История производства долот из СССР

Шарошечные долота — наиболее распространенный вид породоразрушающего инструмента. Они выпускаются в наибольшем ассортименте по числу типов, серий, модификаций и моде­лей. При их помощи выполняется более 90% общего объема проходки глубоких скважин как в СССР, так и в других промышленно развитых странах.
Этими долотами бурят эксплуатационные (нефтяные, газовые и водяные), разведочные, поисковые, опорные, инженерно геологические, гидрогеологические, гидротехнические, строительные, взрывные, вентиляционные и многие другие скважины.
Эти долота — наиболее сложные как по конструкции, так и по технологии их изготовления.
В зависимости от количества их рабочих органов, производящих бурение, они разделяются на разновидности: одно-, двух-, трех-, четырех- и многошарошечные.
В настоящее время в шарошечные долота выпускают­ся одно-, двух- и трехшарошечными. Для реактивно-турбинного бурения и бурения шахтных стволов эпизодически изготовля­ются многошарошечные сварные буры большого диаметра. За рубежом отдельные фирмы разрабатывают и выпускают также четырех-, шести- и многошарошечные долота большого диа­метра.

Под параметрами инструмента обычно подразумевают все данные, которые позволяют оценить его конструкцию, техни­ческий уровень, степень надежности в работе, определяют его техническую и общественную полезность, экономическую эф­фективность, позволяют выявить область рационального приме­нения и др.

Один из важнейших, наиболее универсальных параметров, общий для всех видов бурового инструмента — фактический срок его службы. Он обеспечивает возможность оценить обще­ственную полезность (практическую ценность) конструкции ин­струмента каждого классификационного подразделения и вхо­дит в эксплуатационную характеристику в качестве ее основ­ного компонента. Он может быть выражен в различных едини­цах, чаще всего в часах. Стойкость, или долговечность, инстру­мента характеризует работоспособность промышленного изде­лия.

Срок службы, стойкость, или долговечность, инструмента, его узла или детали зависит от условий применения и режима экс­плуатации. С увеличением глубины бурения роль этих парамет­ров (точнее видоизменений одного и того же параметра) рас­тет и применение инструмента, характеризующегося небольшим сроком службы (или малой часовой стойкостью), оказывается экономически невыгодным.
Параметр, весьма близкий к сроку службы, — проходка на инструмент (в метрах). Его (как и «часовую стойкость») назы­вают показателем работы (долота или другого породоразруша­ющего инструмента). Этот параметр доминирует при анализе работы и сравнительных испытаниях разных моделей или мо­дификаций однотипного бурового инструмента. При анализе работы породоразрушающего инструмента в некоторых случаях (например при бурении относительно не­глубоких интервалов скважин) на первое место выдвигается механическая скорость проходки, чаще всего ее среднее значе­ние как частное от деления проходки на время чистого буре­ния.

При эксплуатации бурильных головок и керноприемных снарядов весьма важным параметром считается вынос керна в процентах к проходке. Диаметр керна, при оценке работы этого инструмента играет также большую роль. Он влияет и на вы­нос керна. Поскольку при разведочном бурении и оценке запа­сов полезных ископаемых необходимо получать керн с ненару­шенной структурой, то для характеристики работоспособности керноприемных устройств в качестве основного параметра ис­пользуется также целостность керна.

В технический паспорт, направляемый изготовителем заказ­чику вместе с инструментом, желательно включать такие пара­метры, как предельно допустимая нагрузка на инструмент, предельно допускаемая частота вращения. За рубежом произ­ведение обоих параметров — главный эксплуатационный пока­затель инструмента. При увеличении осевой нагрузки там сни­жают соответственно частоту вращения инструмента, и наобо­рот.

Одним из основных экономических параметров, принятых в СССР, и за рубежом, считается стоимость единицы проходки (или расширения) скважины.

Для технической характеристики конструкции инструмента необходимо знать:
а) номинальный диаметр инструмента в наибольшем попе­речном сечении;
б) высоту (длину) инструмента;
в) массу инструмента;
г) размеры профиля присоединительной резьбы;
д) схему опоры;
е) наличие герметизирующих устройств и компенсаторов;
ж) схему (систему) очистки (промывки, продувки);
з) размер сопел (насадок);
и) назначение и тип инструмента;
к) материал основных деталей.

При приемке инструмента на заводе-изготовителе и буровом предприятии необходимо проверять следующие параметры:
а) фактический диаметр инструмента и соответствие откло­нений от номинального значения предельным значениям по ГОСТ;
б) разновысотность шарошек;
в) радиальное биение шарошек относительно оси резьбы;
г) то же относительно оси цапфы;
д) предельные отклонения конусности присоединительной резьбы;
е) натяг резьбы;
ж) притупление заходной нитки резьбы;
з) качество сварных швов.

Фирма «Хюз Тул» («Инструменты Хюза») входит в круп­нейшую корпорацию международного значения «BJ — Hughes Inc.». Эта фирма была создана Г. Р. Хюзом после изобретения им первого шарошечного (двухшарошечного) долота.

