Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Алмазный породоразрушающий инструмент для бурения разведоч­ных скважин включает породоразрушающий инструмент для колон­кового бурения с отбором керна и алмазные долота для бескернового бурения. Комплект породоразрушающего алмазного инструмента для колонкового бурения состоит из алмазной коронки и расширителя. Выпускаются алмазные коронки различных типов: для бурения с оди­нарными колонковыми трубами, двойными колонковыми трубами для комплексов ССК, КССК и специального назначения. Алмазные рас­ширители служат для калибровки диаметра скважин и стабилизации

работы алмазной коронки. Для армирования алмазного породоразру­шающего инструмента применяют природные и синтетические алмазы.

Природные технические алмазы добывают из россыпных и ко­ренных месторождений. Добыча из россыпных месторождений была начата в Индии до н. э.; Бразилии — в XVIII в., Африке (реки Оран­жевая и Вааль) — в 1867 г. В конце прошлого столетия впервые были открыты коренные месторождения алмазов в Ю. Африке — местность Кимберлей — классические трубки кимберлита.

В России алмазы, в основном ювелирные, добывались из россыпей на Урале (р. Ви- шера). В середине XX в. были обнаружены и разведаны крупные коренные кимберли- товые месторождения алмазов в Якутии, что позволило России стать одним из ведущих алмазодобывающих государств. В конце XX в. разведаны крупные месторождения алмазов в Архангельской области. Природный крис­талл алмаза изображен на рис. 3.6. о. , * „

_ гр Рис. 3,6. Якутскии кристалл

Природные алмазы подразделяют на тех — алмаза в кимберлите нические и ювелирные. Технические алма­зы при добыче составляют 85—90 %. К ним относят обломки, тре­щиноватые камни, камни плохой окраски, с наличием включений, сростки и т. п.

Алмазы обычно встречаются размером от тысячных долей до од- ного-двух каратов. Крупные алмазы в несколько сотен карат — редчай­шие находки. Форма кристаллов алмазов самая разнообразная: октаэдр, ромбододекаэдр, гексаэдр (куб), додекаэдроид, гексаэдроид, комбина­ции форм.

Свойства алмазов уникальные. Этот минерал имеет твердость по шкале Маоса, равную 10, а микротвердость — в пределах 95 ООО— 100 600 МПа, т. е. является самым твердым, что определяет его при­менение для бурения хрупких абразивных и твердых пород. Твер­дость алмаза на разных гранях кристалла различна: наименьшую твер­дость имеет грань куба. Несколько большей твердостью обладает грань ромбододекаэдра и самую высокую твердость — грань октаэдра. Это свойство алмаза объясняется неравномерным расположением атомов в плоских сетках алмазов различных форм и называют его анизотро­пией.

Плотность алмазов зависит от включений и примесей в нем, а также от пористости и колеблется от 2,9 до 3,55 г/см3.

Стойкость алмаза находится в прямой зависимости от коэффици­ента теплопроводности X: чем больше X, тем меньше нагрев алмаза и тем менее интенсивно проходят окислительные процессы на повер­хности его режущих Тфомок. Коэффициент теплопроводности алмаза Х = 1,465 • 102 Вт/м • град., или в 2,5 раза больше, чем у твердого спла­ва ВК8. Поэтому при соответствующем охлаждении алмазами можно вести бурение с очень высокими окружными скоростями.

Размерность алмазов в соответствии с техническими условиями может быть представлена массой в каратах (1 карат равен 0,2 г), чис­лом зерен алмазов в одном карате (шт. кар) для порошков — в мкм, ситовыми клетками — в мм. Размеры алмазного зерна и порошков даны в табл. 3.6.

Таблица 3.6. Размеры алмазного зерна и порошков Число алмазов в 1 карате Линейные размеры, мм Средний условный диаметр, мм Алмазное зерно 3 3,50-3,80 3,65 3-2 3,30-3,50 3,40 4-3 3,00-3,30 3,15 10-5 2,80-3,00 2,90 20-10 2,50-2,80 2,65 30-20 2,0-2,50 2,25 40-30 1,60-2,00 1,80 60-40 1,50-1,60 1,55 90-60 1,25-1,60 1,43 150-120 1,00-1,25 1,13 300-200 0,80-1,00 0,90 800-400 0,63-0,80 0,72 Алмазные порошки 1200-800 0,50-0,63 0,57 2000-1200 0,40-0,50 0,45

Механические свойства алмазов в сопоставлении со свойствами других твердых материалов приведены в табл. 3.7.

Таблица 3.7. Сравнительная характеристика механических свойств некоторых твердых материалов, Па Материал Предел прочности на изгиб Предел прочности на сжатие Модуль упругости Алмаз Карбид бора Карбид кремния Твердые сплавы типа ВК 294 294 98-147 882-1862 1961 1764 980-1960 1862-3920 705 000-911 400 270 000 357 700 376 000-588 000

У алмаза низкая прочность на изгиб. Поэтому в матрицах буровых коронок требуется их хорошая защита. Алмаз — очень хрупкий мине­рал. При ударе он легко раскалывается по плоскостям спайности, параллельным граням октаэдра, поэтому в процессе бурения с алмаз­ным породоразрушающим инструментом необходимо осторожное об­ращение.

Износостойкость алмазов по различным кристаллографическим направлениям колеблется в широких пределах, средняя же износо­стойкость в несколько раз выше износостойкости широко известных абразивных материалов — карбида кремния и карбида бора. Абразив­ную способность материала определяют отношением массы сошлифо — ванного материала к массе израсходованного абразива. Если принять абразивную способность алмаза за единицу, то абразивная способ­ность карбида бора составит 0,5—0,7, карбида кремния — 0,2—0,4, а элект-рокорунда — 0,15.

Алмаз не смачивается водой, но обладает способностью прили­пать к жировым смесям, поэтому применение поверхностно-актив­ных веществ и эмульсий улучшает смачиваемость алмаза и предо­храняет его от абразивного износа. Кислоты, даже самые сильные, на алмаз не действуют.

Технические алмазы высокого качества (XV группа) применяют в коронках без предварительной обработки. Технические алмазы низ­кого качества (XX группа) предварительно обрабатывают с целью раз­деления по форме и размерам, а также для выделения зерен с более высокими прочностными свойствами. При этом алмазы подвергают дроблению, овализации, полированию, термической обработке и ме­таллизации. Технические алмазы подразделяют на три группы, харак­теризующие их морфологические особенности и буровые качества: борты, карбонаты и балласы (рис. 3.7).

Борты представлены кристаллами неправильной формы или срост­ками, они окрашены в желтый, коричневый и серый цвета и явля­ются основным сырьем для армирования алмазных коронок.

Карбонадо — алмазы слегка серого, коричневого или черного цветов, тонкозернистые, с тусклым или металлическим оттенком. Благодаря скрытокристаллическому строению и отсутствию спайно­сти, они отличаются большой прочностью, вязкостью и надежны в работе.

Балласы — мелкозернистые агрегаты округлой формы, мутно-бе­лого, серого и коричневого цветов, отличающиеся лучистым крупно­кристаллическим ядром и мелкозернистой твердой оболочкой.

Классификация алмазов по их внешней форме приведена на рис. 3.8.

Для устранения различных дефектов в технических алмазах и улуч­шения их качества они подвергаются предварительной обработке. Низкосортные алмазы дробят на различных установках с целью рас­калывания их по трещинам и дефектным местам и одновременно придают полученным обломкам изометрическую форму. Алмазы, дроб­ленные механическим способом, используют для армирования буровых коронок, изготовления шлифовальных порошков и микропорошков.

Овализацию низкосортных алмазов производят на специальных установках с целью придания алмазам округлой формы, а также для разрушения слабых трещиноватых кристаллов с дефектами осуществ­ляют эту операцию в специальных установках, в камере которых ал­мазам придается вращательное движение. В процессе вращения алмазы ударяются друг о друга и стенки камеры, истираются и раскалывают­ся, приобретая овальную форму. Поэтому прочность овализованных алмазов намного увеличивается (рис. 3.9, а).

а —борт друзообразный; б— балласы; в— карбонадо; г, д — низкосортные алмазы для дробления (г — ХХа группа, д — ХХХУа группа)

Полирование алмазов (рис. 3.9, 6) производят для уменьшения сил трения их о разрушаемую породу, что повышает механическую ско­рость бурения и снижает износ алмазов. Полирование алмазов осущест­вляется механическим и химическим способами. При механическом способе полирования алмазов производят обработку овализованных зе­рен водной суспензией микропорошков алмаза с размером зерен от 1 до 40 мкм; при химическом алмазы обрабатывают в расплаве щелочей с бурой при воздействии высокой температуры. При этом в первую очередь растворяются тонкие, выступающие части алмаза, в резуль­тате чего образуется гладкая поверхность зерен.

Термическая обработка алмазов позволяет снимать внутренние на­пряжения в кристаллах и таким образом повышать их прочностные свойства. Опытные работы показывают, что прочность термически

Рис. 3.9. Обработанные технические алмазы: а — овализованные (слабой степени); б — полированные

обработанных алмазов при статическом одноосном сжатии может повышаться на 20—40 %. Известны два режима термической обработ­ки. Первый заключается в нагреве алмазов до 920—940 °С с последу­ющим медленным охлаждением, второй — в нагреве до температуры 320—350 °С и последующим дважды охлаждением: до 20 °С и до -196 °С в жидком азоте.

Металлизацию алмазного сырья применяют с целью покрытия по­верхности кристаллов тонким, в несколько микронов, слоем тугоплавко­го металла, имеющего высокую адгезию к алмазу. В этом случае связь зерен алмазов с материалом матрицы повышается, и прочность алмаз­ных коронок увеличивается. Металлизация позволяет также заполнить трещины и микротрещины в алмазах металлом. Стойкость коронок, армированных металлизованными алмазами, возрастает на 15—20 %.

В настоящее время существует несколько классификаций техни­ческих алмазов, применяемых для армирования породоразрушающего инструмента. Наиболее используемой является классификация по ТУ 47-12—88 «Сырье алмазное для многокристального инструмента» (табл. 3.8).

Синтетические алмазы и композиционные материалы на их основе

используют в настоящее время в странах СНГ в буровом породораз­рушающем инструменте. Этот инструмент достаточно эффективен толь­ко для бурения пород средней твердости (VI—VIII категории).

В качестве объемных алмазов из синтетического сырья использу­ют поликристаллические алмазы марки АРСЗ и АРК4 размером 500— 2500 мкм (7—400 шт. кар), получаемые путем дробления синтетиче­ских алмазов типа «спеки» и марки СВСП (0,4—0,8 кар) цилиндри­ческой формы.

Синтетические поликристаллические алмазы АРК4 и АРВ1 (ГОСТ 9206—80) или АСПК и АСБ соответственно с плотными поли — кристаллическими образованиями с однородной мелкозернистой струк­турой, получаемые из графита путем синтеза в присутствии металло — растворителей, выпускают под названием «карбонаф» в виде цилиндров диаметром 2,3 и 4 мм, длиной до 4 мм или под названием «баллас». По динамической прочности алмазы АРК4 превосходят природные монокристаллические алмазы.

Синтетические поликристаллические алмазы АРСЗ (ГОСТ 9206—80) или СВСП выпускают в виде цилиндров размером 4×4 мм и массой 0,6—6,8 кар, но могут поставляться и в дробленом виде.

Физико-механические свойства АРСЗ:

Твердость, кН/мм2 …………………………………….. 150 000

Термостойкость, °С……………………………………. 1100—1200

Благодаря повышенной термостойкости, алмазы АРСЗ можно применять для оснащения буровых коронок при обычной технологии спекания матрицы. По износостойкости они уступают природным алмазам.

со

л 1> — £ 3 I о ю § §■& « ев П о ч. а ° X г[ с я я

о со X о л р =; х 1) 4) " 5

5 2 ев а ЛО

ев

3 2 . а » о „ О-©-О.

к 2 ев X 5 ■I и со 5 2 12 с: и >. а * о

Таблица 3.8. Классификация технических алмазов, используемых для изготовления породоразрушающего инструмента

*/“> чо с — оо о" о" о о" + + + + чо г-*- оо о
I X ° I О 40 о
оооо оооо сТ’ — чО т}- т гч О’. ^ I I I I мм оооо оооо СЧ 0“ ‘О VI ГЛ ГЧ О’ ЧО
©ОООО ооооо О4′ чо Г-) гч оччотгг^гч 11111 11111 Ооооо ооооо сч о чо ^ го
5 1 2 IЁ К ч	я -я О.
§ 2 1 ъ О о> Ю А Л и К ч
* Й £ Ё ± <и г} *©* «3 и Си Ч
25 н 3 £ л <и 5 •©* о и Ш Е?
-©■ о М. V Е* I
X ч
-д 5 о, о •©- 55 о X
(2
а> * о н
ш 51 • «в р* о. к

1	2	3	4	5	6	7	8	9
								50
								-0,4 + 0,315 -0,5+0,4 -0,6+ 0,5 -0,7+ 0,6 -0,8+ 0,7
		4	»	То же	Небольшие дефекты		120-90 90-60 60-40 50-30 30-20
	а-5	4		Дробленые алмазы различной формы	Дефекты не оговариваются			-0,4 + 0,315 -0,5+ 0,4 -0,6+ 0,5 -0,7+ 0,6 -0,8+ 0,7
		4	»	То же	Небольшие дефекты		120-90 90-60 60—40 50-30 30-20
XV	а-6	4	»	Полированные овализованные алма­зы различной формы с округлыми вершинами и ребрами	Небольшие дефекты		120-90 90-60 60-40 50-30 30-20	-0,7+ 0,6 -0,8+ 0,7
	а-7	4		Полированные дробленые алмазы различной формы	Небольшие дефекты		120-90 90-60 60-40 50-30 30-20	-0,7 + 0,6 -0,8+ 0,7

Продолжение табл. 3.8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 б 1 Для буровых долот Целые кристаллы различной формы, кроме кубов, закономерных и незако­номерных сростков с округлыми гра­нями и ребрами Незначительные дефекты 0,05-0,08 0,08—0,12 0,12-0,20 0,20-0,25 0,25-0,34 6-1 1 Целые кристаллы различной формы, кроме кубов и незакономерных сростках с округлыми гранями и ребрами Небольшие дефекты 0,05-0,08 0,08-0,12 0,12-0,20 0,20-0,25 0,25-0,34 6-24 » Овализованные алмазы различной формы с округлыми вершинами и ребрами Небольшие дефекты 20-12 12-8 8-5 5-4 4-3

Примечания: 1. Алмазы подгрупп «а», «а-1» с искажениями 1,3—1,5 не должны составлять более 50%, с искажением 1,5— 2,0 — не более 5%; «б» с искажением 1,5—2,0 —не более 5%. 2. Алмазы подгрупп «а-2», «а-4», «а-5», «а-6», «а-7» с искажением 1,5—2,0 не должны составлять более 50%, с искажением 2,0—3,0 для размерностей 90—12 шт. кар —3%; 120—90 шт. кар — 8 %; для ситовых классов —0,6 мм и мельче — 15% 3. Алмазы подгрупп «6-1», «6-2» с искажением 2,0—3,0 не должны составлять бо­лее 5 %. 4. Количество алмазов светлых и окрашенных в подгруппах «а», «а-1», «а-2» определяют утвержденными в установленном порядке образцами. 5. Содержание алмазов в подгруппе «а» с незначительными дефектами, в подгруппе «а-1» с небольшими дефектами не должно составлять более 50 % (процентное содержание дефектных алмазов может быть скорректировано по со­гласованию сторон после установления фактического содержания по результатам сортировки контрольных партий). 6. Содержание алмазов графитизированных, пористых, рыхлых и сильнотрещиноватых в подгруппе «а-2» для ситовых классов — 0,7 + 0,5 мм — не более 15%; для—1,0+ 0,7 мм —не более 10%; в подгруппах «а-4», «а-5» для ситовых классов — 0,8 + 0,4 мм —не более 15%.

Синтетические монокристаллические алмазы выпускают (ГОСТ 9206— 80) следующих марок: АСО (обычной прочности), АРС (повышенной прочности), АСВ (высокой прочности) и АСС (сверхпрочные). Эти ал­мазы имеют размер зерен 0,04—1 мм, их используют для микропо­рошков с размером зерен от 1 до 60 мкм. Твердость алмазов АСС со­ставляет 80—100 кН/м2.

В институте сверхтвердых материалов Национальной академии наук Украины им. В. Н. Бакуля (ИСМ НАНУ) разработаны и выпускаются для оснащения бурового инструмента монокристаллические синтети­ческие алмазы (СА), сверхтвердые композиционные алмазосодержащие материалы типа «твесал» и алмазно-твердосплавные пластины (АТП). Для оснащения бурового инструмента используют монокристалличе­ские СА с размером зерен от 650/500 до 250/200 мкм. Марка алмазов обозначается цифровым индексом, обозначающим среднее арифмети­ческое значение показателей прочности на сжатие всех зернистостей определенной марки. Например, АС 100 — алмаз синтетический со сред­ней прочностью зерен 100 Н.

Славутич — сверхтвердый материал, уступает природным алмазам по износостойкости, но превосходит их по прочности; изготавливает­ся в виде штабиков или пластинок любой формы; нашел широкое применение для армирования долот, предназначенных для бурения скважин на нефть и газ.

Кубонит — кубический нитрид бора, представляющий собой хими­ческое соединение бора и азота. Микротвердость кубонита находится в пределах 75 000—95 000 МПа. Зерна кубонита имеют окраску от темно-коричневого до серого или белого цвета. Плотность 3,45 г/см3, форма кристаллов октаэдрическая или тетраэдрическая. Кубонит при­меняют для обработки инструментальных сталей и сплавов, а также для армирования буровых коронок.

Алмазные порошки компании «De Beers», как показывают результа­ты испытаний армированных ими алмазных коронок как зарубежного, так и отечественного производства, являются лучшими породоразру­шающими элементами, обеспечивающими наивысшие технико-эко­номические показатели бурения скважин.

Серия SDA+ получена в процессе синтеза на основе специального состава кобальта и высококачественного графита. Зерна этого порош­ка имеют кубо-октаэдрическую форму особой структуры, обеспечиваю­щую его высокую износостойкость. Основная отличительная особен­ность порошка — наличие упорядоченно выстроенных металлических включений внутри каждого кристалла, что обеспечивает ему высокую адгезию к практически любой металлической связке с присутствием кобальта и никеля. Алмазы этой серии характеризуются также спо­собностью к самозатачиванию за счет постепенных и равномерных микросколов в местах включения кобальта. Но по сравнению с алма­зами SDB1000 серии они обладают немного меньшей прочностью и термостойкостью. Потеря прочности у них начинается после длитель­ного нагрева при температуре свыше 850 °С.

Серия БОВЮОО синтезирована с применением сплава никеля и же­леза. Зерна этого порошка имеют кубо-октаэдрическую форму и струк­туру, которая отличается тем, что кристаллы алмазов имеют внутри одно-два (максимум три) небольшие металлические включения. Они не портят форму кристаллов, которые выдерживают высокие темпе­ратурные режимы (до 1100°С и выше) и обладают высокой динами­ческой и статической прочностью. Потеря прочности у них начина­ется после длительного нагрева свыше 900 °С. Например, потеря прочности зерен БОВ ЬВ¥ при нагреве 1100°С в течение 8 мин со­ставляет 4—3 %.

Характеристика алмазных порошков серий БЭА и ББВ, наиболее пригодных для бурения твердых и очень твердых пород, приводится в табл. 3.9.

Таблица 3.9. Характеристика высокопрочных алмазных порошков Марка Размер Соответствие US, Mesh мкм, ГОСТ ГОСТ 9206-80 SDA 45+ 30/40 500/400 АС 160 40/50 400/315 АС 125 50/60 315/250 АС 100 SDA 55+ 30/40 500/400 АС 160 40/50 400/315 АС 160 50/60 315/250 АС 125 SDA65+ 30/40 500/400 АС 180 40/50 ‘ 400/315 АС 160 50/60 315/250 АС 160 SDA 75+ 30/40 500/400 АС 200 40/50 400/315 АС 180 50/60 315/250 АС 170 SDA 85+ 30/40 500/400 АС 220 40/50 400/315 АС 200 50/60 315/250 АС 190 SDA 100+ 30/40 500/400 АС 270 40/50 400/315 АС 210 50/60 315/250 АС 200 SDAB 1045 30/40 500/400 АС 160 40/50 400/315 АС 160 50/60 315/250 АС 125 SDB 1055 30/40 500/400 АС 200 40/50 400/315 АС 160 50/60 315/250 АС 160 SDB 1065 30/40 500/400 АС 200 40/50 400/315 АС 190 50/60 315/250 АС 160

Марка	Размер	Соответствие
US, Mesh	мкм, ГОСТ	ГОСТ 9206-80
SDB 1075	30/40	500/400	АС 200
	40/50	400/315	АС 180
	50/60	315/250	АС 170
SDB 1085	30/40	500/400	АС 300
	40/50	400/315	АС 250
	50/60	315/250	АС 200
SDB 1100	30/40	500/400	АС 350
	40/50	400/315	АС 300
	50/60	315/250	АС 230
SDB 1125	30/40	500/400	АС 400
	40/50	400/315	АС 350
	50/60	315/250	АС 300
SDB LBW	50/60	315/250	АС 200

При армировке породоразрушающего инструмента синтетически­ми алмазами компании «De Beers» целесообразно сочетание серий SDA и SDB в различных пропорциях, исходя из свойств предполагаемых для бурения пород.

Конструкции алмазного инструмента характеризуются следующими конструктивными элементами: конструкцией корпуса коронки, фор­мой торца коронки, размерами объемных и подрезных алмазов, их качеством, схемой расположения алмазов, насыщенностью ими матрицы, характером и геометрическими параметрами промывочной системы.

Корпус алмазной коронки изготовляют из углеродистой стали марки 20 или 30 по ГОСТу 1050—74. Длина корпуса коронки зависит от типа колонковых труб, применяемых для бурения. Конструкции коро­нок для одинарных (рис. 3.10, а) и двойных (см. рис. 3.10,5) колон­ковых труб существенно отличаются.

В табл. 3.10 приведены основные размеры коронок, применяемых с одинарными колонковыми трубами. Алмазные коронки с удлинен­ным корпусом применяют в некоторых конструкциях двойных колон­ковых труб и в комплексах ССК и КССК.

Коронки для одинарных колонковых труб имеют наружную при­соединительную резьбу, длина которой 30 мм. Коронки для двойных колонковых труб имеют внутреннюю присоединительную резьбу дли­ной резьбы 40 мм. В табл. 3.11 приведены основные размеры алмаз­ных коронок для двойных колонковых труб.

Геометрию режущей части выбирают такой, чтобы можно было рационально разместить алмазы в матрице коронки и наиболее эф­фективно разрушить горную породу. Коронки имеют пять стандарт­ных профилей форм торца матрицы.

Рис. 3.10. Конструкция алмазных коронок для одинарных (а) и двойных (б) колон­ковых труб:

/ — стальной корпус; 2 — алмазосодержащая матрица; 3 — промывочный канал

Таблица 3.10. Основные размеры алмазных коронок для одинарных колонковых труб, мм О <1 А, А А 4> </| н ~^+0,2 14+0’2 14-0,1 24,5-0,6 21,5 19,8-0,3 15 + 0,5 18,5 + 0,5 65 о/г+0,2 36-0,1 -.»+0,2 /2-0,1 34,0-0,6 29,0 27,3-0,3 23 + 0,5 26,0 + 0,5 65 ас+0,2 46_0Л 31+0,2 44,0-0,6 39,0 37,3-0,3 33 + 0,6 36,0 + 0,6 65 59+0,2 эу-0,1 42+°.2 ч^-0,| 57,0-0,7 52,0 50,3-0,4 44 + 0,6 48,0 + 0,6 65 7^-+0,2 76-0,1 59+°,2 •”-0,1 73,0-0,7 68,0 66,3-0,4 60 + 0,7 64,0 + 0,7 65 д.,+0,2 ^-0,1 73+0,2 90,0-0,9 84,0 82,3-0,5 76 + 0,7 80,0 + 0,7 75 И 2+°,2 00+0,2 ^-0,1 109,0-0,9 103 101,3-0,5 95 + 0,9 98,0 + 0,9 75

Круглый торец (рис. 3.11, а) имеет радиус закругления, равный по­ловине толщины алмазосодержащей матрицы. Такой профиль позво­ляет наиболее равномерно разместить алмазы по режущей части по­верхности матрицы и лучше закрепить их в ней. Такую форму про­филя применяют в коронках зубчатого типа.

Полузакругленный торец (рис. 3.11,6) имеет радиус закругления, равный толщине алмазосодержащей матрицы. Такой профиль обеспе-

Тип коронки	О		А	А	А	Я
Для труб ТДН-УТ
КУТ, КУТИ	46+0,2	31	44,0	42,0	37,5	145
КУТВ	59	42°,2	57,0	54,0	50,0	165
19ИЗГ	76-0.,	58_о,1	75,0	69,5	65,5	165
Для труб ТДН-2
10АЗ,	59+0.2	38+«,2	57,0	52,0	41,0	170
НИЗ	76_о,,	52-с,,	73,0	68,0	57,0	270
Для труб ТДН-0
КДТО-20-59	ед+0,3 ■^-0,2	34>5-0,2	57,0	52,0	41,2	162
КДТО-150-59	сд+0.3 •^-0,2	34,5!о,2	57,0	52,0	41,2	164
КДТО-20-76	-.-+0,4 ‘°-0,3	46,0_о;2	73,0	68,0	52,0	77
КДТО-20-93	до+0,4 ”-0,3	60,0*0,2	92,8	86,0	72,2	85

|
\ )			Ьь *
4	К а

Я=а

Г

I		|

Рис. 3.11. Профили торца алмазных коронок:

о — круглый; б— полукруглый; в — плоский; г —прямой полукупол; д — ступенчатый

чивает лучшее закрепление алмазов в угловых точках профиля. Число алмазов, перекрывающих радиальную ширину забоя, невелико.

