Особенности выбора резцов коронок

 

Вращательное бурение позволяет разрушать мягкие, пластичные и горные породы вплоть до среднего уровня твердости. Эти работы выполняются с применением коронки, оснащенной резцами с твердосплавными наконечниками. Разрушающие элементы устанавливаются на торце кольцевого корпуса с выступами, определяющими наружный и внутренний диаметр. В зоне рабочего воздействия осуществляется скалывание и резание породы для ее разрушения и последующей транспортировки на поверхность с применением других технологических решений.

 

Рассмотрим подробнее инструменты этой категории. Подробное изучение твердых сплавов и геометрии поможет выбрать резцы коронок правильно для успешной реализации определенного проекта бурения скважин.

 

Что такое твердые сплавы

 

 

Эти материалы можно разделить на две категории. Первая – это наплавочные составы (релит и др.), которые обеспечивают существенное увеличение стойкости контактных поверхностей к износу. Они обладают достаточно высокой сопротивляемостью к механическим воздействиям, что можно использовать при прохождