Стали, применяемые для изготовления шарошечных долот
Долговечность шарошечных долот определяет эффективность процесса углубления скважин, при этом их прочность и износостойкость во многом определяются правильным выбором и качеством сталей и других конструкционных и упрочняющих металлов и сплавов, резин и смазок.
В связи с тем, что буровые долота эксплуатируются в исключительно тяжелых условиях, подбор сталей и других материалов должен быть строго дифференцирован для каждого отдельного элемента долота — от тел качения и подшипников скольжения до корпусов лап, шарошек и армирующих твердосплавных наплавок.
Опора лапы долота — цапфа, на которой вращается шарошка, подвергается воздействию значительных статических и динамических нагрузок. Особенности условий работы цапфы характеризуются контактно-усталостным изнашиванием в случае негерметизированной опоры. Поэтому сталь, используемая для изготовления лапы долота, должна обеспечивать высокую прочность и вязкость в сочетании с высокой контактной выносливостью и хорошей износостойкостью. Кроме того, конструктивные особенности буровых долот обусловливают необходимость хорошей свариваемости материала лап.
Стали, применяемые для изготовления деталей долот
К материалу корпуса шарошки, особенно с твердосплавным вооружением, предъявляется не менее сложный комплекс требований, поскольку он должен обеспечивать надежное удержание твердосплавных зубков, закрепляемых в отверстиях шарошки способом холодной запрессовки.
Основные материалы (стали), применяемые для изготовления деталей долот приведены в табл. 4.1.Таблица 4.1. Стали, применяемые дли изготовления деталей
долот
| Наименование детали | Диаметры долот, мм | Марка стали | ГОСТ, ТУ |
| Шарошка фрезерованным вооружением | Все размеры | 15НЗМА | Ту 3 - 102-80 |
| Шарошки штыревые | Все размеры | 14ХНЗМА | ТУ 3-102-80 |
| Лапа | До 244,5 | 15НЗМА | ТУ 3-102-80 |
| Лапа | 244,5 и более | 19ХГНМА | ТУ 3-102-80 |
| Втулка малая | Все размеры | 14Х17Н2 | ГОСТ 5949-75 |
| Подпятки | Все размеры | Р6М5 | ГОСТ 19265-73 |
| Шары, ролики | Все размеры | 55СМ5ФА-ШД | ТУ 14-1-2666-79 |
Стали для изготовления лап и шарошек по ОСТ 26-02-1315-84
ОСТ 26-02-1315-84 предусматривает для изготовления лап и шарошек долот более широкий ассортимент сталей (табл. 4.2).
Таблица 4.2. Стали для изготовления лап и шарошек по ОСТ 26-02-1315-84
| Наименование детали | Диаметр долота, мм | Марка стали | Номер ТУ |
| Долото с опорой скольжения | |||
| Шарошка | 46,0-212,7 215,9-295,3 311,1 и более |
17 НЗМА-Ш 16ХНЗМА-Ш 18ХНЗМА |
ТУ 3-938-79 ТУ 3-938-79 ТУ 3-859-80 |
| Лапа | 46,0-151,0 158,7-212,7 215,9 222,3-295,3 311,1 и более |
14ХНЗМА-Ш 22ХГНМА-Ш 22ХГНМА-Ш 14ХНЗМА-Ш 22ХГНМА 14ХНЗМА 14Х2НЗМА |
ТУ 3-938-79 ТУ 3-35-79 ТУ 3-35-79 ТУ 3-938-79 ТУ 3-35-79 ТУ 3-850-80 |
| Долото с опорой качения | |||
| Шарошка | 112,0 -190,5 215,9-295,3 311,1 и более |
17НЗМА-Ш 16ХНЗМА-Ш 16ХНЗМФА 18ХНЗМА |
ТУ 3-398-79 ТУ 3-398-79 ТУ 3-195-83 ТУ 3-850-80 |
| Лапа | 112,0-190,5 215,9-295,3 311,1 и более |
14ХНЗМА-Ш 14ХЗМА-Ш 14ХНЗМА 14Х2НЗМА |
ТУ 3-938-79 ТУ 3-938-79 ТУ 3-195-83 ТУ 3-850-80 |
За рубежом большинство ведущих фирм-изготовителей шарошечных долот
использует для изготовления лап сталь AISI 4815H
отечественный аналог — сталь
15НЗМА) или AISI 8720 (аналог 19 НМА). В зависимости от диаметра долота; для
изготовления фрезерованных шарошек — сталь AISI4815H, штыревых шарошек — сталь
AISI 9315H (аналог — сталь 14ХНЗМА). Для изготовления тел качения применяется
сталь AISI S2 (аналог — 55СМ5ФА).
Твердые сплавы для изготовления зубков долот
Не менее важным материалом в производстве высококачественных шарошечных долот являются вольфрамокобальтовые твердые сплавы, применяемые для изготовления зубков и армирования зубьев фрезерованных шарошек, козырьков лап и других частей долота, подвергающихся в процессе работы абразивному износу.
Фирмы Smith и Reed используют в большом подшипнике скольжения плавающую разрезную втулку, также покрытую серебром с обеих сторон.
В долотах фирмы Smith большая и малая втулки а также плавающая упорная шайба, изготовлены из патентованного сплава Spinodal, представляющего собой никель-оловянистую бронзу, а фирма Reed втулку изготавливает из бериллиевой бронзы. Также из бериллиевой бронзы выполнена большая втулка в долотах фирмы Varel. Втулка запрессована в шарошку, внутренняя поверхность может покрываться серебром. В долотах фирмы Security DBS запрессованные в шарошку большая и малая втулки изготавливаются методом порошковой металлургии из порошка легированной Сталин пропитываются серябряно-марганцевым сплавом, содержащим 85 ск серебра. Рабочие поверхности втулок также покрываются серебром.В долотах ОАО «Волгабурмаш» большая втулка комбинированная — имеет стальной корпус, на внутреннюю поверхность которого напрессовывается порошок стеллита и железа и пропитывается при спекании оловянисто-свинцовистой бронзой. Внутренняя поверхности втулки может покрываться серебром.
Для изготовления уплотнительных элементов опор долот, пре имущественно в виде
колец разнообразного сечения — от круглой (в долотах Hughes Christensen, Smith и
Varel) до прямоугольного волнистой (Security DBS) или текстурированной
(Reed) рабочей поверхностью, фирмы-производители применяют гидрогенизированнук
высоконасыщенную нитрильную резину (HNBR или HSNBR). Отечественные производители
долот используют нитрильную резину (NBR).
