Долговечное трехконусное долото для горнодобывающей промышленности: форма зубьев, уход за подшипниками и важные детали.
В горнодобывающем руднике трехконусное долото бурит тысячи метров, прежде чем выйти из строя — если все идет по плану. Разница между долговечным долотом и недолговечным обычно не видна в самом долоте. Она заключается в принятых решениях: какую форму зубьев использовали при бурении, как оператор обращался с подшипниками и проверял ли кто-нибудь температуру конуса после последнего бурения.
Вот как горнодобывающие предприятия максимально продлевают срок службы трехконусных буровых долот, с разбивкой по четырем областям, которые непосредственно влияют на результат.
Во-первых, правильно подберите форму зуба.
Это решение определяет все последующие этапы. В горнодобывающих трехгранных буровых долотах преобладают две формы зубьев, предназначенные для работы с противоположными значениями твердости.
Шаровидные зубья (вставки для кнопок):Короткие закругленные твердосплавные вставки плотно расположены по всей поверхности конуса. Короткие зубья означают короткие рычаги, что позволяет вставкам противостоять изгибу и поломке под большой нагрузкой. Плотное расположение обеспечивает распределение нагрузки по множеству точек контакта. Шаровидные буровые долота выдерживают экстремальное осевое давление и работают в твердых, абразивных породах, где более длинные долота сломались бы.
Клиновидные зубья (фрезерованные/долотистые зубья):Длинные заостренные зубья, выточенные на конусообразном корпусе, расположены на большем расстоянии друг от друга. Длинные зубья глубоко проникают в мягкие породы при относительно низком контактном давлении. Широкое расстояние между зубьями предотвращает образование комков в пластичных породах.
Пример неудачи, возникающей при неправильной установке, весьма показателен. Установите шарообразное долото в мягкую породу, и оно будет бурить — но медленно. Короткие зубья не смогут проникнуть глубоко, и долото будет стачивать, а не вырезать канавки. Долото прослужит долго, но стоимость бурения одной скважины будет высокой, потому что буровая установка будет простаивать в скважине бесконечно долго.
Если использовать клиновидное долото в твердой, абразивной породе, зубья сломаются или износятся за ничтожную часть ожидаемого срока службы. Длинные зубья подвергаются слишком большой изгибающей нагрузке, и абразивная порода измельчает более мягкие, заточенные зубья.
Подберите форму зубьев в соответствии с прочностью на сжатие и абразивностью породы. Долото, немного дороже изготовленное с правильной формой зубьев, окупается многократно в плане расхода материала.
Затем отрегулируйте три параметра, касающиеся подшипников.
Трехконусные буровые долота выходят из строя в двух местах: в зубьях и подшипниках. Зубья видны. Подшипники не видны — и обычно они выходят из строя первыми, если параметры неправильные.
Вес на удиле:Достаточно, чтобы вбить зубья в породу, но не больше. После того, как порода начинает эффективно разрушаться, дополнительная нагрузка на долото не увеличивает проходимость — она просто сильнее нагружает подшипники. Срок службы подшипников обратно пропорционален нагрузке. Долото, работающее с нагрузкой на 20% выше оптимальной, может потерять 40% срока службы подшипников, не получив при этом увеличения проходимости.
Скорость вращения:В мягких породах более высокие обороты означают более быстрое проникновение, поскольку каждому зубу приходится выполнять меньше работы и у него больше времени на восстановление. В твердых породах высокие обороты контрпродуктивны. Зубья не успевают достаточно долго контактировать, чтобы завершить разрушение, прежде чем начать вращаться, а подшипники, которые нагреваются пропорционально оборотам, изнашиваются быстрее. Для твердых пород требуются более низкие обороты и более высокая осевая нагрузка. Для мягких пород требуются более высокие обороты и более низкая осевая нагрузка.
