„Сърцето“ на триконусните ролкови свредла: Три вида лагери на сърцевината, които определят ефективността на пробиване

В обекти за проучване на нефт и газ и геоложки сондажи,ролков конусен бите като "стоманен звяр", проникващ дълбоко в земята, а лагерът служи като "сърце" на този звяр. Той поддържа високоскоростното въртене на ролковите конуси, издържа на сложни подземни налягания и триене и пряко определя експлоатационния живот на свредлото и ефективността на сондажните операции. Днес ще разделим трите основни типа лагери на ролкови конусни битове, като изследваме техническите тайни зад всеки и сценариите, в които те се отличават.

I. Плъзгащ се уплътнен гумен лагер: рентабилният шампион, надежден помощник за меки до средно твърди формации

При конвенционални сценарии за пробиване, плъзгащият се уплътнен гумен лагер е опитен "ветеран" с висока степен на използване. Структурата му не е сложна; сърцевината се състои от плъзгаща се фрикционна двойка, съставена от шийка от легирана стомана и втулка от устойчива на износване легирана сплав. Подобно на два прецизно монтирани метални компонента, той предава мощност чрез триене при плъзгане. За да се предотврати навлизането на сондажна течност, специален гумен уплътнителен възел—като радиални уплътнителни пръстени и крайни уплътнения—е монтиран от външната страна на кухината на лагера и кухината е пълна с грес с висок вискозитет, за да образува "защитна бариера".

Най-големите предимства на този лагер се крият в неговата "стабилност" и "ценова ефективност". Конструкцията с плъзгащо триене позволява равномерно разпределение на натоварването и превъзходна устойчивост на удар, което му позволява да работи стабилно дори при високо налягане на пробиване и условия на висока скорост на въртене. Освен това се отличава с ниски производствени разходи и лесна поддръжка—след износване, само втулката трябва да бъде сменена, за да се върне битът в експлоатация. Въпреки това, гуменото уплътнение е неговата „слабост“: неговата температурна устойчивост обикновено не надвишава 120°C, а неговата граница на устойчивост на налягане е около 50MPa, което го прави неефективен при високотемпературни дълбоки кладенци или когато е изложен на корозивни сондажни течности.

Следователно „основното бойно поле“ на плъзгащите се уплътнени гумени лагери е в меки до средно твърди образувания, като глина, пясъчник и варовик. Те са особено подходящи за конвенционално сондиране на сушата,насочено сондиранеи операции с плитки кладенци, където контролът на разходите е от решаващо значение. Ако вашите изисквания за пробиване съответстват на тези сценарии, този лагер ще бъде изключително рентабилен избор.

II. Ролко запечатан гумен лагер: Високоефективният пионер, ключов инструмент за средно твърди до твърди формации

Когато пробиването премине към средно твърди до твърди образувания, като гранит и базалт, ефективността на плъзгащите се уплътнени гумени лагери става недостатъчна—и тогава търкалящите уплътнени гумени лагери заемат централно място. Неговото основно подобрение е замяната на традиционната плъзгаща се фрикционна двойка с търкалящи се елементи (съчмени лагери или ролкови лагери). Както търкалящите елементи, така и вътрешните/външните пръстени са изработени от високопрецизна сплав, устойчива на износване, като същевременно се запазва гуменото уплътнение и системата за уплътняване и смазване на базата на грес.

Най-значимата промяна, причинена от триенето при търкаляне, е „намалено усилие“: съпротивлението на триене е значително намалено,малкотостартовият въртящ момент е по-малък и може лесно да постигне по-високи скорости на въртене. Механичната скорост на пробиване обикновено се увеличава с 10%-30%, което несъмнено е основно предимство за проекти, преследващи високоефективно пробиване. Въпреки това, той също наследява ограниченията на гумените уплътнения—неговата максимална температурна устойчивост е малко по-висока от тази на плъзгащите лагери, но достига само 130°C, с устойчивост на налягане от приблизително 60MPa. Освен това търкалящите се тела са силно чувствителни към примеси; твърдите частици в сондажната течност могат лесно да причинят задръстване, така че се поставят по-високи изисквания към чистотата на сондажната течност.

