СОЗДАНИЕ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫХ АЛМАЗНЫХ КОРОНОК ДЛЯ РАЗВЕДОЧНОГО БУРЕНИЯ ТВЕРДЫХ ГОРНЫХ ПОРОД
Ключевые слова:
буровая коронка, многослойная матрица, импрегнированные и безалмазные слои, «гребенчатый» профиль, износостойкость, добавление компонентов, связка матрицы, равногруженный профиль.Аннотация
Ускоренный ввод в эксплуатацию полезных ископаемых, залегающих в твердых горных породах, во многом зависит от производительности разведочного бурения, технико-экономические показатели которого в значительной мере определяются эффективностью работы алмазных буровых коронок.
Для решения упомянутой проблемы проведены исследования, позволяющие сформулировать следующие рекомендации по созданию высокопроизводительных, алмазных коронок для бурения твердых абразивных пород:
- матрица коронки должна содержать по высоте несколько (пять и более) импрегнированных алмазосодержащих слоев, разделенных между собой безалмазными слоями значительно меньшей твердости (например, твердый сплав ВК-20);
- каждый алмазный импрегнированный слой матрицы должен иметь «гребенчатый» профиль, представляющий кольцевые клинообразные выступы и впадины;
- импрегнированные алмазные слои матрицы в процессе бурения должны быть одинаково нагружены по радиусу коронки, что позволяет повысить износостойкость инструмента и уменьшить количество алмазного сырья для изготовления последнего; получена зависимость, определяющая изменение высоты конусных кольцевых выступов алмазосодержащих слоев в направлении от периферийного выступа к оси коронки при условии равенства оснований упомянутых выступов;
- для сохранения диаметров скважины и выбуриваемого керна внутренняя и наружная боковые поверхности матрицы должны оснащаться износостойкими алмазными вставками (например, из твесала);
- для выполнения высококачественной износостойкой матрицы следует добавлять в малых количествах различные компоненты в состав связки алмазных зерен вида 94WC+Co+Cu; например, экспериментально доказано, что добавка порошка монокарбида вольфрама WC при зернистости 200/160 показатель эффективности повышается в 1,9 раза; упомянутый показатель прямопропорционален механической скорости бурения, величине проходки скважины и обратно пропорционален линейному износу матрицы по высоте;
- для повышения интенсификации разрушения забоя скважины следует провести экспериментальные работы с алмазной коронкой, импрегнированные слои которой размещены в матрице на трехзаходный винтовой поверхности, имеющий малый шаг, составляющий 0,8 – 1,2 мм; ожидается, что при таком конструктивном исполнении в процесс, помимо глубины внедрения алмазных зерен, будет вовлечена зона предразрушения, залегающая под зоной внедрения и представляющая разбитую и ослабленную трещинами твердую породу на глубину, десятикратно повышающую глубину внедрения алмазных зерен.
Вышеупомянутые рекомендации воплощены в конструкции алмазных импрегнированных коронок, на которые получены патенты Республики Казахстан. Коронки, выполненные по рекомендациям 1-4, внедрены в производство с получением значительного эффекта при оснащении ими снарядов со съемными керноприемниками (ССК).
Библиографические ссылки
Предварительный патент РК №13169 «Алмазная буровая коронка», опубликовано в бюл. №6, 2003 (Авторы: Федоров Б.В. Кудайкулов С.К., Касенов А.).
Кудайкулов С.К. Бурение скважин в сложных условиях снарядами со съемными керноприемниками (ССК). Алматы, КазНТУ, 2010.
Предварительный патент РК №13379 «Алмазная буровая коронка», опубликовано бюл. №5, 2006. (Авторы: Федоров Б.В., Кудайкулов С.К., Касенов А.).
Кудайкулова Г.А., Федоров Б.В. и др. Результаты сравнительных испытаний алмазных буровых коронок ведущих фирм. Вестник КазНТУ, №2 (102), Алматы, 2014, стр.75-79.
Ratov B. T., Bondarenko M. O., Mechnik V. A., Strelchuk V. V., Prikhna T. A., Kolodnitskyi V. M. и др. Structure and Properties of WC–Co Composites with Different CrB2 Concentrations, Sintered by Vacuum Hot Pressing, for Drill Bits // ISSN 1063-4576, Journal of Superhard Materials, 2021, Vol. 43, No. 5, pp. 344–354.
Инновационный патент РК №25764 «Алмазная буровая коронка», опубл. Бюл №5, 2012. (Авторы: Федоров Б.В., Кудайкулова Г.А., Бердыбаев И.М.).
Патент РК №35548 «Алмазная буровая коронка», опубликован бюл. №10, 2022.
(Авторы:Ратов Б.Т., Федоров Б.В., Кудайкулова Г.А. и др.)
SudakovА., Dreus A., Ratov B., Delikesheva D. The oretical bases of isolation technology for swallowing horizons using thermoplastic materials // News of the national academy of sciences of the republic of Kazakhstan series of geology and technical sciences. ISSN 2224-5278 Volume 2, Number 428 (2018), 72 – 80
Biletskiy M. T., Ratov B. T., Kozhevnykov A. А., Baiboz A. R., Delikesheva D. N. Updating the theoretic model of rock destruction in the course of drilling // News of the national academy of sciences of the republic of Kazakhstan series of geology and technical sciences. ISSN 2224-5278
Volume 2, Number 428 (2018), 63 – 71
Ratov B.T., Fedorov B.V. Hydroimpulsive Development of Fluid-Containing Recovery. Life Sci J 2013;10(11s):302-305] (ISSN:1097-8135).
Ratov B.T., Fedorov B.V. and Zhanabayev T.A. The Causes of Fluctuation of Hydrodynamic Pressure in Wells and Recommendations for its Reduction.Life Sci J 2013;10(12s):589-591 (ISSN:1097-8135).
