Матриця алмазної коронки
Матриця алмазної коронки для колонкового буріння свердловин являє собою кільце з металокерамічного сплаву, в якому розміщуються алмази. В процесі виготовлення матриця коронки припаюється до сталевого корпусу. Зовнішній вигляд матриці коронок визначається, в основному, конструкцією промивної системи, формою торця і розташуванням алмазів. Форма торця визначається призначенням інструменту в умовах його експлуатації.
У табл. 2.9 наведені характеристика, призначення та область застосування, форма і профіль торця основних конструктивних форм коронок, які застосовуються в геологорозвідувальному бурінні.
Таблиця 2.9. Класифікація конструктивних форм торця матриці алмазних коронок
Коротка характеристика, призначення та область застосування
Невелика маса алмазів; для порід середньої твердості і твердих, малої абразивності. Матриці з плоским торцем виготовляються зазвичай тільки для імпрегновану коронок. Це пояснюється тим, що підвищений знос периферичних крайок матриці в таких коронках не виводить їх з ладу передчасно. Навпаки, деяке збільшення висоти матриці, що досягається при плоскому її торці, сприяє збереженню робочого діаметра коронки в процесі буріння. Плоский торець мають, наприклад, насичені коронки типу 03І5, І4ДП, БІТ і ін.
Закруглена ріже частина обумовлює краще використання коронки по зовнішньому і внутрішньому діаметрам; велика маса алмазів, ніж у матриць з плоским торцем. Ця форма застосовується в алмазних коронках для буріння колонкової трубою. Радіус заокруглення торця матриці завжди більше половини товщини стінки матриці. Такий профіль торця мають коронки 01 A3, 02ІЗГ, 20І2Г, 21МЗГ, 14АЗ і ін.
Торець матриці характеризується тим, що радіус його заокруглення дорівнює половині товщини матриці. Повністю закруглена ріже частина дозволяє краще використовувати зовнішні поверхні, т. Е. Такий профіль дозволяє розмістити на робочому торці матриці більше число алмазів і зміцнити периферичні частини матриці, які схильні до посиленого зносу, особливо при бурінні тріщинуватих, вельми твердих і часто перемежовуються абразивних гірських порід. Радіус заокруглення, практично дорівнює половині товщини стінки матриці, мають коронки 04АЗ і ін.
Прямий напівкупол (зовнішній конус)
Несиметрична форма ріжучої кромки. Такі профілі торця матриць зазвичай використовуються для товстостінних коронок, які застосовуються з подвійними колонковими трубами. Форма прямого напівкуполи дозволяє збільшити вихід керна при бурінні м'яких легко руйнуються гірських порід і зменшити викривлення свердловини. Швидкість буріння трохи вище, ніж при використанні матриці з усіченої півсферою торця.
Коронка добре зберігає напрямок свердловини при вертикальному бурінні; швидкість буріння трохи вище, ніж при використанні матриці з усіченої півсферою торця; застосовується в коронках для порід середньої твердості
Те ж, що і попередня форма; застосовується для твердих і середньої твердості порід
Застосовується для коронок з широким торцем матриці, що використовуються з подвійними колонковими трубами. Ріжуча кромка більш ослаблена, ніж в попередніх формах. Застосовується для м'яких і середньої твердості порід
Найбільш поширена (стандартна) форма для коронок, які застосовуються в снаряді зі знімним керноприемника. Висока швидкість буріння; добре зберігає напрямок свердловини. Застосовується для середньої твердості і твердих порід; для дуже твердих порід матриця такої форми слабка. Придатна для коронок з широким торцем матриці; забезпечує більшу швидкість буріння і краще зберігає напрямок свердловини, ніж півсфера
Придатна для коронок з широким торцем матриці (для подвійних колонкових труб). Застосовується в тих випадках, коли висока абразивність і роздробленість разбуріваемих порід сприяє швидкому, передчасного зносу периферичних алмазів по внутрішньому діаметру короночной матриці
Застосовується для коронок при бурінні з одинарними колонковими снарядами і комплексами ССК (коронки 22ІЗГ і ін.) В породах середньої твердості
Використовується для досягнення високих механічних швидкостей при бурінні свердловин в осадових і метаморфічних гірських породах. Такий профіль мають коронки KB, КРК, КСТМ
Промивна система алмазної коронки
Промивна система алмазної коронки - це сукупність конструктивних елементів, що забезпечують проходження промивної рідини через коронку, її охолодження і винос шламу з-під торця коронки під час буріння. Чим більше шламу утворюється в процесі буріння, тим більше повинна бути пропускна здатність промивної системи коронки. Якщо вибуренной частки породи не відразу видаляються з вибою свердловини, то вони, повторно потрапляючи під торець матриці коронки, знижують ефективність буріння, так як робота, що витрачається на подрібнення вже відокремлених від забою частинок, є марною. Детальніше.