Давление на контакте алмазов с породой меньше в угловых точках и больше в середине профиля. Полузакругленный профиль широко применяют в однослойных и импрегнированных коронках для буре­ния твердых пород. Плоский торец (см. рис. 3.11, в) позволяет разме­

стить на нем минимальное количество алмазов, что во многих случаях обеспечивает высокую механическую скорость. Недостатком такого про­филя является слабое закрепление алмазов по краям торца, что приво­дит к преждевременному выкрашиванию и образованию «фасок изно­са» на торце коронки. С плоским торцом выпускают импрегнирован — ные коронки. Такой профиль непригоден для однослойных коронок.

Торец формы полукупол (см. рис. 3.11, г) имеет большой радиус закругления по наружной стороне матрицы и малый — по внутренней стороне. При такой форме матрицы можно расположить алмазы по наружному диаметру и увеличить стойкость коронок при бурении трещиноватых, раздробленных пород. С полукуполом выпускают ко­ронки, предназначенные для двойных колонковых труб.

Ступенчатый торец (см. рис. 3.11, д) имеет более развитую пло­щадь поверхности матрицы по наружному диаметру, что позволяет разместить на ней большее количество алмазов и увеличить стойкость коронок. В данном случае формируются дополнительные плоскости обнажения, что ускоряет процесс разрушения породы и стабилизиру­ет работу коронки. С таким профилем выпускают коронки для комп­лексов ССК, где требуется повышенная работоспособность породо­разрушающего инструмента.

Матрица коронки представляет собой металлокерамическое коль­цо, в котором закреплены алмазы. Она припаивается к стальному корпусу коронки и служит для закрепления алмазов, отвода тепла, возникающего в процессе бурения, а также для своевременного об­нажения алмазов при бурении. Материал матрицы (медь, никель, по­рошок медный, порошок никелевый) обладает меньшей твердостью, чем зерна алмазов, и изнашивается частицами разбуренной породы быстрее, обнажая их. Сильно обнаженные алмазы могут выпасть из матрицы, сколоться и не выполнить работу по разрушению породы. При недостаточном обнажении они слабо внедряются в породу, и ко­ронка не разрушает ее. Необходимая степень обнажения алмазов регулируется износостойкостью матрицы и различными технологи­ческими приемами (изменение параметров режима бурения, электро­химическая заточка и др.).

Промывочная система состоит из промывочных каналов, располо­женных в матрице алмазной коронки. Размер и количество промы­вочных каналов должны обеспечивать своевременное удаление шлама выбуренной породы с забоя скважины и охлаждение матрицы коронки. В зависимости от характера проходимых пород коронки выпускают как с обычной промывочной системой (01АЗ, 01А4, 02ИЗ, 02И4, 02И4, 03И5 и др), так и развитой (07АЗ, 15АЗ, 16АЗ). Коронки с обычной промывочной системой имеют от двух до десяти промывочных кана­лов шириной до 6 мм. Алмазы в этих коронках по боковой поверх­ности и торцу расположены без заданного выпуска. В коронках с раз­витой промывочной системой количество каналов увеличено до 18—36, в зависимости от диаметра коронки, а ширина промывочных каналов составляет 8—12 мм. Алмазы в этих коронках установлены с задан­

ным выпуском: в боковых ребрах до 0,3 мм, а по торцу до 30 % от среднего размера алмаза.

Алмазы, расположенные в матрице, по своему назначению под­разделяют на объемные и подрезные. Объемные алмазы располагаются как на торце матрицы, так и внутри нее и выполняют роль породо­разрушающих резцов. Они разрушают горную породу на забое сква­жины и обеспечивают ее углубку. Подрезные алмазы размещают на боковых поверхностях матрицы с внутренней и наружной сторон. Внут­ренние подрезные алмазы обрабатывают керн и обеспечивают его свободный проход в керноприемную трубу. Наружные подрезные алмазы калибруют стенки скважины.

В породах средней твердости (VII—VIII категорий буримости) наилучшие результаты показывают коронки, армированные алма­зами с зернистостью от 2—5 до 1020 шт. кар.; в твердых породах (IX—X категорий буримости) целесообразно использовать коронки с алмазами зернистостью от 20—30 до 150—400 шт. кар.

Зернистость алмазов в коронке зависит от их положения в матрице. Подрезные алмазы обычно крупнее торцовых. Места перехода от тор­цовой части коронки к боковой армируются более крупными алма­зами. В табл. 3.12 приведены данные о зернистости алмазов для ар­мирования коронок.

Таблица 3.12. Взаимосвязь зернистости и размеров алмазных зерен Линейный размер, мм Зернистость алмазов, шт./кар 2-5 3,3-4,0 5-10 2,5-3,3 10-20 1,8-2,5 20-30 1,5-1,8 30-40 1,3-1,5 40-60 1,1-1,3 Линейный размер, мм Зернистость алмазов, шт./кар 60-90 1,0-1,1 90-120 0,9-1,0 120-200 0,8-0,9 200-300 0,7-0,8 300-400 0,6-0,7 400-600 0,5-0,6

В настоящее время выпускают различные типы алмазных коро­нок, поэтому для определения типа коронки (рис. 3.12), свойств матрицы и характеристики алмазов каждая коронка имеет свой ин­декс, нанесенный на ее корпус.

Пример индексации коронки:

1. 01АЗД60К40 №728260 АИ.1.

01 — конструкция коронки; А — однослойная; 3 — нормальная матри­ца (HRC 20—25), Д — объемные алмазы дробленые; 60 — зернистость объемных алмазов, шт. кар., К —подрезные алмазы овализованные; 40 — зернистость подрезных алмазов, шт. кар.; № 728260 — заводской номер коронки; АИ — изготовлена на Терекском заводе алмазных инструментов; 1 — квартал.

2. КГ-59-3 СВМ — коронка для бурения снарядом ССК-59; диа­метр 59 мм; форма торца гребенчатая; твердость матрицы HRC 25—30, армированная синтетическими высокопрочными алмазами; изготов­лена в ТулНИГП.

Для армирования однослойных коронок применяют алмазы с зернистостью от 5—10 до 150—200 шт. кар. Коронки этого типа применяют в плотных, малоабразивных, слаботрещиноватых породах от VI до X ка­тегорий буримости.

Рис. 3.12. Типы алмазных коронок: а — однослойная; б — импрегни — рованная: 1 — объемные алмазы; 2— подрезные алмазы; 3— матрица, насыщенная мелкими алмазами; 4 — корпус коронки

Схема раскладки алмазов выбирается с учетом их зернистости, формы профиля торца коронки, системы промывочных ка­налов, механических свойств пород, для которых предназначен инструмент. Типо­вые схемы раскладки алмазов изображены на рис. 3.13.

В настоящее время изготовляют одно­слойные коронки с алмазами, имеющими заданную величину выпуска из матрицы, и с развитой промывочной системой, а также алмазные коронки без заданного выпуска алмазов и с обычной промывочной систе­мой. Величина выпуска алмазов на торце коронки влияет на величину их внедрения в породу и степень очистки забоя от шлама. Как правило, коронки с заданной величиной выпуска применяют в порядке средней твер­дости (VI—VIII категорий): чем больше выпуск алмазов, тем лучше очищается забой от шлама и тем выше механическая скорость бу­рения.

Рис. 3.13. Типовые раскладки алмазов на коронке: а — радиальная; б— спиральная; в — концентрическая; г — с неполным перекрытием радиальной

ширины забоя

Алмазные коронки без заданного выпуска с обычной промывоч­ной системой применяют в более твердых слаботрещиноватых поро­дах (IX—X категории буримости). Технические характеристики одно­слойных коронок с выступающими алмазами приведены в табл. 3.13. Конструкция коронки 07АЗ с выступающими алмазами показана на рис. 3.14, а. Технические характеристики однослойных коронок без

Тип коронки	Диаметр коронки, мм	Зернистость алмазов, шт. кар	Масса алмазов, кар
наружный	внутренний	объемных	подрезных
16АЗ-СВ	59	42	12-8; 20-12; 400-150	20-12	12-17
	76	573			15-1
	93				19-24
(ИКС	76	58	4 мм зубки, 20—7,		20
			поликристаллы,
	93	73	АРСЗ		25
02 КС	112	92	20-7	20-7	30
04АЗ	59	42	20-12; 30-20; 40-30	20-12	16
	76	58			18
	93	73			24
07 АЗ	59	42	30-20; 40-30	30-20	9,0-12,5
	76	58	60-40		10-14
04ДП	46	31	20-12; 30-20	20-12	6-10
	59	42	40—30; 60-40	30-20	7,5-15
	76	58	90-60	40-30	10-20
	93	73			20-24
КАТ	46	31	50-30	50-30	4-6
	59	45			5-8
	76	61			7-10

А-А

А-А

3°±1<Г

Рис. 3.14. Конструкции однослойных коронок: а — конструкция коронки 07АЗ; 6 — конструкция коронок 01АЗ и 01А4: / — объемные алмазы; 2 — промывочный канал; 3, 4 — внутренний и наружный подрезные алмазы

Тип коронки	Диаметр коронки, мм	Зернистость алмазов, шт. кар	Масса алмазов, кар
наружный	внутренний	объемных	подрезных
01 АЗ	36	22	30-20	20-12	3,5-6,5
01А4	46	31	50-30	30-20	4,5-7,5
01АЗСВ	59	42	60-40	50-30	5,5-10
01А4СВ	76	58			10-16
01А30СВ	93	73			12-18
01А40СВ	112	92			14-20
АКС	46	33	50-30	50-30	3,5-5,5
	59	46	60-40		5-6,5
	76	61			8,5-10
01АЗГ	59	42	120-90	60-40	4,5-6,5
01А4Г	76	58			5,5-7,5
14АЗ	59	38	20-12	20-12	5,9-93
	93	54	30-20	30-20	9,6-14,4
	93	69	60-40	50-30	9,8-19,6

заданного выпуска приведены в табл. 3.14, а конструкция коронок 01АЗ и 01А4 —на рис. 3.14,6

Коронки для двойных колонковых труб (табл. 3.15) имеют удли­ненный корпус с внутренней резьбой и более утолщенную матрицу. Форма торца матрицы в виде полукупола, твердость нормальная 20— 25 НИС. Коронки оснащены алмазами XXXV группы подгруппы «а»

Таблица 3.15. Технические характеристики коронок для двойных колонковых труб Тип коронки Диаметр коронки, мм Зернистость алмазов, шт. кар Масса алмазов, кар наружный внутренний объемных подрезных КУТ 46 31 30-20 30-20 7,5 КУВТ 59 42 50-30 50-30 10 18АЗ 76 58 60-40 60-40 14 КУТИ 46 31 400-120 50-30 7 19АЗГ 59 42 11 76 58 18 10АЗ 59 38 30-20 30-20 10 76 52 13,5 11ИЗ 59 38 400-120 50-30 12,5 76 52 18,5 кдто 59 34,5 30-20 30-20 10 76 46 15 93 66 22 кдто 59 34,5 400-150 50-30 11,5 ДЭИ 76 47 400-150 50-30 20 93 56 20 ДЭА 76 47 30-20 30-20 20 93 59 20

подрезными алмазами XXXIV группы подгруппы «б». Для армирова­ния коронок используют природные и синтетические алмазы.

Алмазные коронки типа КУТ, КУТВ, 18АЗ, КУТИ и 19ИЗГ при­меняют с двойными колонковыми трубами. Коронки 10АЗ, ПИЗ ис­пользуют в трубах типа ТДН-2, с трубами ТДН-0 — коронки КДТО. Для комплектации эжекторных снарядов выпускают коронки ДЭИ и ДЭА.

Импрегнированные коронки предназначены для бурения весьма абразивных и трещиноватых пород IX—XII категорий буримости. К ним относят стандартные коронки 02ИЗ, 02И4, 03И5, И4ДП, КИТ, ИКС, БС-03, БС-04. Все импрегнированные коронки изготовляют методом холодного прессования в металлических или графитовых пресс-формах с последующей пропиткой цветным металлом и лишь коронку 03И5 — способом горячего прессования.

Для армирования коронок в качестве объемных алмазов исполь­зуют алмазы XV группы, подгруппы «в» или XXXV группы подгруп­пы «а» зернистостью 600—120 шт./кар. Для подрезных алмазов ис­пользуются кристаллы XV группы подгруппы «а» или XXXV группы подгруппы «б», зернистостью 90—30 шт./кар. Также применяют по­рошки синтетических алмазов АРС-3, АРС-4 и монокристаллические алмазы АС-50, АС-65, АС-80. Технические характеристики импрегни — рованных коронок приведены в табл. 3.16.

Таблица 3.16. Технические характеристики импрегнированных коронок Тип коронки Диаметр коронки, мм Зернистость алмазов, шт. кар Масса алмазов, кар наружный внутренний объемных подрезных 02ИЗ 36 22 400-120 50-30 5,3 02ИЗ 46 31 400-120 60-40 7,5 02ИЗГ 59 42 400-120 60-40 12 02И4Г 76 58 400-120 60-40 16 93 73 20 И4ДП 59 42 400-120 20-12 12 76 58 30-20 16 КИТ 59 45 400-120 50-30 10 46 33 60-40 7 БС-03 46 31 800-400 Твесал 9,3 59 42 14,5 18 БС-04 59 42 800-400 Твесал 15 76 58 21

Коронки, армированные синтетическими поликристаллическими алмазами высокой износостойкости типов АРС-3 и АРК-4, предназна­чены для бурения скважин при разведке на твердые полезные иско­паемые: уголь, полиметаллические и железные руды, горно-химическое сырье, а также для бурения структурных, гидрогеологических и спе­циальных скважин. Развитая промывочная система коронок позволяет вести бурение с промывкой как водой, так и вязко-пластичными про­мывочными жидкостями. Конструкция подрезной части коронок обес­печивает надежную калибровку стенок скважин и исключает необхо­димость разбуривания или применения расширителей.

Коронки типа 01КС (рис. 3.15, а) предназначены для бурения ма­лоабразивных монолитных и слаботрещиноватых перемежающихся (в пределах средней твердости) горных пород. В качестве объемных используют поликристаллические алмазы СВСП, а в качестве подрез­ных— АРС-3. Коронки типа 02КС и КСК-03 (рис. 3.15, б, в) предназ­начены для бурения абразивных монолитных и трещиноватых пере­межающихся (в пределах средней твердости и абразивности) горных пород. Объемные и подрезные алмазы в коронках типа 02КС пред­ставлены АРС-3. У коронок типа КСК-03 объемный и подрезной слои армируются алмазами АРК-4.

а б в Рис, 3.15. Общий вид коронок 01КС-93С (а), 02КС-76С (о) и КСКОЗ-59 (в)

Алмазные долота применяют для бескернового бурения, а также как вспомогательный инструмент при направленном и многозабой­ном бурении. Разработаны алмазные долота шести типов (табл. 3.17). Все они имеют вогнутую форму торца с центральным промывочным отверстием для промывки. Долота изготовляются с матрицей твердо­стью 20-25 НЯС.

Таблица 3.17. Технические характеристики алмазных долот Тип долота Наружный диаметр, мм Зернистость алмазов, шт./кар Масса алмазов, кар 08АЗ 46 30-20 — 10,4-12,2 08ИЗ 46 150-120 30-20 17-20 09АЗ 59 30-20 — 14-26 АДМ-22 59 50-30 — 11-13 ИДН-12 59 150-120 50-30 18 АДН-08 76 50-30 30-20 25-30

Однослойные долота 08АЗ, 09АЗ, АДН-08 и АДН-22 предназначе­ны для бурения плотных, монолитных горных пород VII—IX катего­рий по буримости. Промывочная система в этих долотах представлена центральным отверстием с отходящими от него радиальными канала­ми. Подрезные алмазы расположены в боковых ребрах, объемные алмазы имеют заданный выпуск до 20 % диаметра зерна.

Рис. 3.17. Алмазный расширитель: / — корпус; 2 — алмазосодержащий сектор; 3— резьбовое соединение; 4 — алмазы

Для армирования долот применяют алмазы XV группы подгруп­пы «а», а также алмазы XXXV группы подгруппы «а» зернистостью 30—20 шт./кар. Конструкция долот пока­зана на рис. 3.16.

Импрегнированные долота 08ИЗ, ИДН — 12 имеют конструкцию, аналогичную кон­струкции однослойных долот, и отлича­ются только зернистостью объемных ал­мазов. Для армирования долот применяют алмазы XV группы подгруппы «в» зерни­стостью 150—120 шт./кар. Допускается армирование алмазами XXXV группы под­группы «а».

Алмазные расширители (рис. 3.17) пред­назначены для калибрования ствола сква­жины, что предотвращает преждевремен­ный износ коронок по наружному диа­метру в процессе бурения. Одновременно

Рис. 3.16. Конструкция алмазного долота: 1 — корпус; 2 — матрица; 3 — промывочные каналы

расширитель стабилизирует положение нижней части бурильных и ко — лонковой труб. При этом значительно снижаются вибрации и умень­шается искривление скважины.

При бурении с одинарными, двойными колонковыми трубами и снарядами ССК применяют алмазные расширители, имеющие свои кон­структивные особенности. Алмазный расширитель представляет собой стальной полый цилиндр, на наружной поверхности которого имеют­ся пазы с впаянными в них металлокерамическими штабиками (сек­торами) твердостью 20—30 НЯС. Рабочая поверхность штабиков ар­мирована алмазами 4 с выпуском 0,35—0,45 мм. Расширитель имеет с двух сторон резьбовые части для соединения 3 с алмазной коронкой и колонковой трубой. В зависимости от назначения расширителя резь­ба может быть наружной и внутренней. Расширители армируют ал­мазами группы XXXIV подгруппы «б» зернистостью 30—20 шт./кар.

Для бурения с одинарными колонковыми трубами применяют алмазные расширители типа РСА (расширитель алмазный секторный см. рис. 3.17), имеющие внутреннюю резьбу для соединения с корон­кой. Кернорвательное кольцо размещают внутри корпуса 1 расшири­теля в конусной заточке. По наружному диаметру за алмазосодер­жащими секторами 2 имеется углубление под ключ.

Рис. 3.18. Ал­мазный калиб­ратор

Длина каждого алмазного сектора — 21 мм, ширина —

17 мм. Передняя набегающая часть сектора выполнена с конусным заходом под углом 8°. Расширители РСА применяют в горных породах VIII—X категорий по бу — римости.

Алмазные расширители для двойных колонковых труб и ССК различаются внутренней расточкой, общей длиной и резьбовыми соединениями. Для двойных ко­лонковых труб типа УТ, ТДН-2 и ТДН-0 выпускают расширители РТДН, РДТО и РУТ. Для снарядов ССК и КССК — расширители РСА-1,РАСК, Р-0,3 и РЦК.

Областью применения расширителей для двойных ко­лонковых труб, ССК и КССК — горные породы VIII—X категорий по буримости. Технические характе­ристики расширителей приведены в табл. 3.18.

Алмазные калибраторы применяют в составе спе­циальных компоновок для проработки интервалов ис­кусственного искривления скважин, что обеспечивает наиболее эффективное их использование и снижает рас­ход алмазов. Алмазный калибратор состоит из цельно­металлического корпуса 7, на который надеты три съем­ных стальных цилиндрических кольца 3, 4 и 5 (рис. 3.18).

На наружной поверхности колец имеются пазы с впаянными алмазосодержащими металлокерамически­ми штабиками 6 (секторами) подобно стандартным ал­мазным расширителям. На верхнем конце колец име­ется выступ, на нижнем — аналогичный паз для взаим-

Тип расширителя	Диаметр, мм	Масса алмазов, кар	Тип колонкового набора
РСА-46	46	5,1-7,6	Одинарный
РСА-59	59	7,6-11,4	—
РСА-76	76	11,1-15,2	—
РСА-93	93	12,7-19	—
РТДН	76	5,1-7,6	ТДН-2
РДТО-59	59	7,6-11,4	ТДН-2/0
РТДО-76	76	10,1-15,2	—
РТДО-93	93	12,7-10	—
РУТ-46	46	5Д—7,0	ТДН-УТ
РУТ-59	59	7,6-11,4	—
РУТ-76	76	10,1-15,2	—
РСА-І	59	7,6-11,4	ССК-59
РСАК	76	10,1-15,2	ССК-76
Р-03	46	5,1-7,6	ССК-46
РЦК	76	10,1-15,2	КССК-76

ного их смыкания. На корпусе также находится паз 7 для соединения с выступом верхнего кольца 5, нижнее кольцо удерживается шай­бой 2, подпираемой навинченной бурильной трубой 1. В алмазо­содержащих штабиках калибраторов используют природные алмазы XXXIV или XXXVI группы.

Для комплексов со съемными керноприемниками выпускают четыре вида алмазных коронок, в каждом из которых предусмотрено не­сколько типоразмеров, предназначенных для бурения в определенных геологических условиях (табл. 3.19).

Таблица 3.19. Технические характеристики алмазных коронок для ССК Тип коронки Конструктивные признаки коронки Число секторов (зубьев, резцов) Размеры алмазов, шт./кар Масса алмазов, кар объемных подрез­ ных пилот ступени (конус) 1 2 3 4 5 6 7 Для ССК-46 К-90 К90-1 К-90-2 Трехступенчатая однослойная Ч етырехступе нчатая однослойная Пятиступенчатая однослойная 4 4 4 30-20 50-30 60-40 30-20 50-30 60-40 30-20 30-20 50-30 5,7-8,6 4,6-7,4 4,5-6,9 Для ССК-59 К-01 К-01-1 Трехступенчатая однослойная Четырехступенчатая однослойная 4 4 30-20 50-30 30-20 50-30 30-20 30-20 9,1-13,6 6,9-11,4

1	2	3	4	5	6	7
Для ССК-59
К-01-2	Пятиступенчатая	4	60-40	60-40	50-30	5,8-9,0
	однослойная		или 12—8
К-02	Зубчатая с импрегни-	16	400-150	—	20-12	12,0-18,4
	рованным слоем
К-08	Комбинированная	4	400-150	60-30	60-30	16,0-19,0
	четырехступенчатая
Для ССК-76
КАСК-4С	Четырехступенчатая	8	30-20	30-20	30-20	14,1-21,2
	однослойная
КАСК-К	Конусная	8	30-20	30-20	30-20	14,4-21,6
	однослойная
КАСК-3	Зубчатая с импрег-	20	20-12	—	20-12	16,0-22,9
	нированным слоем		или 12—8
			и 400-150
КАСК-Р	Резцовая	40	5-2	—	20-12	9,2-20,7
Для КССК-76
17А4	Пятиступенчатая	6	30-20	30-20	30-20	15,1-22,6
К-16	Четырехступенчатая	6	50-30	50-30	30-20	18,0-20,0
К-30	Ступенчато-зубчатая	12	30-20	20-12	20-12	9,0-10,0

Примечание. Твердость HRC матрицы коронок от 20—30 до 30—35.

Алмазные коронки для бурения комплексом ССК (рис. 3.19) имеют утолщенную матрицу и удлиненный корпус с внутренней резьбой. Коронки выпускают со ступенчатой формой матрицы (см. рис. 3.19, а) и зубчатой (см. рис. 3.19,6). Первый тип коронок имеет матрицу твердостью 25—35 HRC. Ступенчатая матрица создает несколько плос­костей обнажения и облегчает разрушение породы. Объемные алмазы имеют выпуск около 30 % линейного размера кристаллов. Зернис­тость алмазов — 60—20 шт./кар. Расположение алмазов однослойное и импрегнированное. Коронки предназначены для бурения горных пород VII—X категорий по буримости.

Алмазные коронки для бурения комплексом КССК-76 (см. рис. 3.19, в) предназначены для бурения твердых пород различной трещиновато­сти и абразивности горных пород VI—IX и частично X категорий по буримости. Они имеют утолщенную матрицу ступенчатой формы.

Коронки К-90, К-90-1, К-90-2 для ССК-46 различаются конструкцией матричной части и применяемыми алмазами и предназначены для бурения как плотных, так и трещиноватых горных пород VII—X ка­тегорий по буримости. Пилотная часть коронки армированы алма­зами высокого качества подгруппы XVa, ступени — алмазами под­групп XVa и XXXV6, в качестве подрезных применяют алмазы подгруп­пы XXXIV6.

