автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.10, диссертация на тему:Повышение ТЭП бурения путем улучшения смазки подшипников опор шарошечных долот

СТАВРОПОЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ПО ОД (СтГТУ)

У. 3 ; 1-7

На правах рукописи

ПОСТАШ АНДРЕЙ СЕРГЕЕВИЧ УДК 622.24.051 ПОВЫШЕНИЕ ТЭП БУРЕНИЯ ПУТЕМ УЛУЧШЕНИЯ СМАЗКИ ПОДШИПНИКОВ ОПОР ШАРОШЕЧНЫХ ДОЛОТ

Специальность: 05.15.10 Бурение скважин АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ставрополь 1997

Работа выполнена в Кубанском государственном технологическом университете, Армавирском механико-технологическом институте

(КубГТУ АМТИ).

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Тагиров K.M.

Официальные оппоненты :

- доктор технических наук, Дороднов И.П.

- кандидат технических наук, доцент Дубенко В.Е.

Ведущее предприятие : Буденовское УБР

Защита состоится 24 декабря 1997 г. в 14°° часов на заседании диссертационного совета К 064.11.04. в Ставропольском Государственном техническом университете по адресу 355029 г.Ставрополь, проспект Кулакова, 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СтГТУ.

Автореферат разослан " 24 " ноября 1997 г.

Ученый секретарь

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Удовлетворение возрастающих с каждым годом потребностей Российской Федерации в углеводородном сырье неразрывно связано с увеличением объема буровых работ.

Инструментом, разрушающим горную породу является буровое долото, и все технико-экономические показатели строительства скважины зависят от качества трехшарошечных долот, которыми выполняется до 95% от всего объема бурения в Российской Федерации.

К настоящему времени накоплен определенный опыт интенсификации углубления и повышения ТЭП строительства скважин за счет повышения долговечности рабочих узлов шарошечных долот, которое, в основном, осуществлялось путем:

- использования новых конструктивных решений, в том числе создания долот для низкооборотного способа бурения с герметизированными, маслонаполненными опорами и твердосплавным вооружением;

- внедрения наиболее прочных и износостойких материалов;

- создания и применения специальных смазок для опор долот;

- разработки методик лабораторных, стендовых и промысловых испытаний, позволяющих с высокой достоверностью оценить эффективность принятых решений.

Несмотря на проделанную исследовательскую и опытно-конструкторскую работу, показатели работы наиболее распространен-

ных отечественных шарошечных долот остаются довольно низкими. Основной причиной этого является еще низкое качество и надежность узлов долот и особенно опоры. Поэтому дальнейшая работа в данном направлении является актуальной.

Цель работы

Повышение технико-экономических показателей бурения скважин шарошечными долотами на базе научно-обоснованных решений по совершенствованию конструкции опор долот с использованием износостойких материалов в трущихся парах и улучшения условий их смазывания путем применения специальных смазок с высокими противоизносными, противозадирными, антифрикционными, адгезионными свойствами и высокой термостойкостью.

Основные задачи работы

1. Изучение характера изнашивания опор шарошечных долот, способов повышения их долговечности.

2. Разработка рекомендаций по повышению долговечности опор шарошечных долот.

3. Разработка методики и стенда для оценки эффективности принятых решений по повышению долговечности опор долота.

4. Обоснование и выбор износостойких материалов для подшипников скольжения опор долот.

5. Разработка рецептуры и технологии приготовления специальных смазок для негерметизированных и герметизированных опор долот.

6. Апробация принятых решений в промысловых условиях.

Научная новизна

Научно обоснованы новые технические и технологические решения, позволяющие значительно повысить долговечность опор и, следовательно, решить важную задачу снижения стоимости строительства скважины путем использования:

- методики и стенда для оценки материалов и смазок для опор долот;

- в подшипниках скольжения долот, серии ГН, ГНУ и ГАУ, сочетания материалов стеллит-композиционный материал КАМ-5 или литой композиционный материал (а.с. №1311089);

- в опорах долот металлоплакирующей смазки, загущенной натуральным каучуком, (а.с. №996432).

