Алмазні бурові інструменти
Велика роль алмазів у виробництві бурової техніки [7]. Як відомо, буріння гірських порід - процес досить складний і трудомісткий, ефективність якого багато в чому залежить від продуктивності бурового інструменту. Застосування алмазів для армування бурових коронок дозволило підвищити продуктивність бурових установок в 1,5-2 рази в порівнянні з неалмазним бурінням.
В даний час близько 12% всіх технічних алмазів витрачають на виготовлення бурових коронок, які застосовують для буріння розвідувальних та експлуатаційних свердловин в різних по твердості гірських породах. Алмазне буріння має ряд переваг, які полягають в дуже високій продуктивності (швидкість буріння в твердих породах в 2-3 рази вище, ніж при звичайному способі буріння), в незначній зношуваності обладнання, в строго циліндричної формі свердловин, т. Е. В забезпеченні постійного діаметра свердловини, в нижчій вартості буріння. Переваги алмазного буріння особливо високі при бурінні свердловин малого діаметра (до 95 мм). Вартість буріння при цьому на одиницю проходки свердловини в 4 рази нижче вартості шарошечного буріння.
Для виготовлення бурових коронок застосовують дрібні алмази масою 0,01-0,2 кар, непридатні для огранювання в діаманти. Коронки з дрібних алмазів мають велике число ріжучих граней, тому чим твердіше порода, тим краще застосування коронок з дрібними алмазами. Так, для буріння м'яких порід застосовують алмазні бурові коронки, в яких на 1 кар доводиться 5-15 зерен алмазу, порід середньої міцності - 24-40, міцних порід - 40-200 і для вельми міцних порід - до 400 алмазних зерен на 1 кар .
В коронках з дрібними алмазними зернами останні розташовані більш часто і рівномірно. Такі коронки при бурінні знімають більш тонкий шар породи, і буріння можливо при більшій частоті обертання бура, т. Е. З більшою швидкістю. При бурінні м'яких порід можна знімати більш товстий шар і тому доцільно ставити коронки з більшими алмазами, глибше проникають в породу.
При виготовленні коронок важливо орієнтувати кристали так, щоб різання породи відбувалося в напрямку найбільшої твердості кристала.
Слід зазначити, що при тривалій експлуатації бурових коронок кристали алмазів можуть випадати з гнізд коронки і губитися. Для вилучення таких кристалів зі свердловини використовують гідрофобні властивості алмазів і їх здатність добре прилипати до жирових поверхонь. Для цього в свердловину опускають заглушку, дно якої обмазують жиром.
Характеристика алмазів, що застосовуються для виготовлення бурових коронок в США, приведена в табл. 14.
Таблиця 14. Класифікація алмазів в США для виготовлення алмазних бурових коронок
Мал. 12. Алмазні коронки, армовані природними або синтетичними алмазами: а - зубчасті для буріння порід середньої твердості (зліва-загальний вигляд, праворуч-схема Торда і профіль зуба); б - для буріння твердих тріщинуватих порід; в - для буріння дуже твердих тріщинуватих порід; г - для буріння в особливо складних геологічних умовах
Залежно від фортеці і ступеня абразивності гірських порід для їх буріння застосовуються бурові коронки, армовані алмазами різної розмірності (табл. 15)
Таблиця 15. Характеристика крупності алмазів, що застосовуються в бурових коронках, в залежності від властивостей гірських порід
Буріння нафтових свердловин виробляють так званими алмазними долотами з конусоподібним або гвинтоподібним торцем. На армування йдуть алмази розміром, при якій на 1 кар доводиться від 20 до 400 алмазних зерен. На одне долото в залежності від його типу витрачається іноді від 8,3 до 26,2 кар алмазів. Для армування доліт в основному застосовують натуральні алмази, проте ведуться пошуки в напрямку використання синтетичних великих алмазів (1,4-2,1 мм) зі зниженою крихкістю.