Рис. 3.19. Конструкция коронок для снарядов со съемным керноприемником: а, ступенчатые и зубчатые формы матриц для ССК; в — ступенчатые для КССК: / — корпус; 2 — матрица; 3 — промывочный клапан; 4 — отверстие под ключ; 5—подрезные алмазы; б—объемные алмазы

Коронки К-01, К-01-1, К-01-2, К-02 и К-08 используют для бу­рения с комплексом ССК-59. Коронки К-01, К-01-1, К-01-2 являют­ся трех-, четырех — и пятиступенчатыми соответственно. Передняя часть матрицы обеспечивает получение вруба на забое своей пилотной частью и армируется наиболее прочными алмазами, чаще всего группы ХУа 1-го и 2-го качества ступени. В качестве подрезных применяют алма­зы группы ХХХ1У6.

Коронки К-02 являются комбинированными зубчатыми. Зубья ар­мируют по контуру алмазами, между которыми размещают импрегни — рованный слой с мелкими алмазами. Коронки К-08 —это комбиниро­ванные ступенчатые. Переднюю часть (пилот) армируют мелкими ал­мазами — импрегнированный слой. Алмазный инструмент для ССК-59 выпускают в соответствии с ТУ 2-037-278-80. Технические характери­стики коронок приведены в табл. 3.19.

Условия применения коронок:

К-01 — плотные слабо — и среднетрещиноватые горные породы пре­имущественно VIII категории по буримости;

К-01-1 — плотные породы преимущественно IX категории по бу­римости;

К-01-2 — среднетрещиноватые горные породы преимущественно IX категории по буримости;

К-02 — горные породы преимущественно VII категории по бури­мости;

К-08 — плотные и среднетрещиноватые горные породы IX—X ка­тегорий по буримости.

В последнее время конструкции алмазного породоразрушающего инструмента различных производителей стали различают по техно­логии изготовления, составу матриц, виду и качеству алмазов. Так, в Тульском НИГП разработали и выпускают по временным техниче­ским условиям алмазный инструмент с повышенными эксплуатацион­ными параметрами, характеристики которого приведены в табл. 3.20.

Таблица 3.20. Характеристики коронок, армированных синтетическими высокопрочными алмазами Тип коронки Масса алмазов, кар Твердость матрицы, HRC Характеристика горных пород Категория пород, р„ 02ИЗ-46СВМ 02ИЗ-59СВМ 2ИЗ-76СВМ КГ-59-ЗСВМ К-75-ЗСВМ * 8,2-9,3 11.8- 17,2 15.9- 21,25 18,5-36,4 25,1-42,7 25-30 Малоабразивные, твердые, плотные со структурой от тонко­зернистых до скрыто­кристаллических IX—Х/22,8—51,2 02И4-46СВМ 02И4-59СВМ 02И4-76СВМ КГ-59-4СВМ К-75-4СВМ 8,2-9,3 11.8- 17,2 15.9- 21,25 18,5-36,4 25,1-42,7 30-40 Абразивные, очень твердые, от плотных до трещиноватых, мелко — и среднезернистые X—ХИ/34,2—115

* Коронка диаметром 75 мм для ССК фирмы Лонгир, армированная алмазами серии SDA и SDB

Как показали результаты бурения этими коронками и аналогич­ным инструментом компаний «Лонгир*» и «Атлас-Копко», по износо­стойкости они не уступают зарубежным, а по расходу алмазов на метр бурения они значительно дешевле.

Институтом сверхтвердых материалов (ИСМ НАН Украины, г. Киев) разработаны и выпущены промышленные партии коронок ССК-БСБ, оснащенных синтетическими алмазами и композицион­ным сплавом твесал. В объемном слое коронок использованы синте­тические алмазы АСС 250/200 и режущие вставки из твесала, выпол­ненные в виде секторов кольцевого цилиндра, расположенных в вер­

шинах клиньев. В подрезном слое по наружной и внутренней повер­хностям использованы цилиндрические вставки твесала (диаметром 5 и высотой 3 мм).

Регулирование величины выпуска алмазов из матрицы — важнейший конструктивный элемент породоразрушающего инструмента. Рацио­нальная величина его зависит от твердости, абразивности и трещино­ватости буримых горных пород. Величина выпуска алмазов обеспечи­вает необходимый межконтактный зазор между матрицей инструмен­та и горной породой. При равномерном износе алмазов и матрицы межконтактный зазор сохраняется. В реальном процессе бурения до­стигнуть этого очень сложно, а часто и невозможно. Тогда коронку приходится как бы затачивать увеличением количества шлама на забое или с помощью наждачного круга на поверхности, что ведет к зна­чительной потере ее ресурса.

Наиболее эффективным является периодическое оперативное по­лучение заданного выпуска алмазов электрохимическим способом. При этом предполагается, что рациональный уровень износа алмазов в коронках еще не исчерпан. В случаях, когда естественное состояние коронок обеспечивает в процессе отработки рациональную механиче­скую скорость бурения и износ матрицы, заточка не нужна.

Необходимый выпуск алмазов определяют по формуле

Л = 0,33 АГфАГЛ, (3.5)

где Кф и К, — коэффициенты, зависящие соответственно от формы алмазных зерен и трещиноватости пород (при округлой форме алма­зов Кф= 1, с небольшим искажением формы Кф = 0,75, с искаженной формой АТФ = 0,5; при удельной кусковатости пород Ку = 1—10, 11—30 и >30, К, соответственно равны 1,0; 0,75 и 0,5); */а —средний услов­ный диаметр зерна.

При этом предполагается, что зернистость применяемых в корон­ках алмазов выбрана в соответствии с физико-механическими свой­ствами пород.

Кроме того, необходимо иметь таб — Л ч лицу коэффициентов для каждого типа

коронок, отрабатываемых на объекте. При использовании электрохимической заточки целесообразно иметь номограм­му определения I и / в зависимости от А для каждого типоразмера алмазной ко­ронки (рис. 3.20).

При использовании выпрямителя с регулируемым напряжением сила тока рассчитывается исходя из необходимого Рис. 3.20. Номограмма определения времени заточки. При работе с выпря-

по, Ь’ад™нномуИвыпуТкГалмазшз* И мителем С нерегулируемым напряжени-

для коронок типа 02И3150К40-59 ем вРемя заточки рассчитывают ИЗ полу-

2, 24 кар) чаемой силы тока. Плотность тока меня­

но
ется в пределах 0,1—1,0 А/см[2], что способствует получению высокой точности заточки, особенно при заточке коронок с алмазами мелких фракций, когда удобно применять низкие значения плотности тока. Высокие значения плотности тока ведут к ускорению этого процесса и могут быть рекомендованы при заточке коронок с крупными алма­зами.

Взяв определенные величины выпуска алмазов Л и силу тока / по номограмме (см. рис. 3.20), находят время, необходимое для заточки коронки; 1—4 — сила тока.

Полевая портативная установка (рис. 3.21) предназначена для заточки алмазных коронок в полевых условиях (непосредственно на буровой или на участках буровых работ). В ее состав входит порта­тивное устройство для электрохимической заточки алмазных коронок (рис. 3.22).

Для измерения выпуска объемных алмазов используют специаль­ное устройство (рис. 3.23).

При отработке коронок с использованием электрохимической заточки критерии снятия их с эксплуатации остаются обычными, принятыми для алмазного породоразрушающего инструмента.

Требования по рациональной отработке алмазных коронок с при­менением электрохимической заточки следующие:

1. Первоначальное обнажение алмазов рекомендуется для всех типов импрегнированных и однослойных коронок, не имеющих пер­воначального выпуска (01АЗ, 01А4, МАЗ, 02ИЗ,02И4 и др.) и арми­рованных как природными, так и синтетическими алмазами.

Рис. 3.21. Полевая портативная установка ППУ-1: 1 — сушильный шкаф ПЛЛ-9УТ; 2— портативное устройство электрохимической заточки алмазных коронок; 3— футляр; 4—разновесы; 5—микрометр типа МВМ (ГОСТ 4380—63); 6— электролит (КаС1); 7—весы типа ВР-100 (ГОСТ 359—54); держатель коронок; 9— механическая щетка; 10—лупа; И, 12, 13 — емкости для растворителя при обезжиривании коронок (//), полиакрилами­да (12), шлама (13); 14 — термометр

Рис. 3.22. Портативное устройство для электрохимической заточки алмазных коронок: 1 — корпус из дюралюминия; 2 — крышка из оргстекла; концевой выключатель; 4 — шина «+»; 5 —держатель коронок; б—алмазные коронки; 7—диэлектрическая крышка ванны; 8 — ванна; 9— электролит; 10— шина; 11 — изолирующие прокладки

Рис. 3.23. Устройство для измерения выпуска объемных алмазов:

/ — зажим; 2— рукоятка зажима; 3— стойка; 4 — основание устройства; 5—зажимная гайка; 6 — индикаторная головка; 7—движок; <У—планка; 9 — стопор иглы; 10—держатель иглы; // — игла; 12— палец; 13— переходник для алмазной коронки; /4—зажимная гайка пальца; /5—стопор го­ловки; 16 — алмазная коронка; /7—указатель; 18—лимб

4. Однослойные коронки без заданного выпуска алмазов, армиро­ванные как природными, так и синтетическими алмазами, рекомен­дуется первоначально затачивать и, по мере необходимости, можно проводить вторичную заточку в процессе отработки при условии

К + К<н, (3.6)

где /гп и Ин — величины снимаемого слоя матрицы при первичной и вторичной заточке; Я — предельное значение износа матрицы по высоте (по линейным размерам), установленное нормативными документами.

5. Импрегнированные коронки, армированные как природными, так и синтетическими алмазами, должны отрабатываться до полного износа алмазосодержащей части матрицы и в процессе отработки, по мере необходимости, могут подвергаться нескольким заточкам. Ко­личество заточек при зашлифовании может определяться из выра­жения

я-Хая,

; = I,■)

где Н— высота алмазосодержащей матрицы; АН— суммарный износ матрицы при бурении в течение К рейсов; йр — величина съема ме­талла матрицы для получения рационального выпуска алмазов.

Так как в коронках, армированных синтетическими алмазами, износ алмазосодержащего слоя должен быть не более 60 %, то коли­чество заточек может быть найдено из выражения

0,6#-Удя,

К =———- -=——- -. (3.8)

К

6. При отработке комбинированных коронок к снарядам со съем­ными керноприемниками типа К-08 количество заточек импрегниро — ванного пилота матрицы можно определить по формуле (3.7) при условии износа алмазов на ступенях матрицы не более 60 %. Заточке подлежит только импрегнированный пилот матрицы, алмазы на сту­пенях матрицы не обнажаются.

Обнажать алмазы на оптимальную величину рекомендуется только торцовой части алмазосодержащей матрицы. Как показывает прак­тика, большое количество алмазных коронок выбраковывается из-за чрезмерного износа их подрезных элементов, поэтому обнажение подрезных алмазов по наружному и особенно по внутреннему диа­метрам коронки не рекомендуется. В случае необходимости по раз­работанной технологии можно проводить обнажение как внешних, так и внутренних подрезных алмазов.

Практика работ по технологии бурения коронками с заданным выпуском алмазов позволяет рекомендовать следующую методику от­работки алмазного породоразрушающего инструмента.

1. Новый алмазный породоразрушающий инструмент проходит пер­вичную заточку на базе геологоразведочной организации. Величина заданного выпуска алмазов подбирается из условия рациональной от­работки затачиваемых коронок и физико-механических свойств по­род, где они будут отрабатываться.

2. При бурении коронки отрабатываются по предложенной рацио­нальной технологии и при необходимости периодически затачивают­ся буровым мастером или технологом на портативной установке.

3. Все отработанные коронки возвращают на базу организации, где производят учет, обработку материалов эксплуатации и сдачу от­работанного инструмента на рекуперацию.

Рациональные технологические параметры режима бурения включа­ют частоту вращения коронки, осевую нагрузку на нее, количество и качество промывочной жидкости или другого очистного агента.

Частота вращения коронки оказывает наибольшее влияние на ме­ханическую скорость бурения. При бурении пород средней твердости и твердых она увеличивается пропорционально увеличению этого па­раметра. Поэтому алмазное бурение целесообразно вести по возмож­ности при высокой частоте вращения инструмента, допускаемого его техническим состоянием и характером разбуриваемых пород. Рацио­нальной частотой вращения коронки будет такая, максимум которой позволит мощность буровой установки и прочность бурильной колонны

обеспечить требуемое качество керна и минимальный удельный расход алмазов (кар/м). Окружная скорость алмазной коронки рекомендуется: для импрегнированных и0 = 2—3,5 м/с, для однослойных ьа = 1—3 м/с.

Верхний предел берется для коронок меньшего диаметра, а ниж­

ний — для коронок больших диаметров и при бурении трещиноватых пород.

Расчет частоты вращения и производят по формуле

п = 1ф’ <3-9>

где ь0 — окружная скорость коронки, м/с; Б — средний диаметр ко­ронки, м.

Б, + Б,

Б = ^Г^, (3.10)

где Б1 — наружный диаметр коронки, м; В2 — внутренний диаметр коронки, м.

Рекомендуемые значения окружной скорости необходимо выби­рать по табл. 3.21.

Таблица 3.21. Рекомендуемые значения окружной скорости вращения алмазных коронок Тип коронки Характеристика горных пород Категории горных пород по буримости Окружная скорость коронки, м/с Однослойная Монолитные VI-VIII 1,4-2,5 плотные 1Х-Х 0,8-2,0 Трещиноватые У1-УШ 0,8-1,6 Абразивные 1Х-Х 0,6-1,0 Импрегнированная Монолитные 1Х-Х 2,5-3,5 плотные XI—XII 2,0-3,0 Трещиноватые абразивные XI—XII 1,6-2,2

Частота вращения в процессе бурения определяет износ алмазной коронки, который имеет ясно выраженный усталостно-объемный ха­рактер, в отличие от преимущественно объемного при разрушении горной породы. Износ коронки обусловлен действием последователь­ных ударов по ней шламовых частиц и ударов самой коронки о не­ровности забоя буримой скважины. При этом имеет место накопление поглощенной энергии ударов — появление трещин и микротрещин, в результате чего под действием очередного удара может произойти отделение от матрицы или алмазного резца некоторых микрочастиц. Накопление разрушения, т. е. увеличение зоны неполного износа матрицы и алмазов, приводит к падению сопротивляемости коронки разрушению в местах нанесения ударов и уменьшается с ростом числа ударов удельного усилия разрушения. В процессе бурения зерна по­роды забоя и частицы выбуренного шлама ударяются о движущуюся коронку, следовательно, число ударов в единицу времени изменяется пропорционально частоте вращения.

Эффективность разрушения горной породы при алмазном буре­нии может иметь наибольшее значение, если скорость перемещений алмазных зерен по забою не превышает скорости развития разрушаю­щей деформации в породе. Превышение критического значения час­тоты вращения вызывает падение механической скорости бурения с мо­мента, когда алмазы начинают «скользить» по частично разрушенной породе, не успевая полностью дезинтегрировать ее и углубиться в за­бой на заданную глубину. При этом часть энергии, которая могла бы расходоваться на разрушение породы, затрачивается на трение скольже­ния по поверхности забоя, выделяясь в виде тепла, которое вызывает в призабойной зоне физико-химические процессы, способствующие развитию необратимых деформаций матрицы и алмазов: заполирова — ние режущих граней алмазов, размягчение и аномальный абразивный износ материала матрицы.

Таким образом, при достижении критического значения враще­ния при постоянном значении осевой нагрузки начинается интенсив­ный процесс микроизноса (чаще всего заполирования) торца алмаз­ной коронки. Для предотвращения начинающегося микроизноса, фиксируемого по падению механической скорости бурения, следует увеличить осевую нагрузку на коронку, а затем при начале зашламо — вания, что отмечается повышением давления на манометре бурового насоса, увеличить частоту вращения снаряда.

Предельное значение частоты вращения бурового снаряда при ал­мазном бурении определяют исходя из величин предельно допусти­мой забойной мощности и осевой нагрузки на алмазную коронку оп­ределенного типоразмера:

5 • 104#„.

«пР= п »ПР, (3-11)

ср

где ппр — предельное значение частоты вращения с учетом действия температурного фактора, мин1; УУпр — предельно допустимая забойная мощность, кВт; Др — средний диаметр коронки, м; Р — осевая на­грузка, Н.

Для обеспечения оптимальной проходки на коронку и приемле­мой величины механической скорости алмазного бурения соотноше­ние Р/п должно удовлетворять условию:

Р с л л л г2

= (2,54 + 3,40) — ю2/)., (3.12)

п

где Д, — номинальный диаметр коронки определенного типоразме­ра, м.

При этом текущее значение частоты вращения бурового снаряда должно удовлетворять и другому условию: п < ипр.

Рекомендуемые значения частот вращения для серийных коронок некоторых основных типов приведены в табл. 3.22, где нижние зна­чения частот соответствуют зависимости (3.12), а верхние являются предельно возможными с точки зрения учета действия температур­ного фактора согласно выражению (3.11) для приведенных значений расхода очистного агента (воды).

Таблица 3.22. Частоты вращения снаряда при бурении некоторыми серийными коронками в породах различной буримости Твердость ПОрОД Рш» МПа (категории по бури­мости) Зернистость объемных алмазов, шт./кар лг„р, кВт я, мин 1 А’лр. кВт л, мин"1 Л^р, кВт V. мин 1 При расходе воды (очистного агента), л/мин 30 50 70 2250 (У1-УН) 20-10 25,7 23,6 600-1400 500-1100 32,6 26,5 600-1800 500-1250 38,8 31,0 600-2100 500-1450 4000 (УН-1Х) 30-20 15.6 18.6 450-1100 400-1050 19,5 20,9 450-1300 400-1150 22,6 24,2 450-1600 400-1350 50-40 11,5 13,3 300-1400 200-1250 14,2 14,8 300-1700 200-1400 16,4 17,1 300-200 200-1600 5000 (1Х-Х1) 150-120 6,6 8,4 700-800 600-700 8,1 9,3 700-850 600-750 9,3 10,7 700-900 600-800 400-150 10,8 3,6 500-600 450-550 13,3 15,2 500-650 450-600 15.3 17.4 500-700 450-650 7000 (XI—XII) 400-150 10,8 13,6 500-600 450-550 13,3 15,2 500-650 450-600 15,3 ГМ 500-700 450-650 800-400 26,7 37,3 1000-1300 1000-1200 32,9 41,5 1000-1500 1000-1350 37,0 47,8 1000-1800 1000-1600 1200-800 39,1 4,6 1100-1600 1000-1500 48,2 60,8 1100-1900 1000-1700 5,5 70,0 1100-2200 1000-1900

Примечания: 1. В числителе — значения для коронок диаметром 59 мм, в зна­менателе — 76 мм. 2. При бурении по трещиноватым и дробленым породам частоты вращения, приведенные в табл. 3.22, следует уменьшать на 25—30 %.

Расчетные значения частоты вращения определяют по формуле (3.9), сравнивают с рекомендациями с учетом зернистости объемных алма­зов и рационального расхода очистного агента по формуле (3.11) с приведенными в табл. 3.22. В случае, если найденная частота вра­щения по формуле (3.9) превышает рекомендуемую, то ее значение выбирают по табл. 3.22.

Осевая нагрузка оказывает влияние на скорость алмазного бурения в более сложной зависимости. С увеличением осевой нагрузки меха­ническая скорость растет до определенного максимального ее значе­ния, потом наблюдается ее снижение. При больших осевых нагрузках алмазы сильно внедряются в породу и матрица плотно прижимается к забою. В этом случае зазор между матрицей и породой уменьшается, шлам плохо выносится из-под торца коронки, она слабо охлаждается, и механическая скорость бурения снижается. При малой осевой на­грузке (ниже критической) алмазы внедряются в породу недостаточно для ее объемного разрушения, матрица почти не изнашивается. Проис­ходит поверхностный износ алмазов и их заполирование. Разрушение породы весьма неэффективно, механическая скорость бурения низкая.

Наиболее эффективный способ устранения заполирования — элект­рохимическое обнажение алмазов. При бурении твердых малообра — зивных пород предварительное обнажение алмазов этим способом на заданную величину позволяет вести процесс бурения без заполирова­ния их с высокими технико-экономическими показателями. Поскольку при этом происходит и очистка режущей части алмазов, то диапазон буримых пород увеличивается на 1—2 категории по буримости. Осе­вую нагрузку Р определяют по формуле

Р=РЛ (3.13)

где Р0 — нагрузка на 1 см2 рабочей площади торца коронки, Н; 5— пло­щадь торца алмазосодержащей матрицы, см2.

Так, значения нагрузки Ра (кН) на 1 см2 рабочей площади торца коронки зависят от категории горных пород по буримости:

при У-У1 — 0,4-0,6; VII—VIII — 0,6-0,8; IX-0,8-0,9; Х-Х1- 1-1,2; XII-1,3-1,5 кН.

При определении осевой нагрузки необходимо учитывать ее сни­жение за счет сил трения колонны бурильных труб о стенки скважи­ны и напора промывочной жидкости в коронке. По данным забойных датчиков, фактическая осевая нагрузка почти в два раза ниже расчет­ной, регистрируемой поверхностными контрольными приборами. Буре­ние новой алмазной коронкой в течение первых 5—10 мин после по­становки на забой проводят с малой осевой нагрузкой (200—300 даН) и частотой вращения 150—200 мин ‘. После приработки коронки к за­бою параметры режима бурения постепенно доводят до рациональных значений.

При бурении восстающих скважин вследствие уменьшения шла­мовой прослойки между матрицей и забоем скважины осевую нагруз­ку целесообразно увеличивать на 20—30 %. При бурении трещинова­тых и перемежающихся по твердости пород — уменьшать на 20—50 %.

Расход промывочной жидкости имеет большое влияние на эффек­тивность алмазного бурения. Быстрота и полнота очистки забоя от шлама при алмазном бурении способствует повышению механиче­ской скорости бурения. Алмазы в коронке имеют небольшую величи­ну выпуска из матрицы, поэтому даже незначительное скопление шлама на забое снижает глубину их внедрения и приводит к сниже­нию скорости бурения. Однако нерациональное увеличение расхода промывочной жидкости при алмазном бурении ведет к зашлифованию матрицы коронки, вызывает быстрое возрастание потерь напора в сква­жине вследствие малых зазоров между керном и коронкой, а также коронкой и стенками скважины. Расход промывочной жидкости (л/мин) при бурении алмазными коронками определяют через удельный рас­ход на 1 мм их диаметра (табл. 3.23) по формуле

е=<7Д (3.14)

где ^ — удельный расход промывочной жидкости, л/мин/мм; Б — на­ружный диаметр алмазной коронки, мм.

Таблица 3.23. Значения удельного расхода промывочной жидкости Категория горных пород по буримости Характеристика абразивности горных пород Диаметр коронки, мм 46 59 76 93 УІ-УІІІ IX—XII УІ-УІІІ IX—XII Малоабразивная Абразивная 0,3-0,5 0,2-0,4 0,7-0,9 0,4-0,7 0,3-0,5 0,2-0,4 0,7-0,8 0,4-0,6 0,3-0,6 0,3-0,5 0,5-0,9 0,5-0,6 0,5-0,8 0,4-0,5 0,6-0,9 0,5-0,6

Верхние значения удельного расхода промывочной жидкости сле­дует принимать при форсировании технологии бурения, что ведет к увеличению разрушаемой на забое породы. Вследствие улучшения условий выноса шлама при бурении скважин, близких к горизонталь­ному направлению, рекомендуемые значения удельного расхода промы­вочной жидкости уменьшаются в 1,5 раза, а восстающих — в 2—2,5 раза.

Главным фактором, обеспечивающим необходимую степень охлаж­дения и очистки алмазного инструмента, является скорость движения очистного агента в его каналах. Требуемое ее значение зависит от со­отношения геометрических промывочных каналов и расхода. При этом увеличение скорости движения очистного агента в каналах алмазной коронки способствует возрастанию механической скорости бурения.

Повышение скорости движения промывочной жидкости может быть достигнуто двумя путями:

— увеличением расхода очистного агента при неизменном числе и размерах промывочных каналов (обычно 2—6 каналов радиального направления шириной 6 мм в серийных коронках диаметрами соот­ветственно 36—76 мм);

— увеличением числа и сокращением размеров промывочных ка­налов при неизменном или даже пониженном расходе очистного агента.

Последнее достигается при условии, что суммарная площадь по­перечных сечений промывочных каналов в коронке меньше исход­ной, как у серийных алмазных коронок.

Второй путь является более перспективным, так как подача меньше­го количества очистного агента в скважину обусловливает применение менее громоздких и металлоемких буровых насосов. Кроме того, при малых расходах очистного агента, движущегося в призабойной зоне, снижается степень эрозионного воздействия потока со шламом на ко­
ронку и на столбик керна, а большее число промывочных каналов обес­печивает более равномерное охлаждение матрицы коронки и алмазов.

Для оценки влияния изменения геометрии промывочных каналов коронки на расход очистного агента можно воспользоваться методи­кой, основанной на учете гидравлической мощности потока очистного агента, подводимой к работающему на забое алмазному инструменту.

Согласно этой методике, расход очистного агента определяется с помощью зависимости

где 0 —расход очистного агента, л/мин; рт — гидравлическая мощ­ность, создаваемая потоком очистного агента, кВт; Арк — падение дав­ления потока очистного агента в промывочных каналах коронки, обес­печивающее требуемую степень очистки и охлаждения алмазной ко­ронки, МПа; 33 — размерный пересчетный коэффициент.

Для расчетов по формуле (3.15) необходимо, чтобы Арк > 1 МПа. Если Дрк окажется меньше этой величины, то следует принимать Арк = 1 МПа.

