Колонковое и керновое бурение - Матрица алмазной коронки

Матрица алмазной коронки

 

Матрица алмазной коронкидля колонкового бурения скважин представляет собой кольцо из металлокерамического сплава, в котором размещаются алмазы. В процессе изготовления  матрица коронки припаивается к стальному корпусу. Внешний вид матрицы коронок определяется, в основном, конструкцией промывочной системы, формой торца и расположением алмазов. Форма торца определяется назначением инструмента в условиях его эксплуатации.

В таблице 17 приведены характеристика, назначение и область применения, форма и профиль торца основных конструктивных форм коронок, применяемых в геологоразведочном бурении.

 

Таблица 17- Классификация конструктивных форм торца матрицы алмазных коронок

Форма торца

Краткая характеристика, назначение и область применения

 

Профиль торца

 

Плоский

Небольшая масса алмазов; для пород средней твердости и твердых, малой абразивности. Матрицы с плоским торцом изготовляются обычно только для импрегнированных коронок. Это объясняется тем, что повышенный износ периферических кромок матрицы в таких коронках не выводит их из строя преждевременно. Напротив, некоторое увеличение высоты матрицы, достигаемое при плоском ее торце, способствует сохранению рабочего диаметра коронки в процессе бурения. Плоский торец имеют, например, импрегнированные коронки типа 03И5, И4ДП, БИТ и др.

clip_image131

Усеченная полусфера

Закругленная режущая часть обусловливает лучшее использование коронки по наружному и внутреннему диаметрам; большая масса алмазов, чем у матриц с плоским торцом. Эта форма применяется в алмазных коронках для бурения колонковой трубой. Радиус закругления торца матрицы всегда больше половины толщины стенки матрицы. Такой профиль торца имеют коронки 01 A3, 02ИЗГ, 20И2Г, 21МЗГ, 14АЗ и др.

clip_image133

Полусфера

Торец матрицы характеризуется тем, что радиус его закругления равен половине толщины матрицы. Полностью закругленная режущая часть позволяет лучше использовать наружные поверхности, т. е. такой профиль позволяет разместить на рабочем торце матрицы большее число алмазов и укрепить периферические части матрицы, которые подвержены усиленному износу, особенно при бурении трещиноватых, весьма твердых и часто перемежающихся абразивных горных пород. Радиус закругления, практически равный половине толщины стенки матрицы, имеют коронки 04АЗ и др.

clip_image135

Прямой полуку­пол (наружный конус)

Несимметричная форма режущей кромки. Такие профили торца матриц обычно используются для толстостенных коронок, применяемых с двойными колонковыми трубами. Форма прямого полукупола позволяет увеличить выход керна при бурении мягких легко разрушающихся горных пород и уменьшить искривление скважины. Скорость бурения несколько выше, чем при использовании матрицы с усеченной полусферой торца.

clip_image137

Пилот

Коронка хорошо сохраняет направление скважины при вертикальном бурении; скорость бурения несколько выше, чем при использовании матрицы с усеченной полусферой торца; применяется в коронках для пород средней твердости

clip_image139

Специальный пилот

То же, что и предыдущая форма; применяется для твердых и средней твердости пород

clip_image141

Двухступенчатая

Применяется для коронок с широким торцом матрицы, используемых с двойными колонковыми трубами. Режущая кромка более ослаблена, чем в предыдущих формах. Применяется для мягких и средней твердости пород

clip_image143

Многоступен­чатая

Наиболее распространенная (стандартная) форма для коронок, применяемых в снаряде со съемным керноприемником. Высокая скорость бурения; хорошо сохраняет направление скважины. Применяется для средней твердости и твердых пород; для очень твердых пород матрица такой формы слаба. Пригодна для коронок с широким торцом матрицы; обеспечивает большую скорость бурения и лучше сохраняет направление скважины, чем полусфера

clip_image145

Обратный полукупол

Пригодна для коронок с широким торцом матрицы (для двойных колонковых труб). Применяется в тех случаях, когда высокая абразивность и раздробленность разбуриваемых пород способствует быстрому, преждевременному износу периферических алмазов по внутреннему диаметру короночной матрицы

clip_image147

Гребешковый

Применяется для коронок при бурении с одинарными колонковыми снарядами и комплексами ССК (коронки 22ИЗГ и др.) в породах средней твердости

clip_image149

Врубовый

Используется для достижения высоких механических скоростей при бурении скважин в осадочных и метаморфических горных породах. Такой профиль имеют коронки KB, КРК, КСТМ

clip_image151

 

Размер алмазов, шт/кар

5-2

10-5 20-10

30-20

Выступ алмазов из матрицы, мм

0,6-0,5

0,5-0,4 0,4-0,3

0,3-0,25

Размер алмазов, шт/кар

40-30

60-40

90-60

Выступ алмазов из матрицы, мм

0,3-0,2

0,25-0,2

0,2-0,15

 

  Матрица алмазных коронок служит для закрепления алмазов в коронке. От свойств  матрицы значительно зависит работоспособность коронки в целом. Матрицы должны удовлетворять следующим требованиям:

Ø  надежно удерживать алмазы во время работы коронки

Ø  обладать достаточно высокой прочностью, обеспечивающей отсутствие ее поломок при оптимальных и специальных режимах эксплуатации коронки

Ø  соответствовать по износостойкости абразивности разбуриваемой породы

Практика алмазного бурения показывает, что не может быть создана одна универсальная матрица, обеспечивающая получение высоких результатов при бурении в породах с различными физико-механическими свойствами. При нормальной работе коронки матрицы должны изнашиваться несколько быстрее алмазов. Если матрица перестанет  изнашиваться или будет изнашиваться слишком медленно, то бурение замедлится или даже прекратится после незначительного износа алмазов. Если при  бурении матрица будет изнашиваться слишком быстро, то алмазы обнажатся и выпадут из матрицы, не успев износиться.

Поскольку разные горные породы обладают различной способностью изнашивать  короночную матрицу, нормальная работа коронки будет обеспечена только при правильно подобранной матрице. Поэтому специализированные матрицы коронок разработаны применительно к группам пород, близких по способности изнашивать матрицы.

Износостойкость матрицыопределяется на специальных испытательных машинах и характеризуется величиной потери  массы при абразивном износе испытываемого образца за единицу времени. Ориентировочное представление об износостойкости различных матриц  дает их линейный износ по высоте при бурении одной и той же породы.

Твердость матрицы, обычно выражаемая в HRC, не является показателем, идентичным износостойкости данной матрицы. Коронки с одной и той же твердостью матрицы могут иметь различную износостойкость, если они изготовлены из различного материала. Кроме того, твердость весьма неоднородных по составу металлокерамических матриц вообще не может быть выражена однозначно. Однако вследствие того, что измерить твердость проще, чем износостойкость, в настоящее время принято для сугубо ориентировочной оценки износостойкости матрицы указывать ее твердость. Эта величина представляет среднеарифметическое число, полученное по 8-10 измерениям в каждом секторе матрицы.