Практическая ценность

1. Разработаны методика и стенд для оценки эффективности решений по повышению долговечности подшипников опор долот.

2. Выбрано эффективное сочетание материалов трущихся поверхностей подшипников скольжения опор долот в виде стеллита — КАМ-5 или стеллит — литой композиционный материал (а.с. №1311089) значительно повышающее время работы подшипника до наступления катастрофического изнашивания.

3. Разработаны рецептура технологии приготовления и использования специальной смазки, обладающей высокими служебными характеристиками, которая может применяться как в герметизированных, так и в негерметизированных опорах долот.

Реализация работы в промышленности

1. Опытные долота 111 295,3 СЗ—ГАУ, изготовленные на Дрого-бычском долотном заводе с использованием композиционного антифрикционного материала КАМ-5 в опорах, прошли промысловые испытания на площадях разбуриваемых ПО "Белоруснефть" с экономическим эффектом в 2493 руб. (в ценах 1991 г.) на долото и были рекомендованы к серийному производству.

2. По разработанной нами методике были испытаны и внедрены в серийное производство смазки разработанные в ВНИИПКНефте-хим. Проведена оценка эффективности ряда отечественных серийных и опытных смазок, а так же долотных смазок фирмы "Дрессер" (США).

3. Около 400 долот, заправленные смазкой КООП-5 (а.с. №996432), отработаны при бурении в ПО "Нижневолжскнефть" и ПО Грознефть". Использование смазки КООП-5 повысило стойкость долот на 25-80 %.

Апробация работы

Результаты и основные положения работы докладывались и получили одобрение на Всесоюзных конференциях, совещаниях и семинарах по проблемам бурения скважин, породоразрушающим ин-

струментам и композиционным материалам в гг. Киев (1985, 1990 гг.), Москва (1985 г.), Полтава (1982 г.), Грозный (1982 г.), Чернигов (1985 г.), Ивано-Франковск (1987 г.), Армавир (1993, 1995 гг.) и др.

Публикации

Основные материалы диссертационной работы изложены в монографии, 2-х авторских свидетельствах на изобретение и 9 статьях.

Объем и структура работы

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, основных выводов и рекомендаций, списка использованной литературы и приложений.

Работа изложена на 150 страницах машинописного текста и содержит 21 рисунок и 18 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цепь и задачи исследований, дана общая характеристика работы.

Первая глава посвящена анализу современного состояния исследований направленных на повышение показателей работы трехшарошечных долот.

Большой вклад в решение проблемы повышения надежности и эффективности шарошечных долот внесли ученые: Т.ГАгошашвили,

М.ГАбрамсон, РАБадалов, С.Г.Бабаев, В.П.Браженцев, В.Н.Виноградов, Ю.Е.Владиславлев, НАЖидовцев, А.В.Зубарев, Э.Л.Комм, Э.Г.Кистер, Л.П.Констангинов, Г.В,Конесев, Н.А.Колесников, М.Р.Мавлютов,

A.С.Мокшин, ПАПалий, А.Н.Попов, В.Ф.Пичугин,С.А.Посташ, Р.Н.Сейфи,

B.В.Симонов, Г.М.Сорокин, А.И.Спивак, В.С.Федоров, Р.М.Эйгелес и многие другие отечественные и зарубежные исследователи.

Долговечность долота определяется износостойкостью его вооружения, либо его опор. Износ вооружения и опор шарошечных долот происходит в результате абразивного, усталостного, ударно-абразивного, гидроабразивного и окислительного видов изнашивания.

Виды изнашивания рабочих элементов долота, преобладающее влияние того или иного из них, зависят от механических и абразивных свойств разбуриваемых горных пород, параметров режима бурения, конструктивных особенностей долот, смазочных, охлаждающих, абразивных и коррозионных свойств промывочных жидкостей.

Механическая скорость проходки за долбление Vm для конкретных условий зависит от эффективности вооружения долота и его стойкости Т2. Но долговечность шарошечного долота зависит и от второго основного узла — опоры, его стойкости Топ.

