1. Режущие и истирающие материалы Алмазы

До 1930–1931 гг. колонковое бурение называлось алмазным, потому что для разрушения горных пород на забое применялись почти исключительно алмазы. В настоящее время для этой цели применяются: 1) алмазы, 2) твердые сплавы, 3) дробь чугунная и стальная.

Алмазы были применены в колонковом бурении ранее других материалов, потому что они являются самыми твердыми. Алмаз по абсолютной шкале твердости в 140 раз превышает твердость корунда, в ~820 раз – твердость топаза и в ~3170 раз – твердость кварца.

С другой стороны, кварц обладает твердостью, только в 3 раза превышающей твердость полевого шпата и в 18 раз – твердость апатита.

Отсюда понятно, почему в бурении алмазы имеют особое значение.

В технике различают следующие типы алмазов: борты, балласы и карбонаты.

Бортыпредставляют собой крупнокристаллическую разность алмазов светлых тонов; они характеризуются хрупкостью, поэтому даже от легких ударов разрушаются. Наибольшую ценность представляют мелкие борты для изготовления мелкоалмазных (импрегнированных) коронок.

Балласыотличаются от бортов радиальнолучистым строением с твердой мелкокристаллической оболочкой. Среди алмазов они имеют наивысшую твердость, однако также отличаются хрупкостью.

Карбонатыимеют почти аморфное строение, поэтому отличаются наибольшей вязкостью, менее чувствительны к ударам. Они имеют металлический черный блеск (цвет воронова крыла), обладают весьма высокой твердостью и стойкостью на истирание.

Рис. 8.1. Схема буровой установки колонкового бурения и забойного оборудования к нему:

I – копер (вышка); II – откос; III – буровой станок; IV – насос; V – электродвигатель; VI – двигатель; VII – направляющая труба. 1 – коронка; 2 – колонковая труба; 3 – переходник с колонковой трубы на колонну штанг; 4 – колонна штанг; 5 – вертлюг-сальник; 6 – подъемный крюк; 7 – талевый блок, 8 – шпиндель станка; 9 – патроны, зажимающие верх колонны штанг; 10 – подъемная лебедка; 11 – регулятор подачи станка; 12 – нагнетательный шланг; 13 – керн; 14 – отстойные желоба; 15 – отстойный бак; 16 – приемный бак: 17 – всасывающий рукав; 18 – талевый канат; 18 a – неподвижный конец каната; 19 – индикатор веса; 20 – манометр индикатора веса; 21 – манометр бурового насоса; 22 – верхняя рама с кронблоком; 23 – ноги копра (вышки); 24 – пояса; 25 – раскосы копра; 26 – фундаментные тумбы

Для бурения отбираются алмазы, обладающие близкой к шарообразной формой. Единицей измерения для алмазов является карат, равный 200 мг (0,2 г). По величине в бурении применяются алмазы крупные – 0,75–1,5 карата и более и мелкие – 0,05–0,25 карата.

Способ вставки алмазов в коронки зависит от их величины. Крупные алмазы чеканятся. Для чеканки крупных алмазов необходимо иметь набор слесарного (тиски, пилы, дрель, зубила, молотки и т. п.) и измерительного (мерные линейки, циркули, штангенциркуль и т. п.) инструмента. Кроме того, нужны каратные весы.

Н

Рис. 8.2. Крупноалмазная коронка

Рис. 8.3. Мелкоалмазная коронка

а рис. 8.2 изображена крупноалмазная коронка. Камни по размерам таковы, что один камень в торце не перекрывает тело коронки, поэтому их располагают в шахматном порядке: один выставляют наружу, второй внутрь. Например, в алмазную коронку диаметром 46 мм (самую ходовую) вставляют шесть-восемь алмазов.

Крепление мелких алмазов (рис. 8.3) в коронках производится следующими тремя способами:

1) Способ спекания. Кольцевая пресс-форма заполняется металлическим порошком; поверх в определенном порядке укладываются алмазы; масса спрессовывается при высоком давлении и спекается при высоких температурах, полученное кольцо припаивается или приклепывается к торцу коронки.

2) Способ насыщения заключается в том, что мелкие алмазы перемешиваются с металлическим порошком, смесь прессуется и спекается.

3) Литой способ отличается oт предыдущих тем, что в специальной форме укрепляются в определенном порядке алмазы, а потом заливаются особым сплавом. Кольцо с алмазами припаивается к коронке.