«Сердце» трехшарошечных шарошечных долот: три типа подшипников с сердечником, определяющие эффективность бурения

На объектах разведки нефти и газа и геологического буренияшарошечное долотоподобен «стальному зверю», проникающему глубоко в землю, а подшипник служит «сердцем» этого зверя. Он поддерживает высокоскоростное вращение шарошек, выдерживает сложное подземное давление и трение и напрямую определяет срок службы долота и эффективность буровых работ. Сегодня мы разберем три типа подшипников с сердечником шарошочных долот, изучим технические секреты каждого из них и сценарии, в которых они превосходны.

I. Резиновый подшипник скольжения с уплотнением: экономичный чемпион, надежный помощник при работе с пластами от мягких до среднетвердых.

В традиционных сценариях бурения резиновый подшипник скольжения с уплотнением является проверенным «ветераном» с высоким коэффициентом использования. Его структура не сложна; Сердечник состоит из пары трения скольжения, состоящей из шейки из легированной стали и втулки из износостойкого сплава. Подобно двум точно подогнанным металлическим компонентам, он передает мощность посредством трения скольжения. Для предотвращения проникновения бурового раствора предусмотрен специальный резиновый уплотнительный узел.—такие как радиальные уплотнительные кольца и концевые прокладки—устанавливается на внешней стороне полости подшипника, причем полость заполняется высоковязкой смазкой, образующей «защитный барьер».

Наибольшие преимущества этого подшипника заключаются в его «стабильности» и «экономичности». Конструкция с трением скольжения обеспечивает равномерное распределение нагрузки и превосходную ударопрочность, что позволяет ему стабильно работать даже в условиях высокого давления бурения и высокой скорости вращения. Кроме того, он отличается низкими производственными затратами и простым обслуживанием.—после износа для восстановления работоспособности бита необходимо заменить только втулку. Однако резиновый уплотнитель является его «слабым местом»: его термостойкость обычно не превышает 120°С.°C, а предел его устойчивости к давлению составляет около 50 МПа, что делает его неэффективным в высокотемпературных глубоких скважинах или при воздействии агрессивных буровых растворов.

Таким образом, «основное поле боя» резиновых подшипников скольжения с уплотнениями находится в пластах от мягких до среднетвердых, таких как глина, песчаник и известняк. Они особенно подходят для обычного бурения на суше,наклонно-направленное бурениеи операции на мелководных скважинах, где контроль затрат имеет решающее значение. Если ваши требования к бурению соответствуют этим сценариям, этот подшипник станет чрезвычайно экономичным выбором.

II. Уплотненный резиновый подшипник качения: новатор в области высокоэффективных технологий, ключевой инструмент для пластов средней и высокой твердости

При переходе к бурению пород средней и высокой твердости, таких как гранит и базальт, эффективность уплотненных резиновых подшипников скольжения становится недостаточной.—И именно тогда центральное место занимают герметичные резиновые подшипники качения. Его основное усовершенствование заключается в замене традиционной пары трения скольжения на элементы качения (шарикоподшипники или роликоподшипники). И тела качения, и внутреннее/наружное кольца изготовлены из высокоточного износостойкого сплава с сохранением резинового уплотнения и системы уплотнения и смазки на основе консистентной смазки.

Самым значительным изменением, вызванным трением качения, является «уменьшение усилия»: сопротивление трению значительно снижается,битпусковой момент меньше, и он может легко достичь более высоких скоростей вращения. Скорость механического бурения обычно увеличивается на 10–30 %, что, несомненно, является основным преимуществом для проектов, направленных на высокоэффективное бурение. Однако он также наследует ограничения резиновых уплотнений.—его максимальная температурная стойкость несколько выше, чем у подшипников скольжения, но достигает лишь 130°C, с сопротивлением давлению около 60 МПа. Кроме того, тела качения очень чувствительны к загрязнениям; твердые частицы в буровом растворе могут легко вызвать заклинивание, поэтому к чистоте бурового раствора предъявляются более высокие требования.

