Практичне заняття №4
Мета роботи:Вивчення стираючі-ріжучих долот з природними і синте-
Обладнання:Долота, ДМН
Хід виконання роботи:
1.Коротке пояснення викладачем загальних властивостей долот із природними та синтетичними алмазами.
2. Самостійне читання матеріалу №4.
3. Вивчення конструкції долот на макетах та зразках.
4. Самостійне заповнення таблиці.
Теоретичний матеріал 4:
Стирально-ріжучі долота з природними та синтетичними алмазами
Алмазний буровий інструмент (АБІ) поділяється на такі групи:
алмазні долотастирально-ріжучого типу з природними тасинтетичними (штучними) алмазами;
долота типу ІСМстирального-ріжучого і ріжучо-скелюючого дії;
долота з алмазно-твердосплавними пластинами та різцями. За кордоном їх називають як - «алмазні долота РДС», що означає «алмазні долота з полікристалічними алмазними ріжучими елементами».
Ця група АБІ поділяється на долота лопатевого та матричного виконання. В останні роки переважає лопатевий вигляд долот та бурильних головок. Діамант - це унікальний мінерал у вигляді кристалічної модифікації вуглецю. Аморфна модифікація вуглецю представлена графітом, що використовується в бурінні як мастильна добавка до бурових розчинів. Розмір зерен алмазів коливається зазвичай не більше 0,4-4^6 мм. Маса кристалів алмазу вимірюється у каратах. Один карат дорівнює 02 г.
100 МПа) та вольфрамокобальтовим сплавом (
170 МПа). Таким чином, мікротвердість алмазу в 10 разів більша, ніж у кварцу і в 6 разів перевищує мікротвердість твердого сплаву.
Природні технічніалмази поділяються наборти, баласи і карбонадо.Алмази типубортпредставлені уламками, тріщинуватими каменями і поганого забарвлення, зростками. Вони мають високу твердість, але крихкі, тому погано пручаються навантаженням і ударам та їх знос великий.Баласи- це насамперед кристали сферичної форми з дуже великою твердістю, тому найчастіше використовуються для армування одношарових доліт.
Карбонадо(синоніми бразильські, чорні) щільні овальної форми з
дрібнозернистих кристалів. Їх характерна високі зносостійкість при стиранні і стійкість до ударів, але менш тверді, ніж борти. За кордоном вважаються ідеальним засобом для оснащення розширювачів. У нашій країні переважно використовують найдешевші алмази типу борт. Перед укладанням алмазів у прес-форми вони піддаються попередньому огляду для поділу їх за формою та розмірами.
Обробка алмазів складається з низки операцій, кожна з яких має на меті підвищити якість зерен. Операції обробки включають дроблення, овалізаціі, полірування, термічну обробку, металізацію.
Дроблення низькосортних алмазів має на меті розколювання кристалів за тріщинами та дефектами.
Для овалізації алмазних зерен намагаються надати їм округлу форму шляхом тертя один з одним.
За даними роботи [3.] алмази з гострими кромками швидко розтріскуються. При овалізації алмазних зерен прагнуть збільшити кути на кромках не менше ніж до 110 °.
Синтетичні алмази та надтверді матеріали
Синтетичні алмази (СА) синтезуються при перебудові структури графіту структуру алмазу. В основі процесу синтезу лежить стиск сажі або
графіту або деревного вугілля при високому тиску та високій температурі.
Пристрійалмазних доліт
Призначені для проходки на великих глибинах пісковиків, вапняків, доломітів та інших м'яких, середньої твердості та твердих порід малої, середньої та рідше високої абразивності. Переваги алмазних доліт у порівнянні з шарошечними такі:
висока зносостійкість, а отже і висока рейсова швидкість, що забезпечує скорочення СПО та економію коштів;
буріння здійснюється за низького рівня всіх видів коливань;
-порівняно невеликі осьові навантаженнядозволяють краще керувати напрямком свердловини.
Розглянемо пристрій алмазного долота (Малюнок 4 9а).
Долото складається з порожнистого сталевого корпусу 1, алмазовмісної робочої головки, званої матрицею 2, алмазів 3, приєднувальної різьби у вигляді ніпеля 4. Корпуси в основному виготовляються зі сталі марки 40Х. На корпусі є виїмка 6 під ключ для згвинчування та нагвинчування долота. Матриця виготовляється із твердого сплаву. В Україні застосовується метод порошкової металургії, званий також «спіканням».
За кордоном окремі фірми застосовують також ливарний спосіб – виготовлення – матриці.
Система промивання долота включає широкі пази - отвори 7 і глибокі напірні канали 5, які потрапляє буровий розчин з центрального отвору долота 8.За формою робочих елементів матриці розрізняють такі різновиди доліт з природними алмазами, що випускаються вітчизняними підприємствами:
радіальні - ДР(рисунок 4 9а);
ступінчасті - ДК(рисунок 496);
лопатеві - ДЛ(рисунок 4 9в);
зарізні - ДВ(рисунок 4 9г);
імпрегновані - ДІ(рисунок 4 9д);
із зменшеною робочою поверхнею - ДК (рисунок 4 9е).
За кордоном випускають такождолота із матрицею спіральної форми.
Долота радіальні ДР відрізняється від інших тим, що зовнішня робоча
поверхня матриці розділена на 3 спарених сектори, розміщених радіально. Торцева та калібруюча поверхні армовані природними алмазами.
