Алмазные коронки.

Как уже указывалось, для алмазных буровых коронок применяют мелкие фракции алмазногосырья. 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 – 3,0 мм) до 600 шт/кар (примерно 0,6 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. 13

Таблица 13

Алмазная коронка состоит из стального корпуса с резьбой и приваренной (припаянной) в процессе изготовления алмазосодержащей матрицей. Матрица изготавливается из порошка твердого сплава ВК-6 или ВК-8, в котором размещаются зерна алмазов (резцы), который прессуется и пропитывается расплавленной медью (или редко никелем). Расплавленная медь припаивает матрицу к корпусу. Алмазные коронки различаются шириной торца (матрицы) в зависимости от того используются они с простыми колонковыми снарядами, или и со снарядами со съемным керноприемником.

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 – IХ категорий по буримости, импрегнированные для пород IХ – ХII категорий.

Однослойные алмазные коронки (обозначаются буквой – А) оснащаются «объемными» алмазами размером от 2500 мкм до 1600 мкм (20 – 60 шт/кар), размещенными в матрице по торцу и выступающие 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 и внутреннего диаметров коронки и соответственно диаметров скважины и керна.

Многослойные коронки (буква - М) выпускались ранее, оснащались объемными алмазами зернистостью 40 – 90 шт/кар - один слой по торцу коронки, далее в глубине матрицы еще 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, почти полностью заменены импрегнированными коронками.

Импрегнированные коронки (буква – И) оснащены мелкими алмазами от 90 – 120 шт/кар до 600 шт/кар (серийные) и до 1200 и даже до 12000 шт/кар (коронки с мелкими фракциями алмазов и порошковые) Подрезные алмазы, как и в однослойных, хорошие и крупные (20 – 40 шт/кар). Объемные алмазы равномерно распределены внутри алмазосодержащего слоя матрицы высотою обычно 4 мм, (иногда 6 и 9 мм) работают по принципу самозатачивания. Применение для подрезных более крупных и качественных алмазов объясняется кроме ответственной роли еще и тем, что после полного износа объемных алмазов, подрезные остаются практически целыми, извлекаются из отработанных коронок, и могут использоваться еще раз.

Кроме типа, алмазные коронки различаются по целому ряду других признаков: конструкция коронки: форма торца матрицы, число и геометрия промывочных каналов, форма размещения алмазов и наличие их выступа из торца, твердость матрицы, качество и размер объемных и подрезных алмазов и другие.

Твердость матрицы имеет самостоятельное 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. Табл. 14. (твердость по Роквеллу НРС)

Таблица 15

Матрицы с твердостью 1 и 2, 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).

В зарубежных коронках твердость матрицы является основным показателем выбора коронки для бурения в разных горных породах. Разные фирмы предлагают до 10 – 15 типов коронок по свойствам матрицы в зависимости от абразивности буримых пород.

Работоспособность алмазной коронки кроме 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 одинарных колонковых труб диаметром 46 – 76 мм составляет от 4 до 20 карат, среднее 10 – 12 карат.

Алмазные коронки применяются в весьма различных по своим свойствам породам от VI 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 коронок и еще много, разработанных другими отечественными организациями и зарубежными фирмами. От правильного выбора конкретной алмазной коронки для данных конкретных геологических условий во многом зависит эффективность – скорость углубки, проходка за рейс, износ алмазов, то есть производительность и себестоимость. Правильный выбор алмазной коронки одна из наиболее важных задач технологии алмазного бурения.

В последнее время в геологоразведочном бурении в нашей стране получило преобладающее применение зарубежных снарядов ССК (Longyear и подобные) с алмазными коронками ведущих зарубежных фирм. В большинстве случаев применяются импрегнированные коронки, различающиеся по форме торца и по твердости матрицы. Наиболее распространены гребенчатая и ступенчатая формы торца. По свойствам матрицы фирмы выделяют от 10 до 15 вариантов коронок.

В нашей стране распространением отечественных и зарубежных коронок занимается ряд фирм – АлмазГеоБур, Бинур-Техно и другие.

Отечественные коронки представлены продукцией завода алмазного инструмента «Терекалмаз», фирмами: РосПромБур, ТулНИГП,

Зарубежные алмазные коронки представляют в нашей стране более десяти известных фирм – ATAC COPCO CRAELYUS, BOART LONGYEAR, FORDIA, DIMATEC, HOBIC, CRISTENSEN, JKS BOYES, и другие.

Подробнее о зарубежных алмазных коронках и рекомендациях по технологии алмазного бурения смотрите в приложении. №1