Investigation of the durability of the welded teeth of shale piles by means of experiment planning

Abstract

Постановка проблеми. В сучасній нафтогазовидобувній галузі найбільш поширеним методом буріння свердловин є метод обертового буріння із застосуванням шарошкових доліт, а також доліт типу PDC [1]. При цьому озброєння бурових доліт -зубки, контактуючи з гірською породою піддаються інтенсивному зношуванню під дією таких факторів: високі навантаження на забої, значні температурні градієнти, наявність агресивних середовищ із абразивними частинками, зміна товщини пластів та твердості гірських порід. Під дією цих чинників робоча поверхня зубків притуплюється та руйнується, що призводить до зниження питомого тиску на вибої, зменшення швидкості проходки, а це, в свою чергу, вимагає виконання спуско-підіймальних робіт колони бурильних труб для заміни долота. Для зниження впливу вказаних явищ на ефективність процесу буріння ідуть шляхом вдосконалення конструкції зубків, створення нових матеріалів для зубків, вдосконалення способів їх виготовлення і зміцнення, оптимізації технологічних параметрів бурових робіт. Оскільки дана робота належить до галузі машинобудування, то нас будуть цікавити природньо перші два напрямки. Розглянемо їх у вказаному вище порядку.Аналіз останніх досліджень та публікацій. За конструкцією зубки шарошкових доліт бувають монолітні, які виготовляють за одне ціле з шарошкою шляхом фрезерування на корпусі цієї шарошки, з наступним поверхневим армуванням (наплавленням) робочої частини зубків твердим матеріалом [2]. Одним із недоліків зубків такої конструкції є постійна необхідність вирішення задачі вибору оптимальних форми і розмірів армованої зони на їх робочих поверхнях. Іншим варіантом конструкції зубків шарошок є вставні твердосплавні зубки [2]. Для них характерне нераціональне використання дороговартісних матеріалів, оскільки їх кріпильна і робоча частини цілком виготовлені із твердого сплаву, а також недостатня надійність кріплення (запресуванням) в корпусі шарошки. Як матеріал зубків застосовують в основному литий карбід вольфраму (реліт) і тверді сплави: вольфрамокобальтові (ВК) або титановольфрамокобальтові (ТК) [3].Конструкція і матеріал зубків визначають як спосіб їх виготовлення, так і зміцнення. Так, вставні твердосплавні зубки, отримують методами порошкової металургії. Вони мають низький ресурс роботи при високих динамічних навантаженнях, оскільки тверді сплави, з яких вони виготовлені, є недостатньо ефективними при роботі з ударними навантаженнями.Вказані вище недоліки вставних твердосплавних зубків, виготовлених з одного матеріалу, в деякій мірі вирішують шляхом застосування композиційних зубків, отриманих на сталевій зв'язці методом відцентрового армування, із застосуванням зерен реліту або твердих сплавів для армування робочої частини [4,5, 6]. Однак при цьому знижуються різальні властивості шарошок, озброєних такими зубками, при бурінні твердих гірських порід.Слід відзначити і складність процесу збирання вставних зубків із корпусом шарошок. Більш дешевою є технологія виготовлення шарошок із фрезерованими зубками із подальшим наплавленням релітом робочих поверхонь за різноманітними схема...