Russian
В горнодобывающей, нефтегазовой и других областях скорость износа твердосплавных буровых коронок напрямую влияет на эффективность и затраты. При частом износе коронок многие специалисты сначала приписывают это неправильному выбору материала или слишком твердым формациям, но упускают из виду ключевой, легко игнорируемый фактор: точность подгонки между соплом и корпусом. Сопла отвечают за впрыск бурового раствора для охлаждения коронки и вымывания шлама, в то время как корпуса играют направляющую и защитную роль для коронки. Состояние подгонки этих двух элементов (например, соответствие размеров, ширина зазора и соосность) напрямую влияет на направление потока бурового раствора, распределение давления и эффект выноса шлама, тем самым усугубляя износ коронки. В этой статье простым языком и с помощью наглядных таблиц разбираются конкретные проявления неправильной подгонки сопла и корпуса, ее влияние на коронки, а также правильные параметры подгонки и методы устранения неполадок, помогающие специалистам отрасли быстро находить проблемы и снижать ненужный износ коронок.
1. Прежде всего, поймите: почему подгонка сопла и корпуса влияет на износ коронки?
Износостойкость твердосплавных коронок в основном зависит от твердости карбида вольфрама (HRA≥90). Однако во время бурения, если буровой раствор не может эффективно охлаждать коронку или своевременно вымывать шлам, даже высококачественные твердосплавные коронки быстро изнашиваются. Состояние подгонки сопел и корпусов является основным фактором, определяющим эффективность бурового раствора:
- Функция направления бурового раствора: Корпуса могут ограничивать направление потока бурового раствора, впрыскиваемого соплами, обеспечивая его точное попадание на режущие зубья коронки. Неправильная подгонка приведет к отклонению бурового раствора от целевой области, что приведет к локальному перегреву и износу режущих зубьев;
- Эффективность выноса шлама: Буровой раствор высокого давления, впрыскиваемый соплами, должен выносить шлам через зазор между соплом и корпусом. Необоснованные зазоры подгонки приведут к накоплению шлама, который многократно истирает поверхность коронки и ускоряет износ режущих зубьев из карбида вольфрама;
- Контроль потерь давления: Точность подгонки сопел и корпусов влияет на давление бурового раствора — чрезмерно высокое давление будет воздействовать на корпус коронки, в то время как чрезмерно низкое давление не сможет эффективно вымывать шлам. И то, и другое косвенно усугубит износ.
Проще говоря, подгонка между соплом и корпусом похожа на «водопроводную трубу и насадку для разбрызгивания»: поток воды (буровой раствор), распыляемый насадкой для разбрызгивания (соплом), должен направляться водопроводной трубой (корпусом), чтобы точно воздействовать на цель. Неправильная подгонка приведет к рассеиванию потока воды и недостаточному давлению, не позволяя достичь желаемого эффекта.
2. 3 распространенных случая неправильной подгонки и проявления износа
Неправильная подгонка сопла и корпуса в основном проявляется в трех аспектах: «несоответствие размеров», «ненормальный зазор» и «отклонение при установке». Каждый случай имеет четкие проявления и влияние на коронку:
| Тип проблемы с подгонкой | Конкретные проявления | Влияние на твердосплавные коронки | Типичные симптомы на месте |
|---|---|---|---|
| Несоответствие размеров (наружный диаметр сопла ＞ внутренний диаметр корпуса) | Сопло не может быть полностью вставлено в корпус или сжимает внутреннюю стенку корпуса после вставки | Направление впрыска бурового раствора отклоняется, вызывая недостаточное локальное охлаждение режущих зубьев и явление «локального сплющивания»; деформированные корпуса царапают корпус коронки | Сильный износ с одной стороны режущих зубьев коронки, царапины на внутренней стенке корпуса |
