Размеры алмазных резцов
Как уже указывалось, для алмазных буровых коронок применяют мелкие фракции алмазного сырья. Размеры алмазных зерен указываются либо в линейной величине в мкм, либо в зернистости в штуках на карат (шт/кар), т.е. сколько алмазных зерен приходится на один карат, равный 0,2 грамма. Чем больше число зернистости, тем мельче алмазные зерна. В серийных алмазных коронках используются природные или синтетические алмазы с размерами зерен от 10- 20 шт/кар (примерно 2,0-2,5 мм) до 600 шт/кар (примерно 0,7 мм). В некоторых типах коронок применяют значительно более мелкие алмазы до 2000 шт/кар, и даже алмазные порошки зернистостью до 10.000 – 12.000 шт/кар (0,16 – 0,12 мм) Соотношение зернистости и линейных размеров алмазных зерен приведены в табл. 3
Таблица 3
| Однослойные коронки | Импрегнированные | Порошковые | ||||||||
| Шт/карат | 10-20 | 20=30 | 40=60 | 60-90 | 90-120 | 200-400 | 400-600 | 1000-2000 | 10.000-12000 | |
| Dа,мкм | 3000- | 2500- | 2000- | 1600 -1300 | 1300-1000 | 1000 -800 | 800 -700 | 600-500 | 160 – 120 | |
Алмазные буровые коронки.
Алмазная коронка состоит из стального корпуса с резьбой и внутренней конической расточкой для кернорвательного кольца и приваренной (припаянной) в процессе изготовления алмазосодержащей матрицей. Матрица изготавливается из порошка твердого сплава ВК-6 или ВК-8, в котором размещаются зерна (резцы) алмазов и который пропитывается расплавленной медью (или никелем). Расплавленная медь припаивает матрицу к корпусу. В зависимости от размеров алмазов и их размещения в матрице имеется три типа алмазных коронок: однослойные,многослойные и импрегнированные. Многослойные коронки раньше широко применялись, сейчас практически не применяются.
Однослойные алмазные коронки предназначены для бурения в породах VII – Х категорий по буримости,- импрегнированные для пород Х – ХII.
Рис. 38
Однослойные алмазные коронки (обозначаются буквой – А), оснащаются «объемными» алмазами размером от 1600 мкм до 2500 мкм (20 – 60 шт/кар), размещенными в матрице по торцу коронки и выступают из матрицы на 0,1 – 0,3 от своего линейного размера. На наружной (а иногда и на внутренней) стороне матрицы размещаются «подрезные» алмазы обычно зернистостью 20 – 40 шт/кар лучшего качества, обеспечивающие сохранение наружного диаметра коронки и соответственно диаметра скважины. Рис. 38
Многослойные коронки (буква - М) выпускались ранее, оснащались объемными алмазами зернистостью 40 – 90 шт./кар. Один слой по торцу коронки, далее в глубине матрицы от двух до пяти слоев. Работает такая коронка по принципу самозатачивания – когда стирается один слой алмазов, стирается матрица и обнажаются рабочие грани следующего слоя алмазов. Сейчас практически не выпускаются, заменены импрегнированными коронками.
Импрегнированные алмазные коронки (буква – И) оснащены мелкими алмазами от 90 – 120 шт/кар до 600 шт/на кар (серийные) и до 1200 и даже до 12000 шт/кар (с мелкими фракциями алмазов и порошковые) Подрезные алмазы, как и в однослойных, хорошие и крупные. Объемные алмазы равномерно распределены внутри алмазосодержащего слоя матрицы высотою обычно 4 мм, иногда 6 мм,и работают по принципу самозатачивания.
Кроме типа, алмазные коронки различаются по целому ряду других признаков: конструкции коронки (форма торца матрицы, число и геометрия промывочных каналов, форма размещения алмазов и наличие их выступа из торца), качество и размер объемных и подрезных алмазов, твердость матрицы и другие. Твердость матрицы имеет важное значение, поскольку скорость ее износа обеспечивает равномерность износа объемных (рабочих) алмазов. В однослойных коронках она должна изнашиваться чуть медленнее, чем алмаз, чтобы избежать выпадения алмазов из матрицы, в импрегнированных коронках матрица должна изнашиваться чуть быстрее алмаза, обеспечивая обнажение новых алмазов взамен полностью изношенных.
По твердости было предложено 5 вариантов матрицы (твердость по Роквеллу, НРС). Табл. 4.
Таблица 4.
| № матрицы | |||||
| Твердость НРС | 10 - 15 | 15 - 20 | 20 - 25 | 30 - 35 | 50 - 55 |
Матрицы с 1 и 2 твердостью, оказались слишком слабые и практически не применяются.
Основной объем алмазных коронок выпускается с 3 и 4 твердостью матрицы и очень редко с 5 твердостью (один тип коронок -03И5).
Работоспособность алмазной коронки кроме типа, конструкции, качества и зернистости алмазов зависит еще и от «насыщенности» ее алмазами, т.е. от количества алмазов в единице объема, в 1 см3 матрицы. 100% насыщенности считается при 4,4 карата алмазов в 1 см3 матрицы. Работоспособность коронки повышается, если удастся повысить насыщенность до 150 – 175 % не снижая прочности закрепления алмазов в матрице за счет повышения адгезии. Общее количество алмазов в типичных алмазных коронках для простых снарядов диаметром 46 – 76 мм составляет от 4 до 20 карат, среднее 10 – 12 карат.
Алмазные коронки применяются в весьма различных по своим свойствам породах от VIII до ХII категорий по буримости при различной абразивности и трещиноватости. Для каждой группы пород должна быть подобрана наиболее подходящая коронка по типу, конструкции, сорту и размеру алмазов, по твердости матрицы. Чтобы это обеспечить имеется боле 50 вариантов только серийных (заводских) коронок и еще примерно столько же, разработанных другими отечественными организациями, а также алмазные коронки зарубежных фирм. От правильного выбора конкретной алмазной коронки для данных конкретных геологических условий во многом зависит эффективность – скорость углубки, проходка за рейс, износ алмазов, т.е. производительность и себестоимость. Правильный выбор алмазной коронки одна из наиболее важных задач технологии алмазного бурения.