Обычно в долотостроении уделялось большее внимание тому из узлов (опоре или вооружению), который обладал меньшей стойкостью. Так, применение твердосплавных зубков резко повысило стойкость вооружения, т.е. стало Tz » Топ- Последующее со-

вершенствование конструкции долот привело к созданию долот с герметизированной маслонаполненной опорой и твердосплавным вооружением. Однако, несмотря на повышение стойкости опор, промысловые испытания показали, что 13% долот выходило из строя в результате износа вооружения, 37% — в результате износа опоры, 39% — одновременно по опоре и вооружению, т.е. Tz ~ Топ. Последний случай оптимальный.

Следовательно, для повышения показателей темпа проводки скважины приоритетным является повышение стойкости опор долота, а для случая Tz ~ Топ одновременное, равное повышение Т^ и Tz.

Рядом ученых были проведены исследования факторов, влияющих на износ подшипников опор долот.

A.C. Мокшин и Э.Л. Комм, В.П. Браженцев проводили стендовые исследования, позволяющие определить точность изготовления опор долот на их стойкость.

Исследованиями H.A. Жидовцева, В.М. Рубарха и A.A. Марда-хаева установлена неравномерная загрузка зубцов различных венцов шарошек и следовательно неравномерная загрузка подшипников, приводящая к опережающему изнашиванию какого-либо из них.

Исследованиями А.И. Поленова, Л.А. Алексеева и М.Р. Мавлю-това установлено значительное проскальзывание шариков в подшипниках опоры долота при увеличении зазоров, вызывающее точечные

температурные вспышки (1000 ... 1550 °С). Обоснована целесообразность уменьшения зазоров в подшипниках для повышения стойкости опор.

Исследования В.Н. Виноградова и Г.М. Сорокина показали, что в долотостроении не ведутся в достаточной мере работы по созданию специальных материалов для опор долот.

Исследования В.В.Симонова и В.Г.Выскребцова показали, что в негерметизированных опорах долот вымывание смазки происходит еще при спуске на забой, если она не обладает достаточными герметизирующими свойствами.

Исследования Р.Н. Сейфи, A.C. Губарева, A.C. Посташа позволили провести сравнительную оценку и внедрить ряд смазок для опор долот в серийное производство.

Выполненный анализ проблемы повышения технико-экономических показателей бурения скважин, показал перспективность повышения долговечности опор долот в результате работы в следующих направлениях:

- разработки методик и установок, позволяющих с высокой достоверностью оценить стойкость подшипников скольжения опор долот Н, ГНУ и ГАУ;

- исследования материалов пар трения опор шарошечных долот;

- исследования служебных характеристик пластичных смазок и разработка специальных трудновымываемых и герметизирующих смазок для опор долот;

- промысловые испытания долот с опорами повышенной долговечности;

- внедрение полученных технических решений в серийном дологосгроении.

Вторая глава посвящена разработке методики стендовых испытаний подшипников скольжения опор шарошечных долот. Подшипники скольжения в зависимости от типоразмера долот отличаются размерами, материалом, условиями смазки и в значительной степени определяют долговечность опоры и, следовательно, всего долота. Износ подшипников скольжения опор долот осуществляется в основном в режиме граничного трения. В этом случае изнашивание и повреждаемость рабочих поверхностей подшипников скольжения будет определяться режимом их работы, т.е. удельным давлением, скоростью скольжения, температурой окружающей среды и условиями смазки. Работоспособность тяжелона-груженных пар трения при высоких динамических нагрузках в первую очередь зависит от совместимости материалов и смазки.

Существующие методики по оценке служебных характеристик смазок и материалов обладают рядом существенных недостатков. В этой связи возникла проблема надежной оценки влияния конструктивных или технологических изменений внесенных в подшипники опор долота на их работоспособность.

Разработанные нами методика испытаний и конструкция стенда позволили решить эту задачу. Стенд создан на базе токарного станка полуавтомата модели 1А730 оборудованного узлом нагружения для

создания заданной нагрузки на испытываемый подшипник, системами смазки, герметизации и охлаждения, а так же системой измерительных устройств, для измерения момента трения и температуры в зоне трения. Конструкция и техническая характеристика стенда позволяют испытывать натуральные образцы подшипников скольжения опор долот, наиболее употребляемых размеров (типа III 269,9 СЗ-ГНУ).