Эта фир­ма впервые применила самоочищение вооружения шарошек, наплавку на зубья шарошек, антифрикционную обработку эле­ментов подшипников опоры шарошки, разработала трехшаро­шечное долото самоочищающей конструкции, усилила калиб­рующие элементы шарошек, спроектировала долото для бурения нарывных и других скважин с продувкой сжатым воздухом, применила в шарошечном долоте (для крепких и абразивных пород) вставные твердосплавные зубки, сконструировала доло­то с боковой струйной (с соплами) промывкой (1953 г.), разра­ботала долото с герметизированной опорой и принудительной подачей в нее смазки в процессе бурения и внедрила его в про­изводство в серии X, применила компьютер для оптимизации режимных параметров в процессе работы долота, сконструиро­вала штыревые долота для бурения некрепких пластичных по­род, использовала очистку смазочной системы от воздуха с по­мощью вакуумного насоса, применила для удержания на цапфе кольцевой пружинный замок (1982 г.).

Фирма «Рид Тул» была создана в 1919 г. Ею были разра­ботаны первое штыревое долото со смещенными осями (1967 г.), первое долото с плавающей втулкой(1973 г.). Более 20 лет ее штыревые долота и твердосплавные зубки характеризуются наи­более широким ассортиментом. Так же как и фирма «ХюзТул», она имеет представительства во многих странах. Правление и головное предприятие находятся в г. Хьюстоне, штат Техас. В состав фирмы входят конструкторское бюро и научно-исследо­вательские лаборатории. Недавно эта фирма вошла в крупную корпорацию Бэйкер Инт. Ко.

Ассортимент и конструкции трехшарошечных долот фирмы «Рид Тул». Трехшарощечные долота рассматриваемой фирмы выпускаются двух классов: первого, со стальным вооружением и второго, со штыревым вооружением. Обозначение типов долот соответствует классификации МАБП. Одно из характерных ус­ловных обозначений долот фирмы «Рид Тул» — буква Y, стоя­щая в начале их шифра. Она означает обычное стандартное трехшарошечное долото с открытой (негерметизированной) опо­рой. Эта же литера обозначает и серию долот, обладающих от­меченными особенностями.

Фирма «Смит Тул» входит в крупную международную кор­порацию 511 (Смит Интерн., Инк.). В настоящее время голов­ное предприятие фирмы находится в г. Ирвин, штат Калифор­ния, США. Филиалы, отделы и представительства фирмы распо­ложены в различных штатах, а также в Канаде, Великобрита­нии, Франции и многих других капиталистических и развиваю­щихся странах.

Первые трехшарошечные долота были выпущены в 1953 г. Долота со струйными соплами, закрепленными при помощи резьбовой муфты, выпускаются с 1957 г. С 1960 г. изготовляют­ся шарошечные долота DJ для бурения направленных (искрив­ляемых) скважин. В 1967 г. фирма предприняла попытку соз­дать долота с герметизированной опорой, включающей сегмент­ные вкладыши. Однако такие долота оказались недостаточно долговечными. Не увенчалась успехом и попытка освоить мас­совый выпуск прецизионных шарошечных долот, ибо их произ­водство оказалось недостаточно рентабельным. Таким образом, крупных достижений в развитие трехшарошечных долот этой фирме, в отличие от рассмотренных фирм «Хюз Тул» и «Рид Тул», внести не удалось. Тем не менее технический уровень долотной продукции фирмы «Смит Тул» достаточно высок, а ка­чество изготовления долот остается стабильно хорошим. Поэто­му указанную фирму принято включать в число (четверку) ведущих фирм мира, разрабатывающих и изготовляющих трех­шарошечные долота.

Фирма «Сикьюрити» (в переводе с английского «безопас­ность, надежность») входит в международную корпорацию- «Дрессер Индастриз, Инк.». Правление фирмы и ряд лаборато­рий расположены в г. Хьюстоне, штат Техас, США. Главное предприятие фирмы находится в г. Далласе, штат Техас. Ее филиалы и заводы расположены в г. Калгари (Канада) и г. Манчестере (Великобритания), а базы и представительства — более чем в 50 странах.

Шарошечные долота этой фирмы выпускаются с 1931 г. В настоящее время они выпускаются трехшарошечной разно­видности, за исключением одной модели двухшарошечного долота 2S3SJD диаметром 250,8 мм. Наибольшим достижением фирмы «Сикьюрити» можно считать разработку и выпуск долот для бурения наклонных и вертикальных стволов скважин.

Головное предприятие и управление фирмы «Варел Мэньюфекчрин Компани», сокращенно «Варел», находятся в г. Дал­лас, штат Техас, США. Ее филиалы расположены в Канаде, Мексике, Австралли. Основана фирма в 1947 г.

