На рисунках представлені шарошкові долота.

На рис. 3.1.1 – трьохшарошкове долото озброєне твердосплавними зубками, гідромоніторне;

рис. 3.1.2 - трьохшарошкове долото із фрезерованими зубцями із центральною промивкою;

рис. 3.1.3 - трьохшарошкове долото озброєне твердосплавними зубками, із центральною промивкою;

рис. 3.1.4 – конструкція трьохшарошкового долота із фрезерованими зубцями, гідромоніторною периферійною промивкою і негеометизованою опорою;

1 – корпус, 2 – насадка гідромоніторна, 3 – лапа, 4 – шарошка, 5 – цапфа, 6 – роликопідшипник, 7 – кульковий підшипник.

рис. 3.1.5 - одношарошкове долото озброєне твердосплавними зубками;

рис. 3.2.1 – конструкція секції долота із герметизованою маслонаповненою опорою типу В;

рис. 3.2.2 – конструкція секції долота з продувкою газоповітряним агентом;

рис. 3.3.1 – конструкція опори долота типу В, схема – ШШШ;

рис. 3.3.2 – конструкція опори долота типу В, схема – РШШ;

рис. 3.3.3 – конструкція опори долота типу В, схема – РШР;

рис. 3.3.4 – конструкція опори долота типу А, схема – РШССу;

рис. 3.3.5 – конструкція опори долота типу А, схема – СШСу.

Основними конструктивними елементами шарошкових доліт є: корпус, лапи, шарошки, цапфи, вузли опор кочення або ковзання, промивні канали і насадки.

Шарошки відрізняються формою і розміщенням вінців на конічних поверхнях, типом озброєння. В доліт на рис. 3.1.1,3,5, 3.2.2 шарошки із вставними твердосплавними зубками; рис. 3.1.2,4, 3.2.1, 3.3.1,2,3,4,5 – із фрезерованими зубками. Долота першого типу використовуються при бурінні абразивних, міцних і особливо міцних порід, другого типу - м’яких, твердих і порід середньої твердості.

Сукупність промивних каналів і насадок створюють схему промивки долота. На рис. 3.1.1,4, 3.2.1 зображені долота із гідромоніторною промивкою через насадки. На рис. 3.1.2,3,5 зображені долота із центральною промивкою через отвір у корпусі. На рис. 3.2.2 долото із продувкою. Гідромоніторна промивка забезпечує краще очищення вибою і шарошок від вибуреної породи, але створюють значний перепад тиску в циркуляційній системі. Долота з продувкою використовують при бурінні вибухових свердловин глибиною до 25 м в гірничо-збагачувальній промисловості. Вони мають продувочні канали виконані в лапах і цапфах для підводу повітря до опор і охолодженні елементів підшипників.

Опори доліт відрізняються типом тіл кочення, їх кількістю.

Долота з відкритими опорами, в яких охолоджування підшипників досягається безпосереднім контактом з промивальною рідиною, можуть працювати при вищих частотах обертання, чим долота з герметизованими маслонаповненими опорами з охолоджуванням підшипників тільки через контакт зовнішніх поверхонь шарошек з промивальною рідиною.

Якщо відкриті опори включають тільки підшипники кочення (серія «В»), то таке долото може працювати при частоті обертання до 600 об/мин.

При введенні в опору кінцевих підшипників ковзання радіального і п'яти-підп'ятника (серія «В») верхня межа допустимих частот обертання долота складе приблизно 400 об/мин.

Долота з герметизованими маслонаповненими опорами з торцевим ущільненням, що містять кінцевоих радіальний і проміжний упорний підшипники ковзання і периферійний роликовий підшипник кочення (серія «НУ»), при використанні в опорах спеціальних пластичних змащувальних матеріалів (ПСМ) можуть працювати при частотах обертання до 250 об/мин.