Промывка воздухом:Воздух не только удаляет шлам. Он служит системой охлаждения подшипников. Воздух проходит через внутренние каналы в долоте, охлаждая подшипники скольжения. Если объем продувочного воздуха недостаточен, подшипники перегреваются. Классический симптом: после извлечения долота один конус заметно горячее двух других. В этом горячем конусе заблокирован воздушный канал или неисправен подшипник. Проверяйте все три конуса после каждого отверстия. Если один из них горячее остальных, проверьте его перед тем, как опускать долото обратно.
Контрольный список оператора
Вот те небольшие привычки, которые отличают деталь, отработавшую весь свой расчетный срок, от той, которая выходит из строя преждевременно:
Запустить в новом бите.В совершенно новом сверле установлены новые подшипники с малым зазором. Если установить его на полную нагрузку, подшипники могут заклинить, прежде чем успеют приработаться. Первые несколько метров работайте с уменьшенной нагрузкой, а затем доведите её до нормальной. Этот период обкатки — недорогая страховка для самого дорогого компонента в струне.
Следите за чистотой отверстия.Металлические предметы — сломанный хвостовик бурового долота, упавший инструмент, кусок арматуры — при контакте разрушат трехконусное буровое долото. Держите область вокруг бурового кольца в чистоте. Не допускайте попадания металлических предметов в скважину.
Воротник прямой.Неправильный старт приводит к изгибающей нагрузке на сверло с первого же оборота. Конусы не могут резать равномерно. Износ калибровочного ряда происходит неравномерно. Подшипники испытывают внеосевую нагрузку. При медленном и прямом старте сверло будет работать ровно на протяжении всего срока службы.
Никогда не перекрывайте подачу воздуха, когда сверло находится в отверстии.Стружка оседает в каналах подшипников и зазорах конуса. Следующий оборот перемалывает её в подшипниках. Если необходимо остановить сверление, поднимите сверло с нижнего положения и продолжайте подачу воздуха, пока отверстие не станет чистым.
При любой остановке вращайте конусы вручную.Если буровое долото долгое время находится в скважине, периодически вращайте конусы вручную и продувайте их воздухом, чтобы подшипники оставались свободными. Подшипник, который слишком долго находится под нагрузкой и неподвижно в буровом шламе, будет тугим при повторном запуске.
Не используйте изогнутые буровые штанги.Изогнутый стержень передает вращательное колебание на долото. Долото вращается не по центру. Износ приходится на одну сторону измерительного ряда. Подшипники подвергаются циклическим боковым нагрузкам. Изогнутый стержень — это самый быстрый способ испортить даже исправное долото.
Эффект стабилизатора
Стабилизатор, установленный непосредственно над долотом, изменяет динамику бурения. Он удерживает долото по центру скважины, что означает равномерное сверление конусами, равномерный износ калибровочного ряда и осевую, а не внеосевую нагрузку на подшипники. В результате снижается вибрация, уменьшается отклонение, и заметно увеличивается срок службы долота.
Стабилизаторы с упрочненными или защищенными карбидом контактными поверхностями служат дольше, чем стабилизаторы из обычной стали. Когда стабилизатор изнашивается до размера меньше необходимого, он перестает выполнять свою функцию — долото начинает смещаться, и вы снова сталкиваетесь с неравномерной нагрузкой. Следите за внешним диаметром стабилизатора так же внимательно, как и за калибром долота.
Узор
Трехзубчатое долото, выходящее из строя на ранней стадии горных работ, обычно имеет одну из трех причин: неправильная форма зубьев для породы, параметры, перегрузившие подшипники, или привычка оператора, из-за которой долото подвергалось чрезмерной нагрузке. Само долото, вероятно, было в порядке.
Правильно подберите форму зубьев бурового долота в соответствии с типом породы. Проверьте параметры подшипников, а не только глубину проходки. Выработайте у оператора навыки, обеспечивающие защиту долота. И установите стабилизатор. Всё это не требует больших затрат. Всё это окупается.
