Файл: Куличихин Н.И. Разведочное бурение учебник.pdf

лучей света не прошла насквозь, а вернулась бы обратно, много­ кратно преломившись в его гранях, благодаря чему возникает бриллиантовый блеск.

Технический борт. Очень высокая твердость алмазов группы борт (синоним борте), его сравнительно низкая стоимость обусло­ вили широкое применение его в бурении и других областях техники. В настоящее время не менее 95% алмазного бурения выполняется коронками, армированными бортами. Удельный вес бортов 3,50—3,53.

Рис. 85. Буровые ал­ мазы.

а — борты; б — карбонадо, в — балласы.

Для алмазов борт характерны совершенная спайность и незамет­ ная невооруженным глазом трещиноватость. По этой причине борты не могут выдерживать значительных давлений и ударов. Общий вид бурового борта приведен на рис. 85, а.

По своим физическим свойствам к бортам близки алмазы типа «Конго». Алмазы «Конго» состоят из мельчайших кристаллов или частиц бортов неправильной формы. Первоначально алмазы «Конго» находили применение только в импрегнированных коронках и шли­ фовальных кругах. Ныне они применяются также для изготовления однослойных коронок.

Карбонадо (синоним — карбонаты) добывают только в Брази­ лии из россыпных месторождений. Обычный цвет карбонадо — темно-коричневый, но встречаются камни от светлодо темно-серого

и серовато-зеленоватого цвета, а также совершенно черного(рис. 85, б). Карбонадо состоят из мельчайших кристаллов, расположенных в массе алмаза в беспорядке. Удельный вес карбонадо колеблется

наивысшей твердостью. Карбонадо сажисто-черного цвета, без блеска, значительно менее тверды и обладают повышенной хруп­ костью.

Балласы имеют сферическую форму без плоскостей спайности (рис. 85, е). Очень твердая оболочка, окружающая центральное крупнокристаллическое ядро, обусловливает высокую твердость балласа. После истирания оболочки баллас быстро изнашивается. Балласы применяются в алмазных расширителях и, за рубежом, в однослойных коронках в качестве подрезных алмазов.

Синтетические алмазы. В Советском Союзе синтетические алмазы были получены впервые в 1961 г. в Институте сверхтвердых мате­ риалов в Киеве. В настоящее время ряд заводов освоил их произ­ водство. Доказана большая эффективность применения импрегнированных буровых коронок, насыщенных синтетическими алмазами.

Алмазы — карбонадо и балласы — ныне в бурении почти не применяются вследствие высокой их стоимости. Наиболее широкое применение в бурении имеют алмазы группы борт.

Результаты исследований прочности бортов показали следующее: 1) наибольшую прочность при статическом сжатии имеют бортьц

имеющие форму округлых октаэдров и ромбододекаэдров;

2)наибольший предел прочности при ударе имеют алмазы округ­ лой формы;

3)плоскогранные острореберные октаэдры имеют значительно меньший предел прочности на раздавливание и удар;

4)опыты по раздавливанию поврежденных и трещиноватых кристаллов с включениями показали, что их прочность снижается примерно в два раза по сравнению с прочностью целых кристаллов;

5)имеется общая тенденция к повышению удельной прочности кристаллов алмазов с уменьшением их размеров;

6)алмазы борт имеют в различных направлениях различную твердость:

Интересно отметить следующее:

1)в промышленных коронках, армированных бортами, при вставке

которых ориентировка камней по вектору наибольшей твердости не производится, около 45% алмазов оказываются ориентирован­ ными по вектору наибольшей твердости;

2) алмазы ориентированные в торце коронки по направлению вектора наибольшей твердости, значительно меньше изнашиваются;

3) если большую часть алмазов в коронке ориентировать по вектору малой твердости, то проходка на коронку резко снизится, а износ алмазов сильно возрастает.

Опыт фирмы «Спрэг и Хенвуд» показал, что ориентированная вставка алмазов в коронки практически возможна. При вставке алмазов применялся способ ориентирования, разработанный Гор­ ным Бюро США. Результаты испытаний коронок с ориентирован­ ными и неориентированными алмазами показали, что проходка на коронку с алмазами, ориентированными по вектору наибольшей твердости, увеличивается на 38%, скорость бурения — на 40%, а стоимость 1 м снижается на 37%.

Ориентация алмазов по вектору наибольшей твердости непри­ менима к карбонатам и балласам.

Испытания показали, что низкосортные алмазы можно при­ менять для бурения скважин, но при этом повышается примерно на 50% расход алмазов, а скорость бурения не меняется.

Кабардино-Балкарский завод алмазных инструментов освоил выпуск алмазных коронок, армированных объемными низкосортными алмазами. Для подрезных алмазов применялись высококачествен­ ные алмазы. Проходка на коронку, армированную объемными низко­ сортными алмазами, составляла в среднем 13 м, а на коронку, арми­ рованную алмазами 1 сорта, — 17,0 м.

Применение в коронках низкосортных алмазов в качестве объем­ ных позволило значительно расширить алмазное бурение.

Вместе с тем в этих коронках для подрезных камней применялись алмазы высокого сорта. В среднем для изготовления таких коронок необходимо было около 35% высококачественного и 65% низко­ сортного алмазного сырья.

Учитывая дефицит буровых алмазов высокого качества были проведены исследовательские работы по разработке методов повы­ шения качества низкосортных алмазов с целью применения их не только в качестве объемных, но и подрезных.

Институтом ВИТР была разработана специальная установка по повышению буровых свойств низкосортных алмазов борт путем их овализации. В этой установке трещиноватые камни раскалываются, острые углы сглаживаются, и грани приобретают округлую форму, значительно более стойкую к динамическим нагрузкам.

Сравнительные испытания коронок, армированных овализованными алмазами, показали следующие результаты.

Средняя проходка на коронку составила:

1)для коронок, армированных только овализованными алмазами, 14,2 м;

2)для коронок, армированных овализованными алмазами в каче­

стве подрезных, 21,1 м.

Втех же условиях средняя проходка серийных коронок, арми­ рованных необработанными алмазами высоких сортов в качестве подрезных и низкосортными в качестве объемных, составила 17,7 м.

Всоответствии с результатами испытаний сделан вывод, что:

1) овализованные алмазы можно применять для армирования коронок в качестве подрезных взамен алмазов первого сорта;

2) армирование коронок подрезными овализованными алмазами увеличивает стойкость коронок в среднем на 30%.

Типы алмазных коронок

идругой инструмент для алмазного бурения

Внастоящее время в СССР выпускаются алмазные буровые коронки следующих типов:

1)однослойные;

2)трехслойные (многослойные);

3)импрегнированные;

4)бескерновые коронки (долота).

Алмазная буровая коронка состоит из матрицы, армированной алмазами, и стального корпуса с резьбой, которые прочно соеди­

гаются по торцу по определенной схеме в один слой (рис. 87, а). Боковые поверхности коронки (внутренние и наружные) армируются

по торцу, затупляются, вследствие чего скорость бурения постепенно затухает. Рациональной областью применения однослойных алмаз­ ных коронок являются породы VI—X категории по буримости. Однослойные коронки армируются алмазами зернистостью от 4 до 60 штук на карат. В СССР выпускаются однослойные коронки без выступа алмазов (01АЗ и 01А4) и с заданным выпуском алмазов МВС-1, МВС-2 и МВП-1 и МВП-2.

ственные и более крупные, часто овализованные алмазы. Коронки типа 01АЗ имеют матрицу твердостью HRC = 20—25

Около 65—60% алмазов — объемные, 35—40% — подрезные. Изготовление однослойных алмазных коронок с выступающими

алмазами осуществляется вибропрессованием матрицы в графитовых пресс-формах. По ходу вращения ко­