Въз основа на тези характеристики търкалящите уплътнени гумени лагери се използват главно за пробиване в средно твърди до твърди формации, като вертикални участъци на дълбоки и свръхдълбоки кладенци, както и високоефективни сондажни проекти, изискващи високи механични скорости на пробиване. По отношение на избора на сондажна течност, те са по-съвместими с чиста вода и системи с ниско съдържание на твърда фаза на сондажна течност. За да се даде пълноценно предимство на техните високоефективни предимства, използването на сондажни течности, съдържащи големи твърди частици, трябва да се избягва, доколкото е възможно.

III. Неуплътнен търкалящ се въздушен лагер: експертът по устойчивост на висока температура, специализирана опция за уникални процеси на пробиване

При сценарии за дълбоко сондиране при свръхвисока температура и свръхвисоко налягане, като геотермални кладенци и дълбоки кладенци за шистов газ, гумените уплътнения на първите два типа лагери ще се повредят поради високи температури. В този момент неуплътненият търкалящ въздушен лагер става единственото жизнеспособно решение. Неговият структурен дизайн е доста уникален: той приема фрикционна двойка търкалящи се елементи, но напълно елиминира уплътнителния възел. Лагерната кухина е директно свързана с сондажната среда и въздух под високо налягане или пулверизирана сондажна течност се използва като охлаждаща и смазваща среда.

Без ограниченията на уплътненията, неговата температурна устойчивост е постигнала качествен скок, достигайки над 200°C, което е напълно способно да се адаптира към подземни среди с ултрависока температура. В същото време въздухът под високо налягане непрекъснато прочиства кухината на лагера, като не само премахва топлината, генерирана от триенето, но също така ефективно изхвърля навлизащите изрезки, за да се избегне износването на лагера, което значително подобрява надеждността в тежки условия. Той обаче има и уникални „изисквания“: има изключително високи изисквания към системата за подаване на въздух, изискваща стабилен източник на въздух под високо налягане. Освен това, животът на лагерите е пряко повлиян от чистотата на източника на въздух—ако примесите се смесят в източника на въздух, това може лесно да причини повреда на лагера.

Този тип лагер има сравнително специализирани приложения, използвани главно при сондиране на кладенци при ултрависока температура и свръхвисоко налягане, както и специални процеси като сондиране с недостатъчно балансиране и сондиране с въздух. При тези процеси въздухът под високо налягане не само осигурява смазване и охлаждане на лагера, но също така ефективно предотвратява срутването на сондажния отвор, постигайки две цели едновременно. Трябва да се отбележи обаче, че той е напълно несъвместим с конвенционалните системи за сондажна течност на водна основа и може да работи само в среда с газ или атомизирана сондажна течност—това е основното му ограничение на приложението.

Резюме: Как да изберем между трите лагера? Подходящите работни условия са ключът

След като научихме подробностите за тези три лагера, става ясно, че няма абсолютно превъзходство или по-ниско качество сред тях—само разлики в пригодността за специфични условия на работа. С прости думи, основната логика за избор може да се обобщи в три точки:

За меки до средно твърди пластове и операции с плитки кладенци, където рентабилността е приоритет, изберете плъзгащи се уплътнени гумени лагери; за средно твърди до твърди формации, където се изискват висока скорост и ефективност на пробиване, изберете търкалящ се уплътнен гумен лагер; и за дълбоки кладенци с ултрависока температура, свръхвисоко налягане или специални процеси като въздушно сондиране, неуплътненият търкалящ въздушен лагер е единствената опция.

Тъй като е „сърцето“ на ролковото конусно свредло, изборът на лагер пряко влияе върху разходите, ефективността и безопасността на сондажните операции. Надяваме се, че тази статия ще ви помогне да изясните основните разлики между трите лагера, позволявайки ви да изберете правилното „сърце“ за практични проекти за пробиване и да осигурите ефективно и надеждно пробиване всеки път.