Вопрос №67. Вооружение, механизм разрушения и параметры режима бурения инструментами с резцами из поликристаллических алмазов.

В бурении используются твердосплавные пластины Stratapax толщиной 3,5 мм c поликристаллическим покрытием алмазов 0,5 мм. Алмазный слой состоит из спеченных между собой кристаллов размером 60-150 мкм. Твердость пластин, измеренная на приборе ПМТ-3, составляет 50-80 ГПа. Твердосплавная подложка пластины состоит из твердосплавной шихты, содержащей 95% карбида вольфрама и 5% кобальта. Формование пластин осуществляется либо спеканием, либо прессованием.

Материал АТП (алмазные твердосплавные пластины) применяется преимущественно для оснащения бурового инструмента.

. Износостойкость пластин Stratapaxвыше, чем природных алмазов и в 100-150 раз превышает износостойкость твердого сплава. Основные характеристики пластин типа Stratapax.

Резцы из поликристалл-лических алмазов могут иметь различную форму: цилинд-рическую, прямоугольную, в виде сектора, в виде полукруга и др. (рис. 5.19).

В буровом инструменте резцы с поликристаллическими пластинами устанавливают с отрицательным передним углом в пределах от (–5º- – 25^º) в зависимости от твердости горных пород. В инструментах, предназначенных для бурения более твердых горных пород, передний отрицательный угол задается бòльшим.

Показатели работы инструмента с пластинами АТП могут составлять в различных горно-геологических условиях по механической скорости от 2,3 до 30 м/ч, а по стойкости от 200 до 1000 м. При использовании коронок, оснащенных пластинами АТП, при бурении песчаников [2] получена скорость бурения 16 м/ч при стойкости 120-260 м против 3,6 м/ч и 30-60 м у твердосплавных коронок.

Коронки с резцами АТП или PDC способствуют повышению выхода керна. При бурении геологоразведочных скважин на твердые полезные ископаемые коронки, армированные пластинами с поликристаллическими алмазами, особенно перспективны в сочетании со снарядами со съемнымкерноприемником.

Компания AtlasCopco выпускает резцовые коронки, вооруженные поликристаллическими алмазными вставками Diapax и Tripax.

ЭлементDiapax выполнен в виде пластины с нанесенным слоем алмазов толщиной 0,5 мм, а Tripax в виде треугольных или квадратных блоков-резцов.

Коронки с пластинами Diapax (рис. 5.20) предназначены для бурения мягких, вязких глинистых, мерзлых грунтов, горных пород средней твердости. В подобных горных породах коронки с пластинами Diapax имеют очень высокий ресурс (до 1000 м) и производительность. Недостатком таких коронок является низкая стойкость к ударным нагрузкам, что делает их непригодными для бурения массива с прослоями твердых горных пород.

.

Режим бурения коронками с пластинами Diapax предусматривает частоту вращения 50-80 мин^-1 и осевую нагрузку 10-20 кН.

Коронки с режущими вставками Tripax компании AtlasCopco состоят из поликристаллических алмазных компонентов, имеющих треугольную или квадратную форму (рис. 5.21). Коронки со вставками Tripax применяются для бурения горных пород средней твердости и твердых. Их ресурс составляет от 50 до 250 м. В породах невысокой прочности ресурс коронок может составить около 1000 м.

Коронками Tripaxрекомендуется бурить с частотой вращения 200-300 мин^-1 и осевым усилием 10-20 кН.

Механизм работы коронок с пластинами Diapax и вставками Tripaxпри бурении мягких и пластичных горных пород аналогичен механизму работы резцов с отрицательными передними углами. Коронки со вставками Tripax, в случае бурения твердых горных пород, разрушают породу отдельными алмазами. При этом случае механизм разрушения близок к процессу разрушения горных пород мелкими резцами алмазного бурового инструмента.

С целью удаления породы и более интенсивного охлаждения резцов коронки компании AtlasCopcoимеют фронтальные отверстия для подвода промывочного раствора непосредственно к резцам.

Таким образом, при бурении упруго-хрупких и хрупких твердых горных пород порода разрушается обнаженными алмазами резцов с АТП, главным образом, путем раздавливания и скалывания.

При бурении пластичных и пластично-хрупких пород разрушение происходит всем объемом алмазосодержащей пластины вдавливанием, пластическим резанием и скалыванием породы.