При обосновании режимов испытаний исходили из следующих положений:

1.В общем виде скорость изнашивания различных материалов при граничном трении в подшипниках скольжения, зависит от давления на поверхности трения, скорости скольжения трущихся элементов, коэффициента трения.

2.Долговечность подшипников опор долот в первую очередь определяется величиной максимальных контактных давлений возникающих между цапфой и втулкой подшипника Ртах. Для определения величины Ртах использованы данные тензометрирования полученными В.Н. Барыльником на стенде со станком ЗИФ-1200А при разбуривании блоков известняка. Для испытываемого на стенде подшипника рассчитанная нагрузка составила 22,5 кН, что соответствует удельному давлению на площадь проекции в 57,5 МПа.

3. Регламентирована и частота вращения подшипника в 150мин~1 при испытаниях с учетом того, что долота серии ГН, ГНУ и ГАУ в практике бурения отрабатываются при 60....120 мин-1.

Опытным путем установлены ступени постепенного нагру-жения подшипника с целью приработки трущихся поверхностей.

Обоснованы критерии для оценки эффективности принятых решений по повышению работоспособности подшипников. За основной критерий оценки принято время работы подшипника скольжения до наступления заедания, которое характеризуется резким (в 1,5...2 и более раз) устойчивым увеличением момента трения и температуры.

В качестве вспомогательных критериев оценки предусмотрено использование и таких критериев как скорость изнашивания, температура и коэффициент (момент) трения. Изложены требования по подготовке к испытаниям материалов и смазок.

Оценка результатов испытаний и необходимое количество опытов осуществлялось методами математической статистики.

Доверительная вероятность вывода принималось равной 0,95 при относительной погрешности не более 10%.

Смазки для опор шарошечных долот перед стендовыми испытаниями должны быть сравнительно оценены по смазочным свойствам лабораторными методами испытаний. Существующие стандартные методики оценки противоизносных свойств масел и смазок на четы-рехшариксвых машинах трения типа МАСТ-1 имеют существенный недостаток, а именно: оценка производится при трении стандартных шариков только из одинакового материала ШХ-15 или ШХ-9, что характерно для подшипников качения. В то время, как в парах трения

скольжения, в том числе и в опорах долот, применяют разнородные материалы с различной твердостью.

Для устранения этого недостатка нами совместно с ОКТБ института проблем Материаловедения Украины была разработана методика, при которой испытания проводятся на машине типа СМЦ-2 по схеме вращающийся диск (контртело) по образцу в виде неподвижного ролика. Ролик крепится в чашке заполненной маслом. Режим изнашивания при нагрузке в 200Н и скорости скольжения 0,6 м/сек соответствовал реальному при работе подшипников долота. При испытании фиксируются: путь, сила трения, износ ролика и температура в зоне трения.

В третей главе изложены вопросы повышения надежности опор шарошечных долот путем выбора совместимых пар трения и смазки. Приведена оценка триботехнических свойств композиционных антифрикционных материалов (KAM), разработанных институтом проблем материаловедения Украины.

Эти материалы с гетерогенной структурой состоят из регулярно чередующихся участков прочного, износостойкого, с относительно низкими значениями коэффициента трения, химического соединения или сплава и металла, или сплава, способного прочно удерживать эти включения и образовывать при трении промежуточный, предохраняющий от схватывания слой, играющий роль твердой смазки.

Материал отвечает основным требованиям, предъявляемым к

материалам для подшипников скольжения опор шарошечных долот.

При стендовых испытаниях образцы радиальных подшипников соответствовали малому подшипнику скольжения долота II! 269,9 СЗ-ГНУ, втулки шарошек имели рабочую поверхность из различных КАМов, а цапфа наплавлялась твердым сплавом стеллит (ЗВ16К). Образцы отрабатывались в среде термостойкой смазки общего назначения УНИОЛ-1, успешно прошедшей стендовые и промышленные испытания в опорах долот ГАУ и ГНУ, и внедренной на Дрогобычском долотном заводе.

