Спосіб виготовлення алмазних бурових доліт
Власники патенту UA 2377111:
Винахід відноситься до галузі бурової техніки, а саме виготовлення алмазних бурових доліт. Здійснюють токарну та фрезерну обробку складових частин корпусу, каналів для підведення промивної рідини до лопат, ріжучих кромок породоруйнівних і армуючих вставок з полікристалічними алмазами (PDC) і обробку гнізд під них. Встановлюють згадані гнізда графітові пробки, нагрівають корпус до температури tн приблизно рівної 500°С. Наплавляють простору між пробками з набігає і збігає сторін лопатей зносостійким сплавом типу вольфрамокобальтового. Видаляють графітові пробки після наплавлення та охолодження і встановлюють замість них вставки з полікристалічними алмазами (PDC). Запаюють вставки при температурі, що не перевищує 650°С. Проводять відпустку при температурі to приблизно дорівнює 280°С. Після чого всю робочу поверхню бурового долота очищають, підживлюють і наносять на неї електрохімічним методом високозносостійке композиційне кластерне покриття на основі хрому з мікрочастинками алмазу товщиною до 0,8 мм, мікротвердістю до 1200 кг/мм 2 з коефіцієнтом тертя менше 0,08. В результаті підвищується надійність захисту корпусів, лопатей та породоруйнівних елементів долота. 5 іл.
Винахід відноситься до галузі бурової техніки та використовується при виробництві бурових доліт із озброєнням у вигляді полікристалічних алмазів.
Стійкість та показники буріння алмазними долотами прямо залежать від двох показників: здатності елементів озброєння протистояти абразивному зносу, а також здатності зовнішньої поверхні долота протистояти сальникоутворенню. Абразивний знос озброєння призводить до зниження питомого тиску на породу вибою та зменшеннямеханічної швидкості буріння Сальникоутворення – налипання на бурове долото липких фракцій бурих порід. Незважаючи на десятки відомих варіантів підведення промивних каналів та різного напрямку струменів промивної рідини, проблема захисту бурового інструменту від сальникоутворення продовжує залишатися актуальною. Для зменшення абразивного зносу елементів озброєння бурових доліт та запобігання сальникоутворенню застосовуються різні способи.
Відомо алмазне долото та спосіб його виготовлення, прийнятий за аналог [1]. У цьому долоті захист від абразивного зносу здійснюється використанням схеми встановлення породоруйнівних елементів із взаємним перекриттям радіусу забою на послідовних лопатях. Крім підвищення стійкості озброєння долота така схема породоруйнування сприяє збільшенню механічної швидкості буріння. Запобігання сальникоутворенню на ріжучих кромках породоруйнівних елементів і в просторах між лопатями здійснюється за допомогою спеціальної схеми розташування та установки промивних вузлів, що забезпечують напрямок струменів промивної рідини в кожному міжлопатевому просторі, омиваючи безпосередньо всі елементи, від центру долота до його.
Недоліком цих способів захисту долота є те, що за допомогою інтенсивних струменів, що промивають, надійно захищається від сальникообразования тільки нижня, торцева частина лопатей і міжлопатевого простору, звернена до вибою. Решта лопатей, міжлопатевого простору та ніпельної частини корпусу омивається потоками промивної рідини набагато гірше, що сприяє налипанню на них липких фракцій бурих порід і, як наслідок, зниженню механічної швидкості буріння та проходки на долото.
Відомо інше алмазне долото та спосіб йоговиготовлення, прийнятий також за аналог [2]. У цьому долоті зносостійкі ріжучі елементи виконані у вигляді частин порожнистих трубок з гострими кромками армованими твердосплавними вставками. Зруйнована порода у вигляді шламу захоплюється потоком промивної рідини всередину порожнистих трубок, а антисальниковий захист здійснюється змиванням корпусу і трубчастих порожнин потоками рідини за допомогою мережі додаткових промивних каналів. Недолік у наведеного аналога такий самий, як і у попереднього аналога.
Відомо також алмазне долото та спосіб армування його корпусу, прийнятий за прототип [3]. Спосіб виготовлення включає армування поверхонь лопат, не захищених вставками з полікристалічними алмазами (PDC), армуванням захисним покриттям у вигляді вольфрамових твердих карбідів на металозв'язуванні. Цей спосіб зводиться до наступних операцій. На поверхнях корпусу, що підлягають армуванню, виконують отвори під армуючі та ріжучі вставки з PDC, в ці отвори вставляють графітові пробки, виробляють попередній підігрів корпусу до температури в межах 400°С, виробляють при температурі 950-1000°С наплавлення простору суміші порошку з зносостійких карбідів типу вольфрамових на металозв'язці типу кобальтової, видаляють графітові пробки, на їх місце поміщають всі вставки з PDC, запаюють їх припоєм при температурі не більше 650°С, оскільки більш висока температура при пай на властивості міцності вставок з PDC. Потім виробляють відпустку при температурі близько 280°С.
Перевагою цього способу є поліпшення армуючих властивостей за рахунок наплавлення простору між вставками з твердосплавним PDC покриттям. Проте, і цей спосіб є недоліки.Перший полягає в тому, що наявність м'якої металозв'язки в сплаві покриття знижує твердість, а значить і зносостійкість наплавленого шару. Другий недолік - мала стійкість припою, яким фіксується положення вставок із таблетками PDC у гніздах. Під час роботи долота на вибої і наплавлений шар, і припій поступово руйнуються від абразивного зносу в результаті контакту із вибою та впливу рідини для промивання з частинками вибуреної породи. При цьому вставки з PDC оголюються, що призводить до їхнього випадання з гнізд. Третій недолік такий самий, як і в аналогів - можливість налипання на міжлопатевому просторі липких фракцій бурих порід. Усі зазначені недоліки сприяють зниженню показників роботи долота на вибої свердловини.
Технічним результатом цього винаходу є підвищення надійності захисту корпусів, лопатей і породоруйнівних елементів долота від абразивного зношування та від виключення або зниження можливості сальникоутворення.
Зазначений технічний результат досягається застосуванням способу виготовлення алмазних бурових доліт, що включає токарну і фрезерну обробку складових частин корпусу, включаючи канали для підведення промивної рідини до лопатей і ріжучих кромок породоруйнуючих і армуючих елементів (вставок) з PDC, обробку гнізд гнізда графітових пробок, попередній нагрівання корпусу до температури tн≅500°C, наплавлення просторів між пробками з набігає і збігає сторін лопатей зносостійким сплавом типу вольфрамокобальтового, видалення графітових пробок після наплавлення і остигання, установку замість них не перевищує 650°С, проведення низької відпустки при температурі до 280°C. Потім всю робочу поверхню долотаочищають, підтравлюють і електрохімічним методом наносять високозносостійке композиційне (кластерне) покриття на основі хрому з мікрочастинками алмазу товщиною до 0,8 мм, мікротвердістю до 1200 кг/мм 2 з низьким коефіцієнтом тертя (менше 0,08).
Список креслень. На фіг.1 зображено прийнята в першому аналогі схема захищає від абразивного зносу розташування породоруйнівних елементів і протисальникового очищення долота. На фіг.2 показана прийнята в іншому аналогу схема руйнування породи та протисальникового очищення корпусу долота. На фіг.3 зображено загальний вигляд долота-прототипу, що використовує протизносний захист породоруйнівних елементів на лопатях. На фіг.4 показаний розріз лопаті долота (фіг.3) зі схемою нанесення зносостійкого армуючого матеріалу. На фіг.5 показана схема подвійного покриття лопаті за пропонованим способом.
На фіг.1 позначені: поз.1 - внутрішня порожнина; 2 - канали в корпусі 3 для направлення рідини для промивання під кутом θ, близьким за величиною до кута нахилу взаємноперекривають забій різців з PDC в центрі долота (поз.4). Після очищення від вибуреної породи в центральній зоні струменя промивної рідини плавно переходять на очищення від налипає породи передпериферійної 5 і периферійної груп 6 відповідно породоруйнівних і калібруючих вставок з PDC, а потім вже омивають стінки лопатей 7 і поверхні корпусу між лопа.
На фіг.2 позначені: поз.9 - зносостійкі трубчасті ріжучі елементи; 10 - порожнисті трубки з гострими кромками; 11 - твердосплавні вставки; 12 - мережа потоків усередину порожнистих трубок; 13 – мережа потоків для змивання корпусу.
На фіг.3 позначені: поз.14 - лопаті; 15 - породоруйнівні вставки; 16 - армуючі вставки, що захищають поверхні лопат від зносу; 17 - шар армуючоїнаплавлення з боку лопатей, що набігає; 18 - шар армуючого наплавлення з боку лопатей, що збігає; 19 - міжлопатеві поверхні на корпусі; 20 - поверхні на лопатях, не захищені від налипання сальникових мас.
На фіг.4 позначені: поз.21 - поздовжній розріз лопаті; 22 - породоруйнівні вставки з PDC; 23 - наплавлений армуючий шар з боку, що набігає; 24 - армуючі захисні вставки з PDC; 25 - наплавлений армуючий шар з боку лопаті, що збігає.
На фіг.5 позначені: поз.21-25 - як і на фіг.4. Поз.26 - шар кластерного алмазного покриття, що захищає всю поверхню долота одночасно від абразивного зносу, і від налипання сальникових мас при проходженні липких і в'язких порід.
Застосування пропонованого способу виготовлення алмазних бурових доліт дозволяє вирішити поставлене завдання - за допомогою нанесення композиційного кластерного алмазного шару різко підвищити стійкість долот проти абразивного зношування та мінімізувати або повністю виключити можливість сальникоутворення.
Випробування у різних регіонах України досвідчених партій алмазних бурових доліт, виготовлених за пропонованим способом, повністю підтвердили високу ефективність цього способу.
3. Каталог «Бурові долота. Калібратори. Центратори» ВАТ «Волга-бурмаш», 2007, стор.41, 47 (прототип).
Спосіб виготовлення алмазних бурових доліт, що включає токарну і фрезерну обробку складових частин корпусу, каналів для підведення промивної рідини до лопат, ріжучих кромок породоруйнівних і армуючих вставок з полікристалічними алмазами (PDC), обробку гнізд під них, щільну нагрівання корпусу до температури tн, приблизно рівної 500°С, наплавлення просторів між пробками знабігає і збігає сторін лопатей зносостійким сплавом типу вольфрамокобальтового, видалення графітових пробок після наплавлення і охолодження, установку замість них вставок з полікристалічними алмазами (PDC), запаювання вставок при температурі, не перевищує 650°С, °С, після чого всю робочу поверхню бурового долота очищають, підживлюють і наносять на неї електрохімічним методом високозносостійке кластерне композиційне покриття на основі хрому з мікрочастинками алмазу товщиною до 0,8 мм, мікротвердістю до 1200 кг/мм 2 з коефіцієнтом тертя менше 0 .