Матриця алмазних коронок
Матриця алмазних коронок служить для закріплення алмазів у коронці. Від властивостей матриці значно залежить працездатність коронки в цілому. Матриці повинні відповідати таким вимогам:
- надійно утримувати алмази під час роботи коронки
- володіти достатньо високою міцністю, що забезпечує відсутність її поломок при оптимальних і спеціальних режимах експлуатації коронки
- відповідати за зносостійкості абразивности розбурюється породи
Практика алмазного буріння показує, що не може бути створена одна універсальна матриця, що забезпечує отримання високих результатів при бурінні в породах з різними фізико-механічними властивостями. При нормальній роботі коронки матриці повинні зношуватися трохи швидше алмазів. Якщо матриця перестане зношуватися або буде зношуватися занадто повільно, то буріння сповільниться або навіть припиниться після незначного зносу алмазів. Якщо при бурінні матриця буде зношуватися занадто швидко, то алмази розкриються і випадуть з матриці, не встигнувши зноситися.
Оскільки різні гірські породи мають різну здатність зношувати короночную матрицю, нормальна робота коронки буде забезпечена тільки при правильно підібраній матриці. Тому спеціалізовані матриці коронок розроблені стосовно до груп порід, близьких по здатності зношувати матриці.
Зносостійкість матриці визначається на спеціальних випробувальних машинах і характеризується величиною втрати маси при абразивному зносі зразка за одиницю часу. Орієнтовна уявлення про зносостійкості різних матриць дає їх лінійний знос по висоті при бурінні однієї і тієї ж породи.
Твердість матриці. зазвичай виражається в HRC, не є показником, ідентичним зносостійкості даної матриці. Коронки з однієї і тієї ж твердістю матриці можуть мати різну зносостійкість, якщо вони виготовлені з різного матеріалу. Крім того, твердість вельми неоднорідних за складом металокерамічних матриць взагалі не може бути виражена однозначно. Однак внаслідок того, що виміряти твердість простіше, ніж зносостійкість, в даний час прийнято для суто орієнтовною оцінки зносостійкості матриці вказувати її твердість. Ця величина являє середньоарифметичне число, отримане по 8-10 вимірам в кожному секторі матриці.
В даний час, в основному, виготовляються коронки з матрицями п'яти типів (табл. 2.11).
Таблиця 2.11. Класифікація алмазосодержащих матриць бурових коронок
Розміщення алмазів в матриці
Розміщення алмазів в матриці і їх число суттєво впливають на працездатність інструменту. Поряд з властивостями матеріалу матриці і величиною зернистості алмазів ці фактори визначають спеціалізоване призначення коронки. Основними параметрами, які характеризують озброєність коронок алмазами, є:
Мал. 2.3. Схеми влаштування одношарових (а) і імпрегновану (б) коронок.
1, 2 - об'ємні алмази; 3 - підрізні алмази; 4 - матеріал матриці; 5 - корпус коронки.
одношарові коронки
В одношарових коронках алмази по торця матриці розташовуються в один шар за певною схемою. Крім торцевих алмазів, що виконують основну роботу по руйнуванню породи на забої, матриця армується двома-трьома шарами так званих підрізних алмазів. Підрізні алмази в коронках всіх типів оберігають їх від швидкого зносу по зовнішньому і внутрішньому діаметрам.
Одношарові коронки мають найбільше число різновидів типів і марок.
У імпрегновану коронках в якості основних робочих каменів використовуються алмази дрібних фракцій або алмази, отримані після дроблення більших фракцій. Розмір застосовуваних алмазів зазвичай становить 400-120 шт / кар і дрібніше (до 1200-600 шт / кар). Дрібні алмази рівномірно розподілені в імпрегновану коронках по всьому об'єму робочого шару матриці і називаються об'ємними алмазами. Робота імпрегновану коронок грунтується на принципі самозатачіваемості. Такі коронки забезпечуються більшими підрізними алмазами. За внутрішньої і зовнішньої бічних поверхонь матриці коронки армуються підрізними алмазами більших розмірів, ніж об'ємні. Це алмази розміром 30-20, 50-30 і 60 - 40 шт / кар.
Схема розміщення торцевих алмазів в одношарових коронках вибирається залежно від розмірів використовуваних алмазів, конфігурації промивних вікон і обраної насиченості. В цілому вибір тієї чи іншої схеми розміщення алмазів визначається фізико-механічними властивостями гірських порід, для буріння яких призначається дана коронка. На рис. 2.4 наведені схеми розміщення алмазів в деяких коронках.
Мал. 2.4. Типові схеми розміщення алмазів в матриці одношарових коронок.
а - радіальна; б - спіральна; в - концентрична.