подшипника скольжения с втулкой, которая впрессовывается в гнездо, высверливаемое в шарошке. Втулку часто называют фрикционной. Торцовая (концевая) и боковая поверхности цапфы на участке этого подшипника, как правило, наплавляются тонким антиабразивным покрытием.

В состав опоры, как правило, входит также подшипник в виде планшайбы с накаткой по боковой поверхности и со шлифованным днищем. Подпятник впрессовывают в соответствующее ему гнездо, высверленное в днище шарошки. Его нередко называют концевым упорным подшипником, однако под концевым подшипником также подразумевается малый подшипник с фрикционной втулкой или весь комплекс элементов скольжения, включая втулку и подпятник.

В случае, если опора долота герметизирована в ее состав чаще всего включают также сальниковое уплотнение, гибкую диафрагму (являющуюся основной деталью компенсатора), заполняемый смазкой резервуар (или лубрикатор), каналы для смазки и крышку или пробку, перекрывающую полость резервуара.

В Российской Федерации для бурения нефтяных скважин выпускаются одно-, двух- и трехшарошечные долота.