В результате этих испытаний установлено, что у пары трения стеллит-КАМ-5 основной критерий оценки (время до наступления катастрофического изнашивания) — в 5,6 раза больше, чем у пары стеллит — сталь Х17, применяемой в базовых долотах. КАМ-5 обладает лучшими эксплуатационными свойствами по сравнению с другими испытанными КАМами, что явилось основанием рекомендовать применение материала КАМ-5 в подшипниках опор опытного долота III 295,3 СЗ-ГАУ.

При стендовых испытаниях осуществлялась оценка эксплуатационных свойств композиционных материалов, приготовленных по а.с. №131089 (содержащих дробь из стали ШХ-15, латунь Л-63, бронзу Бр.КМЦЗ-1) отличающихся соотношением (по весу) исходных материалов Подшипники скольжения в негерметизированных опорах и в разгерметизированных опорах в процессе работы теряют смазку и

работают в среде бурового раствора. Поэтому была проведена оценка износостойкости образцов из литых КАМов в различных буровых растворах, в том числе в растворе со смазочной добавкой ОЖК, на машине трения МИ-1М.

Испытания показали, что наличие в растворе ОЖК снижает интенсивность изнашивания КАМов в меньшей степени, чем изнашивание стали. Образцы КАМов с более равномерным распределением материалов обладают большей износостойкостью.

Исследованиями установлено, что из негерметизированных опор долот смазка очень быстро выдавливается из полостей подшипников телами качения (как катками) через щелевой зазор между торцами шарошки и лапы долота. Способствует этому и центробежные силы, возникающие при вращении шарошек и долота, а также образующаяся зона пониженного давления у щелевых отверстий.

После удаления основного объема смазки из опор, смазывание пар трения осуществляется тонким слоем смазки, оставшимся на поверхности подшипников за счет адгезии смазки с металлом.

В этой связи смазки для негерметизированных опор долот, помимо высоких противозадирных и противоизносных свойств, должны обладать высокими реологическими и адгезионными свойствами, как при нормальных, так и повышенных температурах, способностью удерживаться на поверхности опор длительное время. Такими смазками являются смазки загущенные: битумом, каучуком

и полиизобутиленом. По промысловым данным указанные смазки обеспечивают увеличение стойкости опор долот на 10...30%.

Для долот типа ГАУ, ГНУ имеющими в своем составе как подшипники скольжения, так и качения, требуются смазки с высокими противозадирными, противоизносными свойствами и высокой температурной стойкостью.

В связи с этим были начаты исследования по созданию специальных смазок для герметизированных опор и проводилась работа по подбору смазок из уже выпускаемых промышленностью.

Изготовление лицензионных долот потребовало разработку смазок, по своим свойствам, не уступающим свойствам смазок применяемых фирмой "Дрессер" (США) для своих долот. Институтом ВНИИПКнефтехим был разработан ряд смазок (Д-32, 1-Н(1), 1—Н(2), М-11, Ц—11 и "Долотол-АУ") являющихся аналогами смазок указанной фирмы.

В тоже время нами совместно со специалистами Грозненского нефтяного института была разработана рецептура новой смазки КООП-5 (а.с. № 996432), загущенной натуральным каучуком и омедненным окисленным петролатумом следующего состава (% вес):

Натуральный каучук...........................................

Продукт обработки окисленного петролатума

.23-26;

уксуснокислой медью,

10-15;

Ацетат свинца

4-5;

Графит..................................................

Дисульфид молибдена.......................

1М-фенил-Ь-нафтиламин (Неозон Д) Минеральное масло МС 20.............

остальное до 100%

1-1,2;

.9-10;

■5-6;

Использование для загущения и придания смазкам высоких адгезионных свойств натурального каучука возможно только в незначительных пределах, т.к. при обычном механическом перемешивании каучук растворяется в масле только в малых (3-5%) концентрациях. Нами был предложен метод смешения каучука с маслом при прокатке на вальцах. Благодаря этому удалось получить смесь с более высокой (25% и более) концентрацией каучука.

