Алмазный породоразрушающий инструмент

             Долота ИСМ в два-три раза  дешевле алмазных, менее чувствительны  к динамическим нагрузкам и  д в горных породах; они не  требуют специальной подготовки  ствола и забоя скважины перед  спуском. Эти преимущества позволяют  долотам ИСМ успешно конкурировать  с алмазными и другими долотами  при бурении на небольших глубинах (более 2500 м). На малых глубинах  из-за низкой механической скорости  бурения долота ИСМ применять  нецелесообразно.

              Долота ИСМ изнашиваются, как  правило, неравномерно с образованием  кольцевой выработки на рабочей  поверхности или ступени опережающего износа на периферии долота. Признаком отказа долота является падение механической скорости бурения. Механизм такого изнашивания до конца неясен. Это может быть следствием неравномерной интенсивности нагрузки на вооружение, а также недостаточного охлаждения соответствующего вооружения.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

7.    ДОЛОТА, ОСНАЩЕННЫЕ АЛМАЗНО – ТВЕРДОСПЛАВНЫМИ ПЛАСТИНКАМИ (АТП) И РЕЗЦАМИ (АТР)

    Эти долота по характеру разрушения горной породы относятся к режуще-скалывающим  инструментам.  
       Основу вооружения составляют алмазно-твердосплавные пластинки круглой формы (АТП) или резцы треугольной формы (АТР). АТП (рис.2а) выполняют диаметром от 1/2" до 2” (от 12,7 до 50,4 мм). Пластинка имеет твердосплавную основу 1, покрытую слоем поликристаллического алмаза 2. Толщина алмазного слоя 0,5—0,7 мм. Прочность твердого сплава на изгиб на 70 % выше прочности на изгиб поликристаллического алмаза. Поэтому в пластинке с послойным расположением названных материалов оптимально сочетаются твердость, износостойкость и прочность на изгиб.  
        Пластинка крепится к твердосплавной опоре методом диффузионной сварки, в результате чего получается элемент вооружения в виде зубка (рис. 2г) или резца (рис. 2 д), которые непосредственно крепятся в лопастях или секторах породоразрушающих инструментов.

      Резцы треугольной формы используются  как индивидуально, так и в  виде комплексов, образующих мозаичные резцы (рис. 2 в). Мозаичная  
технология позволяет получить резцы любого размера в соответствии с требованиями оптимальных геометрических параметров вооружения породоразрушающих инструментов.

    Крепление резцов в породоразрушающих инструментах осуществляется по схеме, приведенной на рис. 2д.

    Рис. 2 Алмазно-твердосплавные пластинка (а), резцы (б) и (в) и схемы (г, д) их крепления и взаимодействия с горной породой:  
1 - твердосплавная основа; 2 - слой поликристаллического алмаза; 3 - опора; 4 - лопасть или сектор долота

    Для предупреждения разрушения алмазно-твердосплавных пластинок и резцов необходимо исключить в алмазном слое растягивающие напряжения. Поэтому элементы вооружения имеют тупой угол резания (90° + α). Например, для АТП угол выполняется не менее 20° (рис. 2г).  
        Общий вид вооружения одной из конструкций долота, оснащенного АТП, приведен на рис. 3а. Корпус долота состоит из головки 1 и переводника (переводник показан на  
рис. 3 б, позиция 6). Лопасти 3 оснащены зубками с пластинкам АТП 4, которые размещаются по радиусу долота так, чтобы перекрыть полностью забой, и только на периферии долота зубки на разных лопастях установлены на одном расстоянии от оси долота, чем обеспечивается кратное перекрытие периферийной части забоя. Между лопастями долота и вблизи оси выполнены промывочные отверстия 5. Калибрующие части лопасти оснащены зубками 2 (вставками) из материала «Славутич».

    Рис. 3. Долота режуще-скалывающего действия, оснащенные зубками:  
а - с АТП; б - из сверхтвердого материала «Славутич» 

    При бурении породоразрушающие инструменты, оснащенные АТП или АТР, разрушают горную породу резанием-скалыванием по схеме, приведенной на рис. 2 г, д. При этом для создания режущего действия требуется осевая нагрузка на долото на порядок меньшая, чем на долота других конструкций при тех же или больших скоростях бурения. Высокая устойчивая механическая скорость бурения обусловлена острой режущей кромкой пластинок и резцов, низкой скоростью их изнашивания и эффектом самозатачивания резцов в процессе бурения. Самозатачивание резцов происходит в результате некоторого опережающего изнашивания твердосплавной основы по сравнению с изнашиванием алмазного слоя. Высокая износостойкость вооружения обеспечивает большие проходки на долото при условии применения его по назначению. Не допускается применение долот, оснащенных АТП и АТР, в абразивных горных породах, а также в горных породах с твердыми включениями и пропластками.  
Шифр долот, оснащенных АТП и АТР, начинается с буквы Д как и других алмазных инструментов. Далее ставятся две буквы А и П, диаметр долота в мм и тип вооружения. Полный шифр долота следующий, например, ДАП188,9М4, ДАП214,3МС3 и т.д. Последняя цифра означает номер модели долота.  
Сравнивая диаметры лопастных долот и долот, оснащенных АТП и АТР, нетрудно видеть их различие. Алмазные инструменты изготавливают всегда несколько меньшего диаметра, чем обычные. Это связано с тем, что алмазными инструментами нельзя прорабатывать скважину при спуске инструмента, так как нагрузки на калибрующие поверхности нельзя регламентировать. Отсюда возникает реальная опасность раздавливания калибрующего вооружения. В то же время высокая износостойкость долот обеспечивает практически постоянный их диаметр и беспрепятственный спуск после них любых инструментов.  
Дорогие исходные материалы и сложная технология изготовления как элементов вооружения, так и самих породоразрушающих инструментов обусловливают их высокую стоимость, соизмеримую со стоимостью инструментов, оснащенных природными алмазами. Низкие осевые нагрузки, обеспечивающие эффективную работу инструментов, оснащенных АТП и АТР, позволяют решать другие технологические задачи бурения, например, задачу профилактики самопроизвольного искривления скважин. Эти особенности наряду с высокими механической скоростью и проходкой резко повышают конкурентоспособность породоразрушающих инструментов оснащенных АТП и АТР, по сравнению с другими конструкциями инструментов. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    СПИСОК  ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ: 
 

1. Технология  бурения  нефтяных  и газовых  скважин  «НЕДРА»  2003 / А.Н. Попов,  А.И. Спивак, Т.О. Акбулатов.
2. композиционных алмазосодержащих материалов Износостойкость для бурового инструмента. Киев: Наукова думка, 1983. - 191 с. / Цыпин Н.В.
3. Бурение геологоразведочных скважин. Справочное пособие. М.: Недра, 1991. - 334 с.  / Сулакшин С.С.
4. Способ контроля качества твёрдосплавного и алмазного породоразрушающего инструмента /  Мамонтов А.П., Рябчиков С.Я., Чахлов Б .В., Чернов И.П. //БИ. 2000. - № 8.
5. Новые направления в создании алмазного породоразрушающего инструмента. Тула: ТулГУ, 2000. - 150 с. /  Спирин В.И., Левин Д.Н.