Долота, оснащенные натуральными
И синтетическими алмазами
Алмазные долотаоснащаются наиболее дешевыми натуральными алмазами подгруппы борт и синтетическими (искусственными) алмазами. Для повышения сопротивления разрушению алмазы предварительно обрабатывают. Вначале их подвергают избирательному дроблению, при котором алмазные агрегаты раскалываются по дефектным местам. Затем проводится овализация для придания алмазам округлой формы. Для снятия внутренних напряжений алмазы нагревают до 920…940 °С в нейтральной среде и затем медленно охлаждают.
Алмазное долото (рис. 3.4, а) состоит из полого стального корпуса, включающего головку 1 и переводник 2 с присоединительной резьбой, матрицы 3, на секторах которой размещены алмазы 4. В матрице долота выполнены промывочные отверстия 5, переходящие в промывочные каналы 6.
|
Алмазы на секторах крепят разными способами. Наиболее распространен способ порошковой металлургии. Алмазные зерна раскладывают в пресс-форме по заданной схеме и фиксируют клеем. В пресс-форму засыпают порошкообразную шихту (смесь карбида вольфрама и кобальта) и спрессовывают, причем в качестве пуансона используют головку породоразрушающего инструмента. Далее инструмент спекают при температуре около 1300 °С в защитной среде (например, в водородной печи). Зерна алмазов должны выступать над матрицей на 1/5 …1/4 от их диаметра. Для оголения алмазов, если это не было предусмотрено в пресс-форме, используется пескоструйная обработка рабочих поверхностей инструмента.
Инструменты с алмазами, размещенными только в поверхностном слое матрицы, называются однослойными (рис. 3.4, б).При этом используют алмазы диаметром 2…3 мм (от 3 до 12 зерен на карат).
При оснащении породоразрушающих инструментов мелкими алмазами (до 1000 зерен на карат) их размещают в поверхностном слое матрицы толщиной 5…6 мм (алмазы входят в состав шихты, образующей этот слой). Такие инструменты называют импрегнированными (рис. 3.4, в).
Алмазы разрушают горные породы микрорезанием, передеформированием с последующим усталостным отделением частиц породы или ее истиранием, что обусловливает весьма низкую механическую скорость проходки (0,5…1,5 м/ч). Низкая механическая скорость и высокая стоимость долот ограничивают область их применения. Долота конкурентоспособны только на глубинах, превышающих 2500 м, когда большая проходка на долото компенсирует потери времени из-за низкой механической скорости бурения за счет уменьшения числа спуско-подъемных операций для смены долота.
В табл. 3.2 приведены шифры конструкций и типы долот, а также характеристики горных пород, для разбуривания которых эти долота предназначены.
Таблица 3.2
Алмазные долота и характеристики соответствующих им горных пород
| Шифр долота | Тип долота | Твердость породы рш, МПа, не более | Абразивность горных пород |
| ДЛС | С | Малая (низкая) | |
| ДКС | С | Малая | |
| ДКСИ | С | Малая и средняя | |
| ДРС | СТ | Малая и средняя | |
| ДК | С | Малая и средняя | |
| ДИ | С | Малая и средняя | |
| ДР | Т | Малая и средняя | |
| ДИ | Т | Средняя и высокая |
Шифр алмазных долот. Общей в шифре всех конструкций алмазных долот является первая буква Д. Вторая буква отражает особенности конструкции: Л - долота с узкими секторами (лопастями); К - долото со ступенчатым профилем секторов (рис. 3.4, а); Р - долота с гладкими секторами или с мелкими торовидными выступами; И - импрегнированное долото. Отсутствие этой буквы предполагает однослойное вооружение долота. Третья буква С показывает, что долото оснащено синтетическими алмазами. Далее цифрами показан диаметр долота, а буквами тип вооружения. Примеры полного шифра долота: ДЛС 188,9С2; ДК 214,3С6; ДИ 214,3Т5 и т.д. Последние цифры в шифрах отражают модификацию долота.
Большую роль при бурении играет эффективное охлаждение рабочих поверхностей алмазных породоразрушающих инструментов. Но интенсивная промывка может вызвать эрозионное изнашивание матрицы. Поэтому режим работы алмазных инструментов строго регламентирован инструкциями по их эксплуатации. Опасность перегрузок и раздавливания алмазов периферии долота не допускает его использования для проработки скважины (расширения ствола до номинального диаметра). В то же время некруглое сечение скважины или потеря ее диаметра, обусловленные применением предшествующего неалмазного долота, затрудняет спуск алмазного долота в скважину. Поэтому диаметр алмазных инструментов меньше диаметра обычных инструментов, например, если обычное долото имеет диаметр 190,5 мм, то алмазное долото – 188,9 мм.
Высокая хрупкость алмазов не допускает наличия на забое скважины твердых предметов, например, тел качения опор шарошечных долот или твердосплавных зубков и т.п. Перед спуском алмазного долота скважину необходимо очистить от металла на забое и прошаблонировать твердосплавным долотом, по форме подобным алмазному, с металлошламоуловителем.
Выход из строя (отказ) алмазных породоразрушающих инструментов может произойти в результате абразивного и эрозионного изнашивания матриц и потери алмазов, растрескивания и выпадения алмазов под действием динамических нагрузок, истирания и пригорания алмазов, забивания системы промывки долота и образования на нем сальника. Признаки отказа долота - снижение механической скорости бурения или увеличение давления промывочной жидкости на насосе.