Величину гидравлической мощности определяют выражением

(3.16)

где д, уД — Удельная гидравлическая мощность (по опытным данным, рт уд = 0,114—0,228, кВт/см2); 7^ —площадь торца коронки (в проекции на плоскость забоя), омываемая потоком очистного агента, см; т|0 — коэффициент, учитывающий степень обогащения очистного агента шламом и представляющий собой отношение плотности жидкости, обогащенной шламом, к исходной плотности.

Величина т|0 зависит от твердости, трещиноватости, абразивности буримых пород, и определяют ее опытным путем в каждом конкрет­ном случае, в общем случае т|0 = 1,01—1,10.

Для обеспечения необходимой степени очистки алмазного инстру­мента от шлама перепад давления в потоке составит:

(3.17)

Арк] = 5,32 • 10-571>2/ё.

где АрК1 — перепад давления, необходимый для очистки алмазной ко­ронки от шлама в процессе бурения, МПа; у —плотность очистного агента, обогащенного шламом, кг/м3; и — скорость движения очист­ного агента в каналах коронки, м/с; g — ускорение свободного паде­ния ^ = 9,81 м/с2).

Аналогично для обеспечения требуемой степени охлаждения буро­вой коронки получим

(3.18)

Ар, а = с/уи2Ьк/((1• 10-4)

где Ара — перепад давления, необходимый для создания необходи­мой скорости движения очистного агента, обеспечивающей требуемую степень охлаждения коронки, МПа; с — безразмерный коэффициент,
равный 0,7—0,9; /—коэффициент трения при движении очистного агента в каналах коронки (для средних условий /=0,3); Ьк — общая длина промывочных каналов, м; (1 — эквивалентный диаметр промы­вочных каналов, м.

Из полученных значений Дрк] и Лрк2 выбирают большее и исполь­зуют для расчетов по формуле (3.15). Использование приведенной ме­тодики для определения расходов очистного агента показало, что рас­четные значения расходов вписываются в рекомендуемые ВИТРом пределы, полученные на основании многолетних экспериментальных исследований в производственных условиях. Это свидетельствует о прак­тической применимости предлагаемой расчетной методики. Кроме того, анализ результатов расчетов показал возможность сужения, без ущер­ба для работоспособности алмазных коронок, рекомендуемых преде­лов для расходов очистного агента при алмазном бурении в сторону снижения верхнего предела.

Согласно приведенной методике можно оценивать влияние изме­нения геометрии промывочной системы алмазных коронок на ско­рость движения потока очистного агента в каналах и интенсивность охлаждения коронок. При этом интенсивность охлаждения коронок целесообразно оценивать по величине коэффициента теплоотдачи при конвективном теплообмене поверхности матрицы коронки с очист­ным агентом, для определения которого необходимо рассчитать ско­рость движения очистного агента (в данном случае — воды) в каналах коронок типа 01 АЗ, 02ИЗ и т. п. диаметрами 36—76 мм при стандар­тной и измененной геометрии промывочной системы (табл. 3.24). Вычисление скоростей движения очистного агента производят исходя из величин средних рекомендуемых ВИТР расходов жидкости для коронок каждого номинального диаметра:

0 = 0(*АА)Л (3.19)

где 0 — рекомендуемый расход очистного агента, м3/с; А: —число ка­налов; Ьк — ширина канала, м; йк — начальная глубина канала, м.

Для расчета зададим следующие теплофизические параметры очист­ного агента (воды): температура 10 °С; теплопроводность 0,577 Вт/(м • °С); температуропроводность 1,37—10“7 м2/с; кинематическая вязкость 1,3 • 10-6 м2/с; критерий Прандтля Рг = 9,5.

Как следует из табл. 3.24, изменение геометрии промывочной си­стемы алмазных коронок за счет увеличения числа и уменьшения ширины каналов способствует улучшению теплообмена: коэффициент теплоотдачи возрастает на 34—55 % при снижении требуемого расхода очистного агента в среднем в 2 раза по сравнению с рекомендациями ВИТР. При этом главным фактором, способствующим росту коэффи­циента теплоотдачи и снижению расхода очистного агента, явился рост скорости движения потока в промывочных каналах коронки (рис. 3.24).

Из табл. 3.24 видно, что для обеспечения необходимой степени охлаждения бурового инструмента требуется перепад давления очис­тного агента в промывочных каналах значительно больший, чем для

Рацио­ нальный интервал расходов, л/мин	гч 1 о	15-35	15-40	15-35
Расчетный расход, л/мин	т^- 1Л ОС «о ч© гч —	ГЧ </*Гчо »о СО ГЧ —*	Г— — СО ОО 00 о СО — —	О тг О ^40 ^ «О ГЧ —
Падение давления, МПа	<1	о т* «*■ ч*- «п гч О — СО	СО 40 чо СО со о *-« гч	ОО »Ті ОО со оч —^ ГЧ ио	0 тГ 40 ГЧ 40 04 —ГЧ
<	г — — © ГЧ »П чо ООО	—* О 1^ гч го со 0*0 0	гч о »о »Я ^ о о о"	Г" тг оо ГЧ со О О О
ь ей « К. Я «2 Я 3^ ■8;1> О §7 * £®	го со г-^ ГЧ О гч со со	гч —^ ^ о" ^ Г“»*’ гч гч гч	00 — 40 ГЧ 40 гч со со	со «О со гч «о о ГЧ ГЧ СО
Скорость потока в каналах, м/с	го 40 оС о	40 Г«*. ОО	СО тг 40 оо" о"	04 ОО. СО 40 Г-^Оч
Промывочные каналы	2 2 *чГ	оо^г^ т* со" ГЧ	«о ^ тГ со	00 О ^ ■^^со	СО отг т* ТГ со
2 2	^ 00 — гч гч	О »Л	со £2 »о	^ гч — 1Г) оо
размеры, мм	Г4» Г — Г’ XXX 40 со гч	6×7,5 4×7,5 3×7,5	6×8,5 4×8,5 3×8,5	04 0 04 XXX 40 Т}- со
число	* ГЧ СО чф	*	* г*- «О 40	* 40 00 04
Средний расход (его пределы) по ВИТР, л/мин	20 (10-30)	35 (15-50)	о —. 00 ° 1 ІП 1 о гч	О О §7 V) гч
н ■£> со <=> и — — II с», р;	0,77	1,09	1,62	гч
о Ь?	6,4	ад	13,5	17,6
Диаметр коронки, мм	36	46	59	76

коронках.

X З х * к а

Рис. 3.24. Зависимость расхода промывочной жидкости 0 и коэффициента тепло­отдачи а на поверхности алмазной коровки от изменения скорости движения потока в каналах коронки: а — для коронок диаметрами 36 (/) и 46 мм (2); б—для коронок диаметрами 59 (3) и 76 мм (4)

обеспечения очистки. При этом рост перепада давления обусловлен увеличением общей длины каналов и уменьшением их эквивалентно­го диаметра. Таким образом, увеличение числа промывочных каналов (их общей длины) при уменьшении размеров (эквивалентного диа­метра) усиливает теплообмен на поверхности алмазной коронки даже при снижении общего расхода очистного агента. Этот факт может определить новое направление в конструировании алмазного инстру­мента, а также в разработке технологии бурения.

Анализ существующих рекомендаций по расходам очистного аген­та при алмазном бурении показал, что все они рассчитаны на новые или в начальной стадии работы коронки без учета их износа по высоте. Однако при износе матрицы (при постоянном расходе очи­стного агента) сокращаются площади поперечных сечений промывоч­ных каналов, соответственно уменьшается эквивалентный диаметр и растет скорость движения очистного агента в каналах коронки с не­избежным ростом давления потока. В связи с этим представляется целесообразным регулировать расход очистного агента в сторону его уменьшения по мере износа матрицы.

Определено изменение расхода очистного агента по мере износа серийных алмазных коронок диаметрами 36—76 мм. Для этого задали различные значения глубины каналов (табл. 3.25) в соответствии со степенью износа коронок и рассчитали требуемый перепад давления и необходимый расход очистного агента. Для расчета приняли за исходную геометрию промывочных каналов новых серийных коронок.

При расчете перепада давления очистного агента в промывочных каналах алмазной коронки ограничились лишь определением перепа­да, необходимого для охлаждения коронок как наибольшего из рас­считанных значений (см. табл. 3.25).

При расчетах установлено, что по мере износа матрицы коронки по высоте, в случае поддержания расхода очистного агента на одном начальном уровне, растет скорость движения потока очистного агента

от степени износа матрицы

Диаметр коронок, мм	Средний расход промывоч­ного агента, л/мин	Глубина промывочных каналов, мм	Эквива­ лентный диаметр, см	Скорость очистного агента, м/с	Падение давления, МПа	Расход по прилагаемой методике, л/мин
расчетное значение	пределы изменения
36	4	3*	4,8	6,9	0,40	25,4	10-25
	20	2	4	9,3	0,87	25,4
	(10-30)		3	13,9	2,61	9,7
46	35	4*	4,8	6,1	0,63	35,9	10-35
	(15-50)	3	4	8,1	1,34	26,8
		2	3	12,2	4,06	8,9
59	50	4*	4,8	8,7	1,38	38,7	10-40
	(20-80)	3	4	11,6	2,94	18,2
		2	3	17,4	8,81	6,1
76	60	4*	4,8	6,8	1,29	54,0	10-55
	(25-100)	3	4	9,3	2,81	24,8
		2	3	13,9	8,28	8,3

* Новая коронка.

в каналах коронки и уменьшается величина эквивалентного диаметра. При этом увеличивается перепад давления в промывочных каналах коронки (рис. 3.25). Для поддержания его на каком-то определенном уровне при износе матрицы по высоте необходимо снижать расход очистного агента до расчетных значений, приведенных в табл. 3.25. Такие значения расхода способствуют поддержанию на забое скважи­ны шламовой прослойки, препятствующей росту адгезионной состав­ляющей коэффициента трения, и обеспечивают необходимую степень проницаемости зоны предразрушения забоя скважины для очистного агента. Последнее обстоятельство способствует улучшению охлажде-

V, м/с Дрк, МПа (2, л/мин V, м/с Арю МПа 2, л/мин

Рис. 3.25. Изменение требуемого расхода жидкости (?, перепада давления Арк и скорости движения потока V в зависимости от изменения глубины промывочных каналов при износе матрицы по высоте: а —для коронок диаметрами 36 (/) и 46 мм (2); б—для коронок диаметрами 59 (3) и 76 мм (4)

ния буровых алмазов, снижению сдвигового сопротивления буримой породы на уровне внедрения в нее режущих граней алмазов, а также повышению эффективности алмазного бурения, как это отмечено в ходе специальных экспериментальных исследований.

Расчетные значения расхода промывочной жидкости, найденные по формуле (3.14), сравниваются с рекомендуемыми, приведенными в табл. 3.24, в случае наличия сведений об элементах промывочной системы алмазных коронок, и они должны соответствовать рекомен­дуемому рациональному интервалу.

Если проводятся технологические исследования и имеются данные по изменению размеров промывочных каналов, то целесообразно вносить корректировку обоснованных значений расхода жидкости по формуле 3.14 и табл. 3.24 в соответствии с рекомендуемыми значениями (табл. 3.25).

Нормализация температурного режима алмазной коронки. Получен­ные аналитические зависимости позволяют рассчитывать температуры нагрева режущих граней буровых алмазов и любого сечения матрицы по ее высоте при различных сочетаниях технологических (параметры режима бурения и снабжения очистным агентом), конструктивных (размеры и морфология алмазов, насыщенность ими коронок, гео­метрия циркуляционной системы, размеры матрицы и корпуса) и теп­лофизических (тепло — и температуропроводность алмазов, материала матрицы и корпуса, теплоемкость и теплопроводность очистных аген­тов) факторов при различных значениях физико-механических и теп­лофизических характеристик буримых пород.

Температуру очистного агента в призабойной части алмазной ко­ронки, при которой обеспечивается эффективное ее охлаждение, опре­деляют по формуле

/р = ^751 + /‘^7 + ‘о, (3.20)

0 Аю2 2&с + Г2ёс

где С — массовый расход очистного агента, кг/с; с — удельная теплоем­кость очистного агента, Дж/кг• °С; г— коэффициент восстановления тем­пературы, г =0,89; А — тепловой эквивалент работы, А = 0,427 Дж/н • м;

V — скорость движения очистного агента в каналах коронки, м/с; g — ускорение свободного падения, § = 9,81 м/с2; /„ — температура очист­ного агента в ядре потока, °С.

Влияние технологических параметров режима бурения учитывают величиной количества тепла (?, поступившего в коронку за единицу времени. Эта величина пропорциональна забойной мощности:

<2 = киЫ-10 (3.21)

Она, в свою очередь, связана с техническими параметрами зави­симостью

Ы= 2 • 10 — 5РлвДр, (3.22)

где Р— осевая нагрузка на коронку, Н; пв — частота вращения бурового снаряда, мин-1; Д. —диаметр средней окружности матрицы коронки, м.