Анализ проведенных нами экспериментов со смазкой, содержащей порошки оксидов меди, свинца, цинка, помимо графита и дисульфида молибдена показал, что эти добавки увеличивают про-тивозадирные свойства смазки незначительно. Более эффективным оказалось введение в смазку ионов меди в составе омедненного окисленного петролатума.

Наличие в смазке минерального масла МС-20, дисульфида молибдена, графита в указанном соотношении придает смазке повышенные противоизносные и противозадирные свойства. Натуральный каучук и продукт обработки окисленного петролатума уксуснокислой медью (омедненный окисленный петролатум) придают смазке высокие адгезионные и реологические свойства при нормальной и повышенной

температурах. Омедненный окисленный петролатум не только повышает адгезионные и реологические, но улучшает противоизносные и противозадирные свойства, в том числе и путем образования вторичных структур в процессе трения. Ацетат свинца повышает адгезионные и противозадирные свойства смазки так же за счет образования вторичных структур в процессе трения. Ы-фенил-Ь-нафтиламин вводится в смазку в качестве антистарителя натурального каучука.

Высокая оценка противоизносных и противозадирных свойств смазки КООП-5 подтверждена лабораторными исследованиями в цехе испытания моторных топлив и масел в ГрозНИИ температурным методом на 4-х шариковой машине трения и др.

Кроме того была произведена оценка адгезионных свойств смазки КООП-5 в сравнении со смазкой ХС-249 (США), используемой для открытых опор долот с подшипниками скольжения и качения. Анализ результатов свидетельствует о том, что адгезионные свойства КООП-5 в 2 раза лучше, чем ХС-249 при нормальной температуре и в 4 раза при высокой (120°С) температуре. Следовательно, смазку КООП-5 можно рекомендовать для использования в негерметизированных опорах долот.

Результаты стендовых испытаний ряда смазок позволяет сделать выводы :

- смазка Х<3-249(США) превосходит отечественный заменитель 1—1-1(1). но уступает смазке 1 -Н(2).отличающейся добавкой 3% ацетата свинца;

-смазка XG-304 незначительно отличается от заменителя Ц-11, а другой вариант ее заменителя М-11, превосходит ее по времени работы до заедания (в 1,8 раза);

- показатели работы ЛПИ-27 находятся на уровне показателей XG-107;

- смазка УНИОЛ-1 превосходит по времени работы до заедания все смазки, кроме 1-Н(2), XG-304, Ц-11 и М-11, КООП-5;

- смазка КООП-5 превосходит по времени работы до заедания в 1,9 раза лучшую смазку фирмы "Дрессер" и в 1,1 раза ее отечественный заменитель.

Испытание смазки КООП-5 были проведены на стенде - буровой УкрГИПРОНИИнефть в долотах 1к-214ТКЗ.Отработка 4х долот со смазкой КООП-5 и 4х с УСсА проводилась чередованием при бурении турбобуром. Каждое долото отработало 1,5 ч. при G=160kH, расходе бурового раствора 28 л/сек и п = 500..600мин~1. Проходка на долото колебалась в пределах 16-18 м. Долота разобраны и осмотрены. У всех долот со смазкой УСсА следов смазки не оказалось, а нагруженные (со стороны забоя) беговые дорожки имели ярко выраженный усталостный износ. У долот со смазкой КООП-5 следы износа отсутствовали, а смазка сохранилась в виде тонкого поверхностного слоя.

В четвертой главе приведен анализ результатов промысловых испытаний предложенных нами опытных опор и смазок.

Конструкция опытных долот III 295,3 СЗ-ГАУ была разработана на основе долота III 295,3 СЗ-ГНУ (конструкций ВНИИБТ)

имеет следующие отличия:

- повышена несущая способность (за счет увеличения рабочей поверхности) у осевых и радиальных подшипников скольжения на 21,3%, у малого подшипника скольжения на 26,.4%;

- увеличена вероятность получения оптимального соотношения размеров в осевом направлении с 28% до 72%,т.к. размерная цепь опоры уменьшенана одно звено в результате аннулирования упорной пяты, что одновременно снизило стоимость изготовления долота;

- увеличена стойкость опоры за счет исключения втулки малого подшипника скольжения, которая по наблюдениям в 20 случаев из 100 распрессовывается;

- в качестве материалов пар трения подшипников скольжения используется стеллит-композиционный антифрикционный материал (KAM), который отлично зарекомендовал себя при стендовых испытаниях.