| Несоответствие размеров (наружный диаметр сопла ＜ внутренний диаметр корпуса чрезмерно) | Чрезмерно большой зазор между соплом и внутренней стенкой корпуса (＞3 мм) | Буровой раствор распыляется рассеянно, что приводит к большим потерям давления. Шлам не может быть вынесен своевременно и накапливается на рабочей поверхности коронки, что приводит к «комплексному истирающему износу» режущих зубьев | Все режущие зубья коронки изнашиваются равномерно и быстро, с высоким содержанием шлама в буровом растворе |
| Чрезмерно малый зазор (＜0,5 мм) | Узкий зазор между соплом и внутренней стенкой корпуса, препятствующий циркуляции бурового раствора | Недостаточный поток бурового раствора, плохие эффекты охлаждения и выноса шлама. В то же время высокое давление вызывает вибрацию коронки, усугубляя сколочный износ режущих зубьев | Сколы режущих зубьев коронки, очевидная вибрация оборудования во время бурения |
| Отклонение при установке (несоосность) | Центральные линии сопла и корпуса смещены, что приводит к наклонному направлению впрыска | Буровой раствор покрывает только локальную область коронки. Непокрытые режущие зубья подвергаются перегреву, а шлам накапливается с одной стороны зазора | Неравномерный износ режущих зубьев коронки, сильный износ одного конца внутренней стенки корпуса |
Дополнительные примечания:
- Нормальный цикл износа твердосплавных коронок: в зависимости от твердости формации обычно составляет 50–200 часов. Неправильная подгонка может сократить цикл износа до 10–30 часов или даже привести к «списанию после одной операции»;
- Легко путаемый момент: износ, вызванный чрезмерно твердыми формациями, обычно представляет собой равномерное притупление режущих зубьев, в то время как износ, вызванный неправильной подгонкой, в основном является «локальным износом», «сколами» или «аномально быстрым износом», который можно быстро различить по форме износа.
3. Справочник по правильным параметрам подгонки (прямое применение)
Различные типы твердосплавных коронок (шарошечные, PDC, алмазные) и сценарии применения имеют немного разные требования к параметрам подгонки сопла и корпуса. Ниже приведены общеотраслевые эталонные стандарты, охватывающие основные условия работы:
| Тип коронки | Подходящий наружный диаметр сопла (мм) | Рекомендуемый внутренний диаметр корпуса (мм) | Разумный зазор подгонки (мм) | Требование к соосности при установке | Применимые сценарии |
|---|---|---|---|---|---|
| Шарошечная коронка (6–8½ дюймов) | 14-16 | 15-17 | 0,8-1,5 | ≤0,3 мм | Мелкозабойное бурение, поверхностные слои нефтяных и газовых скважин |
| Шарошечная коронка (9⅝–12¼ дюймов) | 16-18 | 17-19 | 1,0-2,0 | ≤0,5 мм | Бурение средне-глубоких обычных формаций |
| PDC-коронка (6–10¾ дюймов) | 12-16 | 13-17 | 0,8-1,5 | ≤0,3 мм | Высокоэффективное бурение сланцевого газа и плотной нефти |
| Алмазная коронка (6–14¾ дюймов) | 14-20 | 15-21 | 1,0-2,0 | ≤0,5 мм | Бурение твердых пород, колонковое бурение |
| Волокущая коронка (4–8½ дюймов) | 10-14 | 11-15 | 0,5-1,2 | ≤0,3 мм | Бурение мягких формаций, бурение скважин для воды |
Основные принципы подгонки:
- Внутренний диаметр корпуса должен быть на 0,5–2,0 мм больше наружного диаметра сопла, чтобы обеспечить циркуляцию бурового раствора, избегая при этом рассеянного впрыска, вызванного чрезмерно большими зазорами;
- Во время установки убедитесь, что отклонение центральных линий сопла и корпуса составляет ≤0,5 мм, что можно откалибровать с помощью линейки или простого позиционирующего инструмента;
- Несколько сопел одного и того же бурового инструмента (например, шарошечные коронки обычно имеют 3–6 сопел) должны иметь одинаковые размеры, чтобы избежать локального износа, вызванного неравномерным потоком.