Геометрические размеры коронки влияют на ее тепловой режим через площади поперечных сечений матрицы fu и корпуса /к, высоту матрицы А, их периметры П, и Пв а также заданный выпуск объем­ных алмазов из матрицы йа. Увеличение этих параметров существенно усиливает теплообмен на поверхностях алмазной буровой коронки.

Насыщенность коронки объемными алмазами и ее роль в тепло­вом режиме алмазного инструмента определяют через суммарную площадь контактов алмазов с забоем f отношение f/fM, а также зна­чение сокращающего множителя т, куда входят величины /л и Па. Очевидно, что с ростом этих величин, особенно отношения ///„, определяемого концентрацией объемных алмазов в коронке, темпера­тура нагрева режущих граней алмазов снижается и тем заметнее, чем выше концентрация (насыщенность) объемных алмазов.

Для расчета количества тепла, полученного коронкой при буре­нии, используют формулу

Q=(t,-tv)K0, (3.23)

где К0 — показатель интенсивности теплообмена алмазной коронки с окружающей средой, Вт/°С; /а — температура режущих граней алма­зов, °С; tp — температура очистного агента, °С.

Ко, Вт/Х

Рис. 3.26. Зависимость величины показателя интенсивности тепло­обмена К0 от расхода очистного агента: / — для воды (расход в л/мин); 2 — для сжатого воздуха, м3/мин

Показатель интенсивности теплообмена К0 при постоянной насы­щенности коронки объемными алмазами, когда = const, есть функ­ция коэффициента теплоотдачи а в призабойной зоне. Величина а определяется теплофизическими характеристиками очистного агента, поэтому для различных очистных агентов значение К0 может изме­няться в довольно широких пределах: например, в случае исполь­зования воды как очистного агента К0 в 5—15 раз выше, чем при продувке сжа­тым воздухом (рис. 3.26)

4 Q, м3/мин

Из выражения 3.23 следует, что при ta-tp = const количественное значение теплового потока Q (а значит, и забой­ной мощности) пропорционально вели­чине показателя интенсивности теплооб­мена К0. Это позволяет количественно оценить предельно допустимые уровни забойной мощности для различных ти­пов алмазных коронок, отличающихся как насыщенностью объемными алмазами и их зернистостью, так и своими геометриче­скими характеристиками при определен­ных расходах очистных агентов различной природы. Исходные данные к расчетам по формуле 3.20 приведены в табл. 3.26.

Изменяя величину К0, т. е. меняя кон­структивные параметры коронок и вели­чину а путем изменения расхода очист-

Расход очистного агента	—, °С 2 Сс	Ао оГ гЇ—’ с 2 %с	гР, °С	°С
Сжатый воздух 30 °С, м3/мин	1,5	15	5	50	550
	3,5	10	5	45	5555
	5,5	5	5	40	560
Вода 10 °С, л/мин	10	1	—	11	589
	30	0,5	—	10,5	289,5
	50	—	—	10	590

ного агента и его физико-химической природы, можно регулиро­вать величину предельно допустимой забойной мощности, заранее определять ее для того или иного типа алмазного инструмента и режима подачи очистного агента. При определении необходимого значения забойной мощности можно задаваться и технологическими параметрами режима бурения в пределах допустимой забойной мощ­ности.

Таким образом, регулируя величину показателя интенсивности теплообмена К0, можно не только предупреждать проявление отрица­тельного действия температурного фактора, т. е. нормализовать тем­пературный режим инструмента, но и управлять им при бурении в различных условиях, в том числе и в условиях возникновения ано­мально высоких контактных температур: при бурении с продувкой сжатым воздухом, использовании пен в качестве очистных агентов, разрушении особо твердых горных пород, в частности, железосодер­жащих, высокооборотном бурении и т. д.

Наиболее заметное влияние на изменение величины К0 оказывают насыщенность коронки объемными алмазами и их зернистость, одно­значно определяемые суммарной площадью контактов алмазов с за­боем /. Меньшее, но тоже существенное влияние оказывают геометри­ческие характеристики матрицы (/„, Пм и И), а также выпуск алмазов из матрицы йа; практически не оказывают своего влияния геометри­ческие характеристики корпуса.

О влиянии вида и расхода очистного агента на степень нагрева алмазов свидетельствует расчет величин, входящих в выражение для гр по формуле (3.20) вместе со значениями разности 4 — /р (при этом начальное значение? а = 600 °С). Температура сжатого воздуха, цирку­лирующего в призабойной зоне, повышается как за счет теплообменных процессов, так и за счет трения при скоростном обтекании поверхно­стей коронки. В тех же условиях вода очень незначительно изменяет свою начальную температуру. Для расчета величину О определяли по формуле (3.21), где значение забойной мощности N рассчитывалось в соответствии с формулой (3.22) по известным технологическим па­раметрам. Значение теплоемкости с для воды и воздуха определяли по таблицам теплофизических свойств очистных агентов: для сжатого воздуха с = 1,0 • 103 Дж/(кг • °С); для воды — 4,2 • 103 Дж/(кг • °С).

Рис. 3.27. Зависимость температуры нагрева режущих граней алмазов от величины забойной мощности для различных очистных агентов: /, 2, 3 — для сжатого воздуха с расходом соответственно 1,5; 3,0; 4,5 м3/мин; 4, 5, 6—для воды с расходом соответственно 10, 30, 50 л/мин (коронка диаметром 50 мм). Штрихлунктирная линия — предельно допусти­мая температура нагрева

Расчеты температур режущих граней алмазов при бурении также подтверждают влияние природы очистного агента на температурный режим коронки и величину предельной забойной мощности (рис. 3.27), откуда следует, что предельные значения забойной мощности для коронки 01А4-59 (зернистость алмазов 30—40 шт./кар) при бурении с продувкой воздухом не превышают 1,5 кВт, тогда как при бурении с промывкой водой колеблются от 2 до 6 кВт в зависимости от расхода очистного агента. Это обстоятельство должно обязательно учитываться при проектировании технологических параметров режи­ма алмазного бурения.

Уменьшение сечения матрицы /м, например за счет уменьшения толщины матрицы и увеличения числа и размеров промывочных каналов, способствует росту К0. Величина суммарного контактного количества алмазов с забоем может изменяться от 0 до максимума, определяемого возможностями порошковой металлургии, но всегда

/а </м-

Физическая сущность показателя К0 определяет интенсивность теплоотвода от работающих алмазов: посредством теплопроводности в матрицу и далее конвекцией к очистному агенту. При этом зашли­фованные и не внедрившиеся в забой алмазы становятся как бы на­полнителем для матрицы.

С ростом /а показатель интенсивности теплообмена К0 растет, т. е. увеличение массового содержания алмазов в коронке с одновре­менным уменьшением их крупности способствует увеличению К0, и вместе с ним — увеличение предельно допустимого значения забой­ной мощности.

Другой путь нормализации температурного режима работы ал­мазной коронки является снижение величины температуры очистного агента tp, т. е. охлаждение очистного агента способствует снижению температуры нагрева режущих граней алмазов.

Анализ зависимости для определения показателя интенсивности теплообмена позволил сделать вывод о том, что при алмазном буре­нии необходимо соблюдать рациональную технологию, т. е. поддер­живать режимные параметры и подачу очистного агента на таком

уровне, при котором забойная мощность не превышает предельно допустимых значений, пропорциональных величине показателя ин­тенсивности теплообмена К0 алмазного инструмента с окружающей средой.

Конструктивные изменения в коронках, предназначаемых для ис­пользования в условиях возникновения высоких контактных темпера­тур на уровне предельно допустимых для буровых алмазов, должны направляться на увеличение теплоотдающей поверхности, увеличение соотношения между площадями контактов алмазов с забоем и попе­речного сечения матрицы, создание условий для усиления конвектив­ного теплообмена коронки с очистным агентом на основе повышения значения коэффициента теплоотдачи и совершенствования геометрии промывочных каналов и режущей части коронки в целом. Все эти задачи могут решаться, как и технологические, на базе использования показателя интенсивности теплообмена, выражающего действие тех­нологических, конструктивных и теплофизических факторов в про­цессе алмазного бурения разведочных скважин.

Особенности эксплуатации алмазного породоразрушающего ин­струмента заключается в том, что алмаз довольно хрупкий мине­рал, восприимчив даже к слабым ударам, поэтому все операции с алмазным инструментом следует проводить осторожно и аккурат­но. Коронки должны храниться в деревянных или пластмассовых ящиках. Соединение алмазной коронки с колонковой трубой необ­ходимо производить специальными ключами, но не шарнирными. Буровой снаряд с алмазной коронкой можно опускать в скважину, когда в ней нет сорванного керна. Спуск снаряда следует произ­водить осторожно, особенно в местах изменения диаметра скважин и на подходе к забою. Постановка на забой ведется без усилия с вращением на минимальных оборотах и с промывкой. Допуска­ется спуск снаряда, если на забое остался несорванный керн вы­сотою не более 4—5 см. В противном случае оставленный в сква­жине керн разрушается шарошечным долотом. После каждого подъе­ма замеряют диаметр коронки и расширителя, высоту матрицы. Замеры производят штангенциркулем. При бурении с расширите­лями последние следует подбирать так, чтобы их диаметр всегда был на 0,2—0,3 мм больше диаметра коронки. Разница в наруж­ных диаметрах предыдущего и последующего расширителей не долж­на превышать 0,1—0,2 мм.

При бурении без расширителей алмазные коронки подбираются по наружному и внутреннему диаметрам и определяют последователь­ность их спуска. Первыми вводят в работу коронки с наибольшим наружным и наименьшим внутренним диаметрами. Коронку заменя­ют после износа по диаметрам не более чем на 0,05—0,1 мм. Перед спуском в скважину очередной коронки следует убедиться, что через нее свободно проходит керн предыдущего рейса.

Запрещается спуск новой коронки в зауженную скважину. При сработке ствола скважины на конус более чем на 0,1—0,15 мм его следует расширить специальным снарядом, состоящим из импрегни — рованной коронки и расширителя. При разбуривании значительного интервала скважины рекомендуется применять снаряд, который вклю­чает импрегнированную коронку и два расширителя, установленных в нижней части колонковой трубы. При компоновке снаряда необхо­димо соблюдать последовательное увеличение на 0,1 и 0,2 мм соот­ветственно наружных диаметров нижнего и верхнего расширителей относительно наружного диаметра коронки. Скорость расширения ство­ла скважины не должна превышать 5—20 см/мин в зависимости от твердости горных пород.

При бурении скважины не рекомендуется приподнимать коронку от забоя, так как это может привести к срабатыванию кернорватель — ного устройства, а также к разрушению матрицы и алмазов из-за попадания осколков керна на забой. Однослойные коронки отрабаты­вают в нескольких рейсах. При обнажении объемных алмазов более 25—30 % от их размера коронку снимают с эксплуатации, чтобы из­бежать их скалывания. Максимально допустимый износ алмазов Дйтах приведен ниже:

Зернистость алмазов, шт./кар 12—8 20—12 30—20 50—30 60—40 90—60

ДАщцх, мм 1,4 1,1 1,0 0,85 0,80 0,75

Износ матрицы коронки и алмазов определяют измерительным устройством с индикатором часового типа ИЧ с ценой деления 1 мм. Однослойные коронки после отработки направляют в рекуперацию, где извлекают оставшиеся алмазы из коронки. Импрегнированные коронки отрабатывают до полного износа матрицы. Нормальный процесс отработки алмазных коронок в рейсе нарушается рядом тех­нологических ситуаций.

Около 40 % всех алмазных коронок снимают с рейса из-за обра­зования фасок в матрице. Причины их образования могут заклю­чаться в некачественном изготовлении коронок, низком качестве алмазов, бурении в трещиноватых породах и при сильной вибрации и т. д.

Самоподклинка керна возникает обычно в трещиноватых породах и является причиной избирательного истирания керна и снижения скорости бурения. Для снижения эффекта самоподклинки использу­ют гидроударники и двойные колонковые снаряды с разрезной внут­ренней гильзой, внутренняя часть которой хромируется.

Прижог алмазов связан с нарушением технологии бурения, в первую очередь, с недостаточной промывкой и высокой осевой нагрузкой.

Заполирование алмазов и зашлифование матрицы обычно воз­никает при недостаточной осевой нагрузке, интенсивной промывке и высокой частоте вращения. В практике используется так назы­ваемая «заточка в сухую» коронки на забое, когда на 10—15 с от­ключается подача очистного агента. Этот способ приводит к быс­трому износу коронки, поэтому рекомендуется электрохимическая заточка.

Комментарии запрещены.