Долота з герметизованими маслонаповненими опорами, що містять всі радіальні і наполегливі підшипники ковзання і замковий підшипник кочення або ковзання і периферійне радіальне ущільнення (серія «АУ»), можуть працювати з частотою обертання до 150 об/мин, хоча кращі показники по стійкості опори досягаються при частотах обертання до 100 об/мин.

2. Долота призначені для руйнування породи на вибої при бурінні свердловини. Шарошкові долота відносяться до доліт дроблячо-сколюючої дії. При обертанні долота разом із бурильною колоною і контакті шарошок із вибоєм, останні одночасно обертаються навколо своїх цапф і "прокочуються" по вибою. При цьому зуби шарошок врізаються в породу і при подальшому обертанні сколюють її. Такий процес відбувається при застосуванні доліт із фрезерованими зубцями. Коли ж застосовують долота із твердосплавними зубками, зубки з великим зусиллям тиснуть на породу, в результаті чого в ній виникають напруження, що перевищують границю міцності і порода руйнується (дробиться).

Частинки зруйнованої породи виносяться на поверхню завдяки швидкісному потоку промивальної рідини, який створюється витіканням рідини через отвори і насадки. При витіканні рідини з насадок виникає гідромоніторний ефект. Також замість рідини може застосовуватися повітря (сухе або із краплинками води)

В опорах шарошок використовуються підшипники ковзання і кочення. При їх виборі задаються частотою обертання долота.

Режим роботи долота характеризується:

- частотою обертання, хв^-1;

- осьовим навантаженням, кН.

Результати застосування доліт характеризують:

- механічна швидкість буріння, м/год;

- проходка на долото, м.

3. Те чи інше долото застосовують в залежності від типу розбурюваної ним породи, її твердості і абразивності (вибирається тип озброєння долота), від параметрів режиму буріння, таких як частота обертання, осьове навантаження (вибираються тип опор шарошок).

У основу конструкцій типів доліт покладений принцип створення найвищої швидкості буріння породи, характерної для даного типа долота, при забезпеченні їм найвищої проходки, що досягається сукупністю основоположних чинників: високою зносостійкістю озброєння і опори при раціональній схемі промивки.

У долотах для м'яких порід зовнішній контур шарошек має багатоконусну бочкоподібну форму, яка в поєднанні з максимальною величиною зсуву осей шарошек в плані щодо осі долота кінематично обуславливает руйнування породи на забої одночасно втискуванням і зрушенням руйнуючого елементу озброєння.

У долотах же. призначених для буріння в дуже міцних породах, зовнішня конфігурація шарошки і її розташування в долоті близькі до конуса, вершина якого лежить в точці перетину осей долота і шарошки в профільній площині, що містить вісь шарошки. Тут крихке руйнування породи на забої відбувається за рахунок ударного впровадження елементів озброєння шарошки, які краще пристосовані до великих напруг стиснення і можуть витримувати великі питомі навантаження.

У долотах для інших порід - від м'яких абразивних до дуже міцних - озброєння шарошек виконується у вигляді запресованих в їх корпуси зубків з твердого сплаву вольфрамо-карбідної групи з відповідними призначенню долота конфігураціями робочих головок, виступаючих над поверхнею шарошки, - зубковое озброєння.

4. Деталь 2 – це гідромоніторна насадка. В ній потік рідини звужується (стискається) і при цьому виникає перепад тиску, який сприймається самою насадкою. Оскільки промивна рідина містить абразивні частинки, то насадка при контакті з рідиною зазнає гідроабразивного зношування.

Щоб насадка інтенсивно не спрацьовувалася під дією швидкісного, високонапірного абразивного потоку, вона має бути виготовлена із зносостійкого і теплостійкого матеріалу, наприклад, з твердих сплавів вольфрамо-кобальтової групи і металокерамічних матеріалів типу 22ХС або ЦМ-332.