Испытания опытных и базовых долот проводили на площадях ПО "Белоруснефть". Показатели работы опытных долот сравнивались с показателями долот III 295,3 СЗ-ГВ и ГН.

В целом опытные долота III 295,3 СЗ-ГАУ превышают базовые долота по проходке на долото и времени механического бурения соответственно на 102 и 129% при снижении механической скорости бурения на 12%, при этом экономия затрат на бурение одного метра долотами III 295,3 СЗ-ГАУ составила 1,43 р/м (в ценах 1991 г.).

В связи с этим они были рекомендованы для изготовления на Дрогобычском долотном заводе.

Смазка для опор долот КООП-5 была испытана в ПО "Нижне-волжскнефть", ПО "Грознефть" и др.Всего было отработанно около 400 долот различных типоразмеров, в большинстве случаев, путем чередования долот, заправленных смазкой КООП-5 и заводской смазкой.

Испытания долот 111215,9 СЗ-ГНУ показали что использование смазки КООП-5 повысило стойкость долот в среднем на 77% при снижении скорости изнашивания опор на 60%.

Испытания долот III 295,ЗМСЗ-ГНУ с опытной смазкой показали увеличение проходки на 34% при снижении скорости изнашивания на 22%. Это привело к увеличению не только стойкости, но и механической скорости бурения.

Улучшение условий смазывания опор не только повышает их стойкость, но и вероятность безотказности работы. Итак у рассматриваемых долот III 295,3 МСЗ-ГНУ, если использование опытной смазки КООП-5 (а.с. № 996432) повысило среднюю наработку до отказа на 22%, то 95% ресурс у них, как показывают расчеты, уже больше на 44%. Следовательно, повысилась надежность долот и бурильщик с гарантией в 95% может отрабатывать их не до 19,5 ч, а до 28 часов.

Испытания долот III 295,3 СЗ-ГВ с опытной смазкой при бурении турбобурами 2ТСШ-240 с G = 200...220 кН показали что за счет применения смазки КООП-5 скорость изнашивания опор снизилась на

2.1

40%, время работы долот возросло на 36% с увеличением проходки на долото на 64%. Т.е. как и в герметизированных опорах, использование смазки КООП-5 повысило показатели безотказности, т.к. если среднее время работы долот с опытной смазкой выше, чем у базовых долот на 36%, то 95% ресурс у них больше на 48%.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Результаты проведенных лабораторных, стендовых и промысловых испытаний свидетельствуют о том, что повысить долговечность опор шарошечных долот можно путем разработки и использования в подшипниках опор долот:

- материалов с высокой износостойкостью и антифрикционными свойствами;

- специальных смазок, конструктивных решений, облегчающих условия работы подшипников.

Достоверную оценку эффективности принятых решений по повышению долговечности опор долот, можно получить при испытании на разработанном нами стенде по методике, в которой в качестве основного критерия принято время работы до наступления заедания (режима катастрофического изнашивания).

2. Стендовыми испытаниями установлено, что время работы до наступления режима катастрофического изнашивания радиального подшипника скольжения долота 111 269.9 СЗ-ГНУ при сочетании мате-

риалов стеллит (ЗВ16К) - КАМ-5 в 5,6 раза больше, чем при применяемом в практике сочетании стеллит (ЗВ16К) - сталь Х17.

3. Экспериментально установлено что, если смазки для герметизированных опор должны обладать, в первую очередь, высокими противоизносными, противозадирными свойствами, термостойкостью, то для смазок негерметизированных опор наиболее важны адгезионные и когезионные свойства.

4.Разработаны рецептуры и технологии приготовления смазок, загущенных натуральным каучуком, в том числе металлоплакирующая КООП-5 (а.с. №996432), содержащая продукт обработки окисленного петролатума уксуснокислой медью и ацетат свинца. Указанная смазка превосходит отечественные и зарубежные смазки (США).