Рис 4 9 Пристрій алмазного долота
Крім доліт із природними алмазами випускаються також долотаз СА.Це типи ДРС, ДКС, ДЛС, ДУС, а також долота імпрегновані ДКСІ та ДЛСІ.У нашій країні алмазні долота виробляються діаметром 138,1; 141,3; 157,1; 163,5; 188,9; 214,3; 267,5; 292,9 мм.
Шифр алмазного долота включає особливості конструкції, тип алмазів, діаметр мм, твердість гірських порід, для розбурювання яких призначено це долото і номер заводської модифікації. Наприклад, шифр долота ДК 188,9 С6 розшифровується так: долото з природними алмазами діаметром 188,9 мм для розбурювання малоабразивних порід середньої твердості, 6 номер заводської моделі
Ці долота за характером руйнування гірської породи відносяться до ріжучо-скельних інструментів.Основу озброєння становлять алмазно-твердосплавні пластинки круглої форми (АТП) або різці трикутної форми (АТР). 50,4 мм. Пластинка має твердосплавну основу1, покриту шаром полікристалічного алмазу2. Товщина алмазного шару 0,5-0,7 мм. Міцністьтвердого сплавуна вигин на 70% вище міцності навигин полікристалічного алмазу. Томуу платівці з пошаровим розташуванням названих матеріалів оптимально поєднуються твердість, зносостійкість та міцність на вигин.
Пластинка кріпиться до твердосплавної опори методом дифузійного зварювання, внаслідок чого виходить елементозброєння у вигляді зубка (рис. 4.10,г) або різця (рис. 4.10,д), які безпосередньо кріпляться в лопатях або секторах
Малюнок 4 10 Алмазно-твердосплавна пластинка(а) різці (б) та
(в) та схеми (г, д) їх кріплення та взаємодії з гірською породою.
Загальний вид озброєння однієї з конструкцій долота, оснащеного АТП, наведено на рис. 4.11 а. Корпус долота складається з голівки1та перекладача (перекладач показаний на рис. 4.11, б, позиція6). Лопаті3оснащені зубками з пластинками АТП4, які розміщуються по радіусу долота так, щоб повністю перекрити забій, і тільки на периферії долота зубки на різних лопатях встановлені на одному
відстань від осі долота, чим забезпечується кратне перекриття периферійної частини вибою. Між лопатями долота та поблизу осі виконані промивні отвори5. Частини лопаті, що калібрують, оснащені зубками2(вставками) з матеріалу «Славутич».
При бурінні породоруйнуючі інструменти, оснащені АТП або АТР, руйнують гірську породу різанням-сколюваннямза схемою, наведеною на рис. 4.10,г,д.
Рис 4 11 Долота різально-сколювальної дії, оснащеної зубками.
а-з АТП,,б- з надтвердого матеріалу «Славутич»
Шифр долот, оснащених АТП та АТР, починається з літери Д,як і інших алмазних інструментів, які будуть розглянуті нижче. Далі ставляться дві літери А і П, діаметр долота мм і тип озброєння. Повний шифр долота наступний, наприклад ДАП188,9М4, ДАП214,3МС3 і т.д. Остання цифра означає номер моделі долота
Порівнюючи діаметри лопатевих доліт і долот, оснащених АТП і АТР, неважко бачити їхню відмінність. Алмазні інструменти виготовляють завждитрохи меншого діаметра, ніж звичайні. Це пов'язано з тим, що алмазними інструментами не можна проробляти свердловину при спуску інструменту, так як навантаження на поверхні, що калібрують
не можна регламентувати. Звідси виникає реальна небезпека роздавлювання озброєння, що калібрує. У той же час висока зносостійкість доліт забезпечує практично постійний діаметр і безперешкодний спуск після них будь-яких інструментів.
ДолотаPDCз озброєнням типу АТП або АТР
що складається з оптимальної комбінації крісталів
алмазів та твердосплавного матричного порошку (ВК).
Термостійкі (НОТ) різці можуть ефективно працювати при температурах значно перевищують граничну температуру для стандартних високоякісних різців PDC.
Долота з термостійкими різцями HOT не тільки володіють зносостійкістю в 2-5 разів більшою за звичайну, але і більш високою надійністю і довговічністю. Досягнуте збільшення ресурсу долота стає особливо помітно при проходженні інтервалів порід, що перешаровуються, наприклад пісковиків і алевролітів.
Ріжучі краї різців серії HOT залишаються гострими довше, ніж стандартні PDC Різці. Спеціальна обробка
Дозволяє суттєво підвищити стійкість різців до абразивного зносу. Завдяки підвищеній зносостійкості,
свою чергу, збільшується механічна швидкість та проходка на долото. В результаті нові долота PDC дозволяють бурити
більш довгі інтервали порівняно зі стандартними PDC долотами. Долота з ріжучою структурою серії НОТ
показали відмінні результати при бурінні свердловин у різних регіонах світу, включаючи Україну та країни СНД.
До того, як була розроблена та впровадженатехнологія різців HOT, підвищення ресурсу доліт досягалося за рахунок підвищення твердості різців, що призводило до зменшення стійкості ударних навантажень. Використання в різцях НОТ удосконаленої конструкції та нових матеріалів дозволило одночасно збільшити довговічність різців та їхню стійкість до ударних навантажень. Лабораторні та польові випробування показали стійку тенденцію до зменшення сколювання різців. Це було досягнуто за рахунок оптимізації в різцях НОП режиму розподілу залишкових напруг, що сприяло зменшенню зносу при великих навантаженнях та збереженню початкових розмірів різців більш тривалий час