5. Виготовлення (складання) долота починають із виготовлення корпусу 1, лапи 3 із цапфами 5 кріпляться між собою спеціальними штифтами і зварюються разом. Далі в шарошки закладаються тіла кочення (6,7), втулки підшипників ковзання. Шарошка 4 насаджується на цапфу. При цьому монтується торцеве ущільнення шарошки (якщо це передбачає конструкція). Для осьової фіксації шарошки на цапфі, в кіьцеві розточки виконані в цапфі та шарошці вставляються через отвір у цапфі кульки, що утворюють замковий підшипник. Отвір у цапфі закривається пальцем, який потім заварюється. Якщо долото маслонаповнене, то після збирання порожнини заповнюються долотним мастилом, вставляються лубрикатори.

Коефіцієнт внутрішньої уніфікації деталей виробу. Відображає ступінь багаторазового використання в конструкції одних і тих же деталей. Визначається за фор-мулою

де NН – кількість найменувань деталей у виробі; N – загальна кількість деталей у виробі.

Коефіцієнт блочності виробу. Характеризує простоту, зручність складання виробу і визначає частку деталей, що входять в спеціалізовані блоки в загальній кількості деталей, які містяться у виробі.

Визначається за формулою

де Nб – кількість спеціалізованих блоків виробу; Nд – кількість деталей виробу, що не увійшли до складу блоків.

6. Ресурс роботи долота залежить від умов роботи – характеристикирозбурюваної породи, якості очистки бурового розчину (вмісту абразиву) і охолодження долота розчином, відповідності параметрів режиму буріння (осьове навантаження, частота обертання) паспортним характеристикам долота.

Досвід показує що найшвидше виходять з ладу опори шарошок, навіть до настання зносу озброєння шарошок. Мають місце руйнування тіл кочення, спрацювання поверхонь тертя, втомне викришуванння поверхонь бігових доріжок тіл кочення, абразивне спрацювання через негерметичність ущільнення.

Для підвищення довговічності необхідно зміцнювати поверхні тіл кочення, бігових доріжок, елементів тертя, початкові зазори в підшипниках при виготовленні мають бути якомога меншими, застосовувати якісні мастильні матеріали, які б володіли високими протизадирними і протизносними показниками, відводили тепло.

Для зміцнення поверхонь тертя застосовують

цементацию закалку в масле  низкий отпуск

покриття цапф антифрикційними і твердими сплавами на основі бронзи, срібла, типу стеліт.

7. 96% бурового інструменту – шарошкові долота. Досвід експлуатації показує, що їх стійкість залежить в основному від стійкості опор. В асортименті мастил довгий час були відсутні спеціальні пластичні мастила для опор доліт. Практика буріння показує, що необхідно створювати мастила з рівнем триботехнічних і експлуатаційних властивостей, що відповідають мастилам провідних долотних фірм США.

В підшипниках виникають високі контакні тиски, які в декілька раз перевищують контактні еавантаження підшипників загального машинобудування, тому їхня довговічність визначається годинами, в той час як стандартних підшипників – сотнями тисяч.

Механізм спрацювання опори носить складний характер, бо опора являє собою багаторядний блочний підшипник, який є нерівномірно навантаженим, а, отже, і нерівномірно проходтить спрацювання. В опорах доліт має місце: гідроабразивне спрацювання, окислювальне спрацювання, втомне, пластичне деформування і теплові процеси. Тому мастила повинні володіти високими протизадирними і протизносними показниками. Долота заповнюють мастилом на заводі – виготовлювачі і в процесі експлуатації масилом не поповнюють.

Вибираємо спеціальне долотне матисло "Долотол", "Пластол". Виготовлене воно з нафтових масел, згущених милом і містять пакет хіміко-активних добавок, які надають комплекс необхідних властивостей.

Білет №4 (Насос)

На прикладеному рисунку зображено пристрій, що його використовують для комплектації обладнання, застосовуваного при спорудженні свердловин на нафту і газ. Назвіть сам пристрій і комплектоване ним обладнання, складіть експлікацію, поясніть функції, виконувані кожною деталлю, складальною одиницею.

Пневмокомпенсатори служать для вирівнювання пульсацій тиску, які викликаються коливаннями подачі рідини через нерівномірну швидкість поршнів в насосах. Пневмокомпенсатором комплектуються буровий насос.