4. 3-этапная диагностика и решение проблем с подгонкой для уменьшения износа коронки
При обнаружении аномального износа твердосплавных коронок можно предпринять следующие шаги для устранения неполадок с подгонкой сопла и корпуса и быстрого устранения скрытых опасностей:
Шаг 1: Проверьте соответствие размеров
- Измерьте наружный диаметр сопла и внутренний диаметр корпуса штангенциркулем и сравните с приведенной выше справочной таблицей, чтобы убедиться, что внутренний диаметр корпуса находится в рекомендуемом диапазоне;
- Если наружный диаметр сопла слишком велик: замените сопло на соответствующую спецификацию (отдайте предпочтение соплам из карбида вольфрама для лучшей износостойкости);
- Если наружный диаметр сопла слишком мал: замените корпус на корпус с меньшим внутренним диаметром или установите адаптивную втулку снаружи сопла (убедитесь, что втулка не влияет на поток бурового раствора).
Шаг 2: Отрегулируйте зазор подгонки
- Чрезмерно большой зазор (＞2,0 мм): выберите сопло с немного большим наружным диаметром или используйте сопло с функцией позиционирования (со встроенной структурой компенсации зазора);
- Чрезмерно малый зазор (＜0,5 мм): слегка отшлифуйте внутреннюю стенку корпуса (обратите внимание на сохранение гладкости внутренней стенки) или замените сопло на сопло с немного меньшим наружным диаметром, чтобы убедиться, что зазор находится в разумном диапазоне.
Шаг 3: Откалибруйте соосность при установке
- Во время установки вставьте сопло в корпус, приложите линейку к торцевым поверхностям корпуса и сопла и наблюдайте, есть ли зазор (зазор ≤0,3 мм считается удовлетворительным);
- При наличии отклонения: отрегулируйте угол установки сопла или замените монтажное сиденье на сиденье с более высокой точностью позиционирования (например, седло сопла с зажимной канавкой), чтобы обеспечить выравнивание центральных линий двух элементов;
- Регулярный осмотр: останавливайте бурение каждые 50 часов, чтобы проверить состояние подгонки сопел и корпусов, и своевременно очищайте шлам или загрязнения, скопившиеся на внутренней стенке.
5. Распространенные заблуждения: эти методы усугубят износ, вызванный неправильной подгонкой
- Только замена коронок без проверки подгонки: Часто заменяйте высококачественные твердосплавные коронки, но игнорируйте проблемы с подгонкой сопла и корпуса, что приводит к быстрому износу новых коронок и увеличению затрат;
- Случайное увеличение внутреннего диаметра корпуса: Считая, что «чем больше зазор, тем лучше вынос шлама», слепо увеличивая внутренний диаметр корпуса, что приводит к рассеянному впрыску бурового раствора и снижению эффектов охлаждения и разрушения породы;
- Смешивание сопел разных спецификаций: Смешивание сопел с разными наружными диаметрами в одном и том же буровом инструменте приводит к неравномерному потоку, несбалансированной силе коронки и усугублению локального износа;
- Пренебрежение износом корпуса: Несвоевременная замена корпусов с неровными внутренними стенками из-за износа приводит к отклонению при установке сопла, а изношенный корпус будет царапать корпус коронки.
Заключение: Точность подгонки — ключ к «долговечности» твердосплавных коронок
Частый износ твердосплавных коронок не всегда связан с проблемами материала или формации — точность подгонки между соплами и корпусами также играет решающую роль. Разумное соответствие размеров, соответствующие зазоры подгонки и точная соосность при установке позволяют буровому раствору в полной мере выполнять свои функции охлаждения и выноса шлама, значительно продлевая срок службы коронок. Как практикующему специалисту в области карбида вольфрама рекомендуется обращать внимание на параметры подгонки сопла и корпуса, уделяя особое внимание выбору материала коронки. Выбирайте и устанавливайте в соответствии со справочными стандартами, приведенными в этой статье, чтобы эффективно снизить скорость износа и эксплуатационные расходы.
Если вы столкнулись со специальными условиями работы (например, сверхглубокое бурение, сложные формации) или проблемами с подгонкой, которые не могут быть решены обычными методами, свяжитесь с нами для получения индивидуальных решений — мы можем предоставить твердосплавные сопла, адаптированные к различным коронкам и схемам подгонки корпусов, помогая повысить эффективность работы и снизить эксплуатационные расходы.