Het "hart" van tricone rolbits: drie typen kernlagers die de boorefficiëntie bepalen

Op olie- en gasexploratie- en geologische boorlocaties wordt derolkegel bitis als een ‘stalen beest’ dat diep in de grond doordringt, en het lager dient als het ‘hart’ van dit beest. Het ondersteunt de snelle rotatie van de rolkegels, is bestand tegen complexe ondergrondse druk en wrijving en bepaalt rechtstreeks de levensduur van de boor en de efficiëntie van boorwerkzaamheden. Vandaag zullen we de drie typen kernlagers van rolkegelbits opsplitsen, waarbij we de technische geheimen achter elk type lager onderzoeken en de scenario's waarin ze uitblinken.

I. Glijdend afgedicht rubberlager: de kosteneffectieve kampioen, een betrouwbare hulp voor zachte tot middelharde formaties

In conventionele boorscenario's is het glijdende afgedichte rubberen lager een doorgewinterde "veteraan" met een hoge bezettingsgraad. De structuur is niet ingewikkeld; de kern bestaat uit een glijdend wrijvingspaar bestaande uit een gelegeerde stalen tap en een slijtvaste gelegeerde bus. Net als twee nauwkeurig gemonteerde metalen componenten brengt het kracht over door middel van glijdende wrijving. Om het binnendringen van boorvloeistof te voorkomen, is er een speciaal rubberen afdichtingssamenstel aanwezig—zoals radiale afdichtingsringen en eindpakkingen—wordt aan de buitenzijde van de lagerholte geïnstalleerd en de holte wordt gevuld met vet met een hoge viscositeit om een "beschermende barrière" te vormen.

De grootste voordelen van dit lager liggen in de "stabiliteit" en de "kosteneffectiviteit". Het glijdende wrijvingsontwerp maakt een uniforme verdeling van de belasting en superieure slagvastheid mogelijk, waardoor het stabiel kan werken, zelfs onder hoge boordruk en hoge rotatiesnelheden. Bovendien beschikt het over lage productiekosten en eenvoudig onderhoud—na slijtage hoeft alleen de bus te worden vervangen om het bit weer bruikbaar te maken. De rubberen afdichting is echter zijn "zwakte": de temperatuurbestendigheid is over het algemeen niet meer dan 120°C, en de drukweerstandslimiet ligt rond de 50 MPa, waardoor het ineffectief is in diepe putten met hoge temperaturen of bij blootstelling aan corrosieve boorvloeistoffen.

Daarom bevindt het "belangrijkste slagveld" van glijdende afgedichte rubberen lagers zich in zachte tot middelharde formaties, zoals klei, zandsteen en kalksteen. Ze zijn bijzonder geschikt voor conventioneel boren op land,gericht borenen ondiepe putoperaties waarbij kostenbeheersing van cruciaal belang is. Als uw boorvereisten aansluiten bij deze scenario's, is dit lager een uiterst kosteneffectieve keuze.

II. Rollend afgedicht rubberen lager: de pionier op het gebied van hoog rendement, een belangrijk hulpmiddel voor middelharde tot harde formaties

Bij het boren in middelharde tot harde formaties, zoals graniet en basalt, wordt de efficiëntie van glijdende afgedichte rubberen lagers onvoldoende—en dat is wanneer rollende, afgedichte rubberen lagers centraal staan. De belangrijkste verbetering is het vervangen van het traditionele glijdende wrijvingspaar door rolelementen (kogellagers of rollagers). Zowel de rolelementen als de binnen- en buitenringen zijn gemaakt van een zeer nauwkeurige, slijtvaste legering, terwijl de rubberen afdichting en het op vet gebaseerde afdichtings- en smeersysteem behouden zijn gebleven.

De belangrijkste verandering die door rolwrijving teweeg wordt gebracht, is ‘verminderde inspanning’: de wrijvingsweerstand wordt aanzienlijk verlaagd,het bitjehet startkoppel is kleiner en er kunnen gemakkelijk hogere toerentallen worden bereikt. De mechanische boorsnelheid neemt doorgaans toe met 10%-30%, wat ongetwijfeld een belangrijk voordeel is voor projecten die zeer efficiënt boren nastreven. Het heeft echter ook de beperkingen van rubberen afdichtingen—de maximale temperatuurbestendigheid is iets hoger dan die van glijlagers, maar bereikt slechts 130°C, met een drukweerstand van ongeveer 60 MPa. Bovendien zijn de rolelementen zeer gevoelig voor onzuiverheden; vaste deeltjes in de boorvloeistof kunnen gemakkelijk vastlopen veroorzaken, waardoor er hogere eisen worden gesteld aan de reinheid van de boorvloeistof.

Op basis van deze kenmerken worden rollende afgedichte rubberen lagers voornamelijk gebruikt voor het boren in middelharde tot harde formaties, zoals de verticale secties van diepe en ultradiepe putten, maar ook voor zeer efficiënte boorprojecten die hoge mechanische boorsnelheden vereisen. Wat de selectie van boorvloeistoffen betreft, zijn ze beter compatibel met systemen voor schoon water en boorvloeistoffen met een laag vaste-stofgehalte. Om hun hoge efficiëntievoordelen ten volle te benutten, moet het gebruik van boorvloeistoffen die grote vaste deeltjes bevatten zoveel mogelijk worden vermeden.

III. Niet-afgedicht rolluchtlager: de expert die bestand is tegen hoge temperaturen, een gespecialiseerde optie voor unieke boorprocessen

In diepe boorscenario's met ultrahoge temperaturen en ultrahoge druk, zoals geothermische putten en diepe schaliegasputten, zullen de rubberen afdichtingen van de eerste twee lagertypen falen als gevolg van hoge temperaturen. Op dit punt wordt het niet-afgedichte wentelluchtlager de enige haalbare oplossing. Het structurele ontwerp is vrij uniek: het maakt gebruik van een wrijvingspaar met rollende elementen, maar elimineert de afdichtingsconstructie volledig. De lagerholte is rechtstreeks verbonden met het boormedium en hogedruklucht of vernevelde boorvloeistof wordt gebruikt als koel- en smeermedium.

Zonder de beperkingen van afdichtingen heeft de temperatuurbestendigheid een kwalitatieve sprong voorwaarts gemaakt, tot meer dan 200°C, dat zich volledig kan aanpassen aan ondergrondse omgevingen met ultrahoge temperaturen. Tegelijkertijd zuivert lucht onder hoge druk voortdurend de lagerholte, waardoor niet alleen de door wrijving gegenereerde warmte wordt verwijderd, maar ook effectief binnendringend spanen wordt verdreven om lagerslijtage te voorkomen, waardoor de betrouwbaarheid in zware omgevingen aanzienlijk wordt verbeterd. Het stelt echter ook unieke ‘eisen’: het stelt extreem hoge eisen aan het luchttoevoersysteem, waardoor een stabiele hogedrukluchtbron vereist is. Bovendien wordt de levensduur van de lagers direct beïnvloed door de reinheid van de luchtbron—Als onzuiverheden in de luchtbron terechtkomen, kan dit gemakkelijk lagerschade veroorzaken.

Dit type lager heeft relatief gespecialiseerde toepassingen, voornamelijk gebruikt bij het boren van diepe putten met ultrahoge temperatuur en ultrahoge druk, evenals speciale processen zoals ondergebalanceerd boren en luchtboren. Bij deze processen zorgt lucht onder hoge druk niet alleen voor smering en koeling van het lager, maar voorkomt het ook effectief dat het boorgat instort, waardoor twee doelen tegelijk worden bereikt. Er moet echter worden opgemerkt dat het volledig onverenigbaar is met conventionele boorvloeistofsystemen op waterbasis en alleen kan werken in gas- of vernevelde boorvloeistofmedia.—dit is de belangrijkste toepassingsbeperking.

Samenvatting: Hoe kies je uit de drie lagers? Passende arbeidsomstandigheden zijn de sleutel

Nadat we de details van deze drie invloeden hebben geleerd, is het duidelijk dat er geen absolute superioriteit of inferioriteit tussen hen bestaat—alleen verschillen in geschiktheid voor specifieke arbeidsomstandigheden. In eenvoudige bewoordingen kan de kernlogica voor selectie in drie punten worden samengevat:

Voor zachte tot middelharde formaties en ondiepe putwerkzaamheden waarbij kosteneffectiviteit prioriteit heeft, kiest u het glijdende afgedichte rubberen lager; voor middelharde tot harde formaties waarbij een hoge boorsnelheid en efficiëntie vereist zijn, selecteert u het rollende, afgedichte rubberen lager; en voor diepe putten met ultrahoge temperaturen en ultrahoge druk of speciale processen zoals luchtboren is het niet-afgedichte rollende luchtlager de enige optie.

Als het "hart" van de rolkegelbeitel heeft de lagerkeuze rechtstreeks invloed op de kosten, efficiëntie en veiligheid van boorwerkzaamheden. We hopen dat dit artikel u zal helpen de belangrijkste verschillen tussen de drie lagers te verduidelijken, zodat u het juiste "hart" kunt kiezen voor praktische boorprojecten en elke keer weer efficiënt en betrouwbaar kunt boren.