NovitskyiI.V., Sliesarev V.V., Maliienko A.V. Method of identification of nonlinear dynamic control objects of preparatory processes before ore dressing / NaukovyiVisnykNatsionalnohoHirn ychohoUniversytetu. 2020, (2): 42-46https://doi.org/10.33271/nvngu/2020-2/042
Abdullayev, V. J. (2021). New approach for two-phase flow calcuation of artifical lift. SOCAR Proceedings, 1, 49–55.
Исмайылов, Ф. С.,Исмайылов, Г. Г., Сафаров, Н. М. (2010). Сыпучие трубочисты (о перспективах применения вязкосыпучих систем в нефтeдобыче). Нефть России, 10, 84-86.
Suleimanov, B. A., Veliyev, E. F., &Aliyev, A. A. (2021).Impact of nanoparticle structure on the effectiveness of pickering emulsions for eor applications. ANAS Transactions, 1, 82-92.
Panakhov, G. M., Suleimanov, B. A. (1995). Specific features of the flow of suspensions and oii disperse systems. Colloid Journal, 57(3), 386-390.
Suleimanov, B. А.,Askerov, М. S., Valiyev, G. А. (2000). Potential of re-development of horizon PK-5 (north) of Surakhany field. Azerbaijan Oil Industry, (5), 16-21.
Suleimanov, B. А. (1997). Slip effect during filtration of gassed liquid. Colloid Journal, 59(6), 749-753.
Suleimanov, B. А. (2011). Sand plug washing with gassy fluids. SOCAR Proceedings, 1, 30-36.
Mechnik V.A., Bondarenko N.A., Kuzin N.O., Lyashenko B.A. The role of structure formation in the formation of physical and mechanical properties of diamond-(Fe-Cu-Ni-Sn) composites.
Friction and wear. - 2016. - T. 37. - No. 4. - P. 482-490.
Gevorkyan E., Mechnik V., Bondarenko N., Vovk R., Lytovchenko S., Chishkala V., Melnik O. Peculiarities of obtaining diamond-(Fe-Cu-Ni-Sn) hot pressing. Functional Materials. – 2017. – №24. – P. 31-45.
Mechnik V. A., Bondarenko N. A., Dub S. N., Kolodnitskyi V. M , Nesterenko Yu. V., Kuzin N. O., Zakiev I. M., Gevorkyan E. S., A study of microstructure of Fe-Cu-Ni-Sn and Fe-Cu-Ni-SnVN metal matrix for diamond containing composites.Materials Characterization. – 2018. – №146. – P. 209-216.
Mechnik V. A., Bondarenko N. A., Kolodnitskyi V. M., Zakiev V. I., I. Zakiev I. M., Storchak M., Dub S. N., Kuzin N. O. Physico-mechanical and tribological properties of Fe-Cu-Ni-Sn and Fe-Cu-Ni-Sn-VN nanocomposites obtained by powder metallurgy methods. Tribology in Industry. – 2019. – Vol. 41, № 2. – P. 188-198.
Mechnik V. A., Bondarenko N. A., Kolodnitsky V. N., Zakiev V. I., Zakiev I. M., Ignatovich S. R., Dub S. N., Kuzin N. O. Formation of Fe-Cu-Ni-Sn-VN Nanocrystalline Matrix by Vacuum Hot Pressing for Composite Diamond-Containing Material. Mechanical and tribological properties // Superhard materials. 2019. - No. 6. - S. 26-43.
Buravleva, A.A.; Fedorets, A.N.; Vornovskikh, A.A.; Ognev, A.V.; Nepomnyushchaya, V.A.; Sakhnevich, V.N.; Lembikov, A.O.; Kornakova, Z.E.; Kapustina, O.V.; Tarabanova, A.E.; Reva, V.P.; Buravlev, I.Y. Spark Plasma Sinteringof WC-Based 10wt%Co HardAlloy: AStudyofSinteringKineticsandS olid-PhaseProcesses. Materials 2022, 15, 1091. https://doi.org/10.3390/ma15031091
Rasulov S. R., Hasanov G. T., Zeynalov A. N. Acoustic testing of rheological properties of oil in borehole / N e w s Of The National Academy Of Sciences Of The Republic Of Kazakhstan series of geology and technical sciences. ISSN 2224-5278 Volume 2, Number 440 (2020), 141 - 147 https://doi. org/10.32014/2020.2518-170X.41
Isheyskiy V. A., Vasil’yev A. S. Klyuchevyyeosobennosti i problemypriobrabotke, analize i interpre tatsiidannykhpoprotsessubureniyavzryvnykhskvazhin // Gornyyinformatsionno-analiticheskiybyulleten’. – 2022. – № 3. – S. 16–33. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_3_0_16.
Sysoyev N. I., Grin’ko A. A., Grin’ko D. A. Obosnovaniyestruktury i ratsional’nykhkonstruktiv nykhparametrovperforatora s vintovymrabochimkhodomburovogoinstrumenta // Gornyyinformatsionnoanaliticheskiybyulleten’. – 2021. – № 7. – S. 113–124. DOI: 10.25018/0236.1493.2021.70113.
Karasawa H., Ohno T., Miyazaki K., Eko A. Experimental results on the effect of bit wear on torque response // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2016, vol. 84, pp. 1–9.
Sarmurzina R.G., Boiko G.I., Lyubchenko N.P. , Karabalin U.S. , Demeubayeva N.S. Alloys for the production of hydrogen and active aluminum oxide. News Of The National Academy Of Sciences Of The Republic Of Kazakhstan Series Of Geology And Technical Sciences. ISSN 2224-5278 Volume 1, Number 451 (2022), 91-98 https://doi.org/10.32014/2022.2518-170X.145