В номенклатуре долот фирмы «Варел» много заимствован­ного у других фирм, а также из классификации МАБП. Так, литерой C обозначается наличие в вооружении шарошек зуб­ков с конической головкой. Долота с герметизированной опорой шифруются трехцифровым кодом. Например, L114 (11—тип долота, 4 — условный номер модификации). Специфическая осо­бенность номенклатуры фирмы — применение в начале шифра буквы L для долот первого класса и буквы V (начальная буква названия фирмы) в начале долот второго класса. При этом следует помнить, что такие же буквы имеются и в шифре двух долот фирмы «Смит Тул», а именно в долоте L4 и V2. Однако точно такого буквенно-цифрового сочетания в долотах фирмы «Варел» нет.

Интересная особенность долот первого класса этой фирмы — выполнение шарошек не с фрезерованным вооружением, а с коваными зубьями. При фрезеровании сердцевина зуба оказы­вается однородной без признаков слоистости. Поэтому она не обладает устойчивостью к ударным и скалывающим нагрузкам. Вследствие этого в процессе бурения зуб, как правило, меняет угол приострения на менее острый (т. е. затупляется) и может быть срезан до самого основания. Это приводит к резкому сни­жению механической скорости проходки до нуля и к прекраще­нию углубления скважины, несмотря на вращение бурильной колонны под нагрузкой.

Фирма «Си Пи» расположена в г. Даллас, штат Техас. Из­готовлением трехшарошечных долот нефтяного сортамента она начала заниматься примерно одновременно с фирмой «Ва­рел». В номенклатуре, обозначении и конструкции долот обеих фирм много общего. Но вместо литер L или V в начале шифра долота фирма «Си Пи» применяет букву E или буквосочетание EH, характеризующее продукцию данной фирмы.

Долота с герметизированной опорой РШС или СШС обозна­чаются тем же трехцифровым кодом по классификации МАБП, что и долота фирмы «Варел». Буквы C и A в конце шифра долота свидетельствуют о тех же особенностях вооружения шаро­шек, что и в номенклатуре долот фирмы «Варел». Защита быстроизнашивающихся элементов долот выполняется примерно таким же образом, как и в долотах фирмы «Варел».

Ассортимент трехшарошечных долот фирмы «Си Пи». До­лота первой серии с открытой опорой выпускаются в двух клас­сах, т. е. как со стальным, так и со штыревым вооружением.

Эта фирма с 1954 г. специализируется на разработке и изго­товлении долот малого (менее 200 мм) диаметра для бурения преимущественно геофизических, геологоразведочных, нефтяных и взрывных скважин. Основное предприятие этой фирмы нахо­дится в г. Гринвилл, штат Техас.

Шарошки и лапы долот изготовляются из ковких высокосорт­ных сталей. В шифрах долот эта фирма, как и большинство других фирм США, для обозначения конических головок зубков применяет букву С, а для обозначения герметизированных опор скольжения — литеру F. Типы штыревых долот она шифрует согласно коду МАБП.

Ассортимент трехшарошечных долот рассматриваемой фир­мы относительно неширокий. Долота изготовляются в двух сериях: 1) с открытой опорой и 2) с герметизированной опорой скольжения.

Головное предприятие и управление фирмы «Страта Бит» находится в г. Хьюстон, штат Техас. Филиалы фирмы располо­жены в г. Абердин, Шотландия, г. Хеддер, Нидерланды, а так­же в Малайзии и Таиланде. В 1982 г. эта фирма объединилась со шведской фирмой «Сандвик» и заимствовала у нее производ­ство шарошечных долот, которые последняя выпускала с 1960 г.

Характерное буквосочетание в начале шифра долота этой фир­мы— CFS — свидетельствует о принадлежности изделия этой фирме.

Ассортимент трехшарошечных долот. Шарошечные долота фирма «Страта Бит» изготовляет только трехшарошечной раз­новидности, лишь второго класса (штыревые), причем только- с герметизированной опорой, выполненной по схеме: большой подшипник скольжения, шариковый замковый подшипник, фланцевый промежуточный упорный подшипник скольжения, малый концевой подшипник скольжения и вставной подпятник, запрессованный в шарошку. Цапфа в зоне каждого подшипника скольжения, в том числе и по торцу (пята), наплавляется твер­досплавной наплавкой, обладающей низким коэффициентом трения.

Эта фирма образовалась путем слияния фирм «Нортон Ком­пани» и «Кристенсен Даймонд Продакт». Фирма «Нортон Кри­стенсен, Инк.» имеет представительства во многих странах. Ее правление и головное предприятие находится в г. Солт-Лейк-Си­ти, штат Юта. Филиалы расположены в Алжире, Аргентине, Франции, ФРГ, Австрии, Великобритании и других странах. Харак­терное буквосочетание в начале шифра долот данной фирмы NC — начальные буквы наименования фирмы (Norton Christensen).

Ассортимент шарошечных долот. Шарошечные долота рас­сматриваемой фирмы выпускаются только в трехшарошечной разновидности, с герметизированной опорой скольжения, с фре­зерованным и штыревым вооружением. Все долота изготовля­ются в размерах, указанных заказчиком.