Промысловые испытания показали эффективность смазки КООП-5 как в опорах негерметизированных, так и в герметизированных. В зависимости от типоразмера долот и способа бурения, стойкость долот с КООП-5 возросла на 25-80%. Экономический эффект от применения КООП-5 только по Волгоградскому УБР составил 260 тысяч рублей (в ценах 1991 года).

5. Установлено, что за счет использования предложенных нами смазок и материалов трущихся пар с высокими антифрикционными свойствами, улучшается равномерность вращения шарошек и повышается не только рейсовая скорость за счет увеличения долговечности опор, но и механическая скорость бурения.

ОСНОВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Посташ С. А.. Зубарев A.B.. Посташ A.C. и др. Смазки для опор долот на каучуковой основе. // РНТС ВНИИОЭНГ. -М.: ВНИИОЭНГ. 1975. №5, с. 33-36.

2. Сейфи Р.Н.. Посташ A.C. Методика стендовых испытаний смазок для опор шарошечных долот с подшипниками скольжения. // РНТС. сер.Машины и нефтяное оборудование - М.: ВНИИОЭНГ. 1981, вып.7.. с. 12-14.

3. Посташ С.А. Повышение надежности и работоспособности шарошечных долот. -М.: Недра 1982. с. 6-22.

4. Посташ С.А.. Шейкин Ф.И.. Посташ A.C. и др. Смазки для опор шарошечных долот и требования к ним. // Нефтяное хозяйство. -М.: Недра. 1984, №7, с. 17-21.

5. Посташ A.C., Сейфи Р.Н.. Нарытник И.И. Исследование смазок для опор долот с подшипниками скольжения. // CHT сер. Геология, бурение и разработка нефтяных месторождений Украины и Белоруссии..- Киев: УКРГИПРОНИИнефть, 1985, с. 111-117 (рус.).

6. Посташ A.C., Воронка В.М., Сейфи Р.Н.. Жидовцев H.A., Заболот-ный JT.B. Испытание и внедрение новых композиционных материалов для подшипников скольжения опор шарошечных долот. // CHT сер. Бурение и закачивание скважин на нефтегазовых месторождениях Украины и Белоруссии. -Киев: УКРГИПРОНИИнефть. 1986, с.79-85.

7. Посташ A.C.. Затуловский С.С.. Лаврентьев И.С. Методика и оборудо-

вание для исследования износостойкости композиционных материалов. // Тез. докл. 1 Всесоюзной научно-технической конференции. Академия наук СССР. Академия наук УССР, Минуглепром УССР, Минхиммаш. МикгеоСССР. МингеоУССР. Мингазпром. -Иваново-Франковск, 1987, с.73-75.

8. Сейфи Р.Н.. Посташ A.C., Пресман И.М. Опыт внедрения долот 111295,3 СЗ-ГАУ // НПС нефтяная и газовая промышленность. Бурение скважин. -Киев. 1987, №1. с.ЗО.

9. Ю.Климанов A.C.. Посташ A.C. Методика испытаний долотных смазок. МСНТ технология бурения глубоких скважин. -Грозный: издательство ГНИ, 1987, с.77- 81.

10.A.C. № 996432 СССР заявка № 3342785. Смазка для опор шарошечных долот. Посташ С.А.. Барыльник В.Н., Сейфи Р.Н.. Посташ A.C.. Заболотный Л.В. и др. // Изобретение, 1982, Бюл. 6.

11. A.C. №1311089 СССР заявка № 3928371.Способ изготовления изделий из композиционных материалов. ЗатуловскийС.С., Иванова Р.К., Нечипоренко И.М.. Смирный B.C.. Посташ A.C.. Лсйн A.A., Биба-скинЮ.З. Изобретение, 1987. Бюл.36.

12.Посташ С.А.. Посташ A.C. О затишке шарошек долот. // Межвуз. сборник научных трудов /Материаловедение и технология обработки материалов/. - Краснодар: издательство КубГТУ. 1997. с. 90-93.