1-фланець, 2-штуцер, 3-кутовий вентиль, 4-манометр, 5-кришка, 6-металічний диск, 7- еластична діафрагма. 8-металічна шайба, 9-товстостінпий сферичний корпус. 10-шпилька.

Діафрагма 7, яка відокремлює верхню газову порожнину від рідини, яка поступає через штуцер, має сферичну форму з горловиною, яка ущільнена в розточках корпуса і кришки 5. Кришка затягується шпильками, які загвинчені в корпус. Діафрагма виготовляється з прогумованої тканини і при повній розрядці пневмокомпенсатора плавно прилягає до внутрішньої його поверхні. Утворення складок і деформування діафрагми при цьому небажані внаслідок можливої втрати еластичності, особливо в умовах низької температури.

Отвір Б пневмокомпенсатора перекривається конусним потовщенням діафрагми. Металічна шайба 8 і диск 6 з прогумованої тканини усувають можливість витискання діафрагми в отвір штуцера 2 і сприяє щільному приляганню конуса діафрагми до штуцера при витісненні рідини з пневмокомпенсатора під час зупинок насоса. На кришці встановлений кутовий вентиль 3 для зарядки пневмокомпенсатора стиснутим газом.

Тиск газу контролюється манометром 4, оснащений вентилем Манометр вмикається з допомогою вентиля перед запуском насоса для контролю початкового тиску в пневмокамері. При роботі насоса вентиль закривається, тому манометр запобігається від передчасних поломок, які викликає пульсуючий тиск в пневмокамері. З насоса рідина поступає в пневмокомпенсатор через штуцер 2, який затягнутий шпильками 10, які одночасно служать для кріплення пневмокомпенсатора до фланця 1 нагнітального колектора насоса.

Опишіть принцип дії пристрою, ілюструйте робочий процес (зміну показників режиму його роботи) відповідними графічними залежностями. Назвіть термодинамічний процес, що реалізується підчас роботи пристрою.

Пневмокомпенсатор являє собою закриту посудину, яка заповнена стисненим повітрям або азотом. При подачі рідини об'єм газу в ній зменшується і в результаті цього початковий тиск газу зростає до робочого тиску насоса. При роботі насоса об'єм газу в пневмокомпенсаторі періодично змінюється в межах зміни подачі насоса за один подвійний хід.

Верхня частина ковпака заповнюється стиснутим повітрям або газом . тиск якого повинен бути приблизно рівним половині робочого тиску бурового розчину . Нижня частина компенсатора з'єднана з насосом і заповнена буровим розчином . При роботі насоса об'єм газу в пневмокомпенсаторі періодично змінюється в межах зміни подачі насоса за один подвійний хід.

      V

V - обєм газу в компенсаторі          

Q - подача насоса

Q-Ізотермічний процес

Складіть перелік технічних показників зображеного пристрою, пов'яжіть кожний з них із параметрами комплектованого пристроєм обладнання. Викладіть засади вибору показаного пристрою для наперед відомих умов застосування.

Обєм компенсатора, тиск стиснутого повітря або газу в компенсаторі .граничний тиск в нагнітальній лінії. Залежно від граничних відхилень, що визначаються потужністю і подачею насоса, початковий тиск в пневмокомпенсаторі встановлюється в діапазоні: 0,25 р' < р₀ <0,8р", де р і р" — граничний тиск відповідно при мінімальній (найменшому діаметрі змінних втулок) і максимальній (найбільшому діаметрі змінних втулок) подачі.

4. Визначте діаметр і число шпильок для кріплення кришки 8 до корпуса 10 пристрою, якщо коефіцієнт запасу міцності шпильок при його гідравлічному випробуванні тиском р=37,5МПа повинен бути не меншим 1,5. Матеріал шпильок сталь 40Х ( =600 МПа). Зображення пристрою подано в
масштабі 1:10

Цей розрахунок фіговий!!!!