Благодаря этим характеристикам роликовые уплотненные резиновые подшипники в основном используются для бурения в пластах средней и высокой твердости, таких как вертикальные участки глубоких и сверхглубоких скважин, а также в проектах высокоэффективного бурения, требующих высоких механических скоростей бурения. С точки зрения выбора бурового раствора они более совместимы с системами бурового раствора с чистой водой и низким содержанием твердой фазы. Чтобы в полной мере реализовать преимущества высокой эффективности, следует избегать использования буровых растворов, содержащих крупные твердые частицы.

III. Негерметичный пневмоподшипник качения: эксперт по устойчивости к высоким температурам, специализированный вариант для уникальных процессов сверления

В сценариях глубокого бурения при сверхвысоких температурах и сверхвысоком давлении, таких как геотермальные скважины и глубокие скважины для сланцевого газа, резиновые уплотнения первых двух типов подшипников выйдут из строя из-за высоких температур. На этом этапе единственным жизнеспособным решением становится негерметичный воздушный подшипник качения. Его конструктивная конструкция совершенно уникальна: в нем используется пара трения с элементами качения, но полностью отсутствует узел уплотнения. Полость подшипника напрямую связана с буровой средой, а в качестве охлаждающей и смазочной среды используется воздух под высоким давлением или распыленный буровой раствор.

Без ограничений, связанных с уплотнениями, его термостойкость достигла качественного скачка, достигнув более 200 градусов.°C, который полностью способен адаптироваться к сверхвысоким температурам подземных сред. В то же время воздух под высоким давлением непрерывно продувает полость подшипника, не только удаляя тепло, выделяемое трением, но и эффективно удаляя проникающие стружки, чтобы избежать износа подшипника, что значительно повышает надежность в суровых условиях. Однако у него есть и уникальные «требования»: он предъявляет чрезвычайно высокие требования к системе подачи воздуха, требуя стабильного источника воздуха высокого давления. Кроме того, на срок службы подшипников напрямую влияет чистота источника воздуха.—попадание примесей в источник воздуха может легко привести к повреждению подшипника.

Этот тип подшипников имеет относительно специализированное применение, в основном используется при бурении глубоких скважин при сверхвысоких температурах и сверхвысоком давлении, а также в специальных процессах, таких как бурение на депрессии и пневматическое бурение. В этих процессах воздух под высоким давлением не только обеспечивает смазку и охлаждение подшипника, но также эффективно предотвращает обрушение ствола скважины, достигая одновременно двух целей. Однако следует отметить, что он совершенно несовместим с традиционными системами буровых растворов на водной основе и может работать только в газовых или распыленных средах бурового раствора.—это основное ограничение приложения.

Резюме: Как выбрать среди трех подшипников? Соответствие условий труда – это ключ к успеху

Узнав подробности об этих трех подшипниках, становится ясно, что среди них нет абсолютного превосходства или неполноценности.—различия лишь в пригодности к конкретным условиям работы. Проще говоря, основную логику выбора можно свести к трем пунктам:

Для пластов мягкой и средней твердости и эксплуатации неглубоких скважин, где экономическая эффективность является приоритетом, выбирайте резиновый подшипник скольжения с уплотнением; для пластов средней и высокой твердости, где требуются высокая скорость и эффективность бурения, выберите резиновый подшипник качения с уплотнением; а для глубоких скважин со сверхвысокими температурами и сверхвысоким давлением или для специальных процессов, таких как воздушное бурение, единственным вариантом является негерметичный воздушный подшипник качения.

Выбор подшипников, являющихся «сердцем» шарошечного долота, напрямую влияет на стоимость, эффективность и безопасность буровых операций. Мы надеемся, что эта статья поможет вам прояснить основные различия между тремя подшипниками, что позволит вам выбрать правильное «сердце» для практических проектов бурения и каждый раз обеспечивать эффективное и надежное бурение.