Колонковое и керновое бурение - БУРОВОЙ И ВСПОМАГАТЕЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ Diamec

БУРОВОЙ И ВСПОМАГАТЕЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ Diamec

 

Выбор алмазов

Классификация технических алмазов

Следует иметь в виду, что из всех видов алмазного инструмента, применяемого в промышленности, алмазная буровая коронка работает в наиболее тяжелых условиях. Это объясняется неоднородностью свойств разбуриваемых горных пород, наличием сложного сочетания знакопеременных нагрузок, характер которых в условиях забоя скважин мало изучен, и, самое главное, отсутствием постоянного оперативного контроля за состоянием режущей части коронки. Поэтому правильный выбор качества алмазов, используемых для армирования матрицы, существенно влияет на работоспособность алмазного породоразрушающего инструмента.

Выбор алмазов

Выбор алмазов необходимого качества определяется физико-механическими свойствами горных пород, в первую очередь, твердостью, абразивностью, трещиноватостью и вязкостью породы. В настоящее время существует несколько классификаций технических алмазов, применяемых для оснащения породоразрушающего инструмента.

Классификационные признаки

Основными классификационнымипризнаками алмазов по системе «SITY» являются:

·        размерность

·        форма и степень искажения формы

·        характер поверхности граней

·        дефектность (качество)

·        цвет

Размерность алмазовРазмерность алмазовхарактеризуется условными ситовыми классами, весовыми группами в грейнерах и весовыми группами в каратах.

 

Форма и степень искажения алмазов

По форме алмазыподразделяются на целые кристаллы и их обломки, двойники и их обломки, сростки кристаллов.

Степень искажения формы алмазовхарактеризуется отношением максимально различных размеров по осям симметрии третьего порядка или по осям наибольшего искажения. В зависимости от степени искажения формы алмазы относятся к той или иной основной позиции (подгруппе).

Степень искажения формы определяется образцами. Характер поверхности граней алмазов (рельефность) классифицируется по наличию и степени проявления различных внешних морфологических особенностей и определяется по образцам. В зависимости от характера поверхности граней алмазы относятся к той или иной основной позиции (подгруппе). Каждая основная позиция (подгруппа) подразделяется на позиции дефектности (качества) и позиции цвета. Сортировка алмазов по качеству и цвету производится в соответствии с утвержденными образцами. На работоспособность алмазной коронки большое влияние оказывает размерность алмазов, которая определяется по числу зерен, приходящихся на 1 кар., т. е. числом близких по размеру камней, входящих в навеску, равную 1 кар. Таблица 14

Таблица 14-Соотношение размерностей алмазов

Условный ситовой класс

Ситовой класс, мм

Размерность, шт/кар.

Размерность, грайнеры

Размерность, караты

-0,5

-0,5+0,4

800-600

2

0,45-0,65

 

-0,6+0,5

600-400

3

0,66-0,89

 

-0,7+0,6

400-200

4

0,90-1,19

-1+0,5

-0,8+0,7

200-150

5

1,20-1,39

 

 

150-120

6

1,40-1,79

 

- 1,0+0,8

120-90

8

1,80-2,49

-2+1

- 1,0+0,8

90-60

10

2,50-2,79

-3+2

- 1,2+1,0

90-60

3 размер, кар

2,80-3,79 кар

 

 

60-40

4 размер, кар

3,80-4,79 кар

-4+3

 

50-30

5 размер, кар

4,80-5,79 кар

-5+4

- 1,6+1,2

 

6 размер, кар

5,80-6,79 кар

-6+5

 

30-20

7 размер, кар

6,80-7,79 кар

-7+6

-2,0+1,6

20-12(12-8)

8 размер, кар

7,80-8,79 кар

-9+7

-2,4+2,0

12-8(8-5)

9 размер, кар

8,80-9,79 кар

- 11+9

-2,8+2,4

8-5(5-4; 4-3)

 

 

+ 11

-3,3+2.8

(4-3; 3-2; 2-1)

 

 

Зернистость алмазных порошков по стандартам России, США, Англии и Германии, применяемых для оснащения алмазного инструмента, приведена в таблице15

Таблица 15-Зернистость алмазных порошков по различным стандартам

ГОСТ 9206—80 «Порошки алмазные» (Россия)

Отверстия сит по ИСО 565

Стандарт ФЕПА

Британский стандарт BS 1987

Стандарт США, AST МЕШ

Стандарт Германии DTN 848

серия 2

серия 1

Широкий диапазон зернистостей

1600/1000

-

-

-

-

-

-

-

1180/850

1182

14/18

16/20

-

-

1000/630

-

-

-

-

-

-

-

850/600

852

18/25

20/30

-

700

630/400

600-425

602

25/36

30/40

-

500

400/250

425/300

427/302

36/52

40/50

-

350

250/160

150/180

252

60/85

60/80

-

-

Узкий диапазон зернистостей

1600/1250

-

-

-

-

-

-

1250/1000

1180/1000

1182

14/16

16/18

-

1100

1000/800

1000/850

1001

16/18

18/20

-

900

800/630

850-710

851

18/22

20/25

-

700

-

710/600

711

22/25

25/30

-

700

630/500

600/500

601

25/30

30/35

550

500

500/400

500/425

501

30/36

35/40

450

500

400/315

425/355

436

36/44

40/45

-

350

-

355/300

356

44/52

45/50

-

350

315/250

300/250

301

52/60

50/60

280

250

250/200

250/212

251

60/72

60-70

220

250

200/160

212/180

213

72/85

70/80

180

150

-

180/150

181

85/100

80/100

160

150

160/125

150/125

151

100/120

100/120

140

150

125/100

125/106

126

120/150

120/140

110

100

100/80

106/90

107

150/170

140/170

90

100

-

90/75

91

170/200

170/200

90

70

80/63

75/63

76

200/240

200/230

65

70

63/50

63/53

64

240/300

230/270

55

50

 Примечание. В числителе - наибольший размер зерен основной фракции, в знаменателе наименьший размер зерен основной фракции.

Размер объемных и подрезных алмазов, закладываемых в коронку, определяется структурой горной породы и ее твердостью. Установлено, что максимальная скорость бурения достигается тогда, когда в процессе разрушения горной породы образуются крупные частицы шлама. Поэтому величина алмазов в коронке должна быть такой, чтобы отделять от забоя частицы породы по возможности более крупных размеров и одновременно обеспечивать достаточный зазор между матрицей коронки и породой забоя для выноса отдельных частиц породы промывочной жидкостью из-под торца коронки без их дополнительного переизмельчения. Таким образом, чем больше выступающая из матрицы часть алмазов соответствует частице, которую предстоит отделить от породы, тем лучше будет работать коронка. Поэтому для бурения в мягких крупнозернистых породах следует выбирать коронки, армированные более крупными зернами алмазов, а в мелко- и тонкозернистых породах - мелкими зернами. Таблица 16

Таблица 16- Размеры алмазного зерна и порошков

Число алмазов в 1 кар

Линейные размеры, мм

Средний условный диаметр, мм

Алмазное зерно

 

3

3,50-3,80

3,65

3-2

3,30-3,50

3,40

4-3

3,00-3,30

3,15

10-5

2,80-3,00

2,90

20-10

2,50-2,80

2,65

30-20

2,0-2,50

2,25

40-30

1,60-2,00

1,80

60-40

1,50-1,60

1,55

90-60

1,25-1,60

1,43

150-120

1,00-1,25

1,13

300-200

0,80-1,00

0,90

800-400

0,63-0,80

0,72

Алмазные порошки

 

1200-800

0,50-0,63

0,57

2000-1200

0,40-0,50

0,45

Величина алмазовдолжна соответствовать твердости горной породы. Чем тверже порода, тем более мелкие зерна алмазов следует использовать для ее бурения.
В породах VI-VIII категории по буримости, как правило, применяют коронки с алмазами размером 20-12 шт/кар.
В породах VIII-IX категорий - 60-20 шт/кар.
В породах IX-X категорий-150-60 шт/кар
В очень твердых породах XI-XII категорий- 600-150 шт/кар. и более.

Для повышения качества низкосортных алмазов разработан ряд технологических процессов.
          Путем искусственной обработки кристаллам алмаза
Рисунок 41
придают изометричную и овальную форму, отбраковывают трещиноватые и дефектные камни, полируют поверхность ранее обработанных или естественных кристаллов, металлизуют зерна алмазов путем нанесения на их поверхность металлических покрытий (никель, титан, вольфрам и др.), повышают прочность алмазов путем снятия внутренних напряжений в кристаллах при нагревании их в инертной среде и др.

Избирательное дробление низкосортных алмазов проводится для придания кристаллам  изометрической формы и устранения трещиноватых и дефектных алмазов. Дефектные зерна дробятся преимущественно по направлению трещин, по включениям, по зонам внутренних напряжений. Алмазы, обработанные методом избирательного дробления, используются при изготовлении буровых коронок в качестве объемных алмазов.

Овализация низкосортных алмазов проводится с целью получения зерна овальной изометрической формы и разрушения трещиноватых и дефектных алмазов.
В процессе обработки алмазы раскалываются, острые углы и вершины кристаллов  притупляются;  алмазы  получают округлую форму,  их  прочность повышается. При длительной обработке можно получить алмазы практически шаровой формы. При кратковременной - слегка округленной формы. Поверхность овализованных алмазов - матовая, шероховатая. При изготовлении коронок овализованные алмазы используются в качестве подрезных.

 Конструкция алмазной коронки.

           Алмазная коронка состоит из алмазосодержащей матрицы 1 и стального корпуса 2 с нарезанной резьбой Рисунок 42В матрице имеютсяпромывочные каналы 3, число и форма которых неодинаковы в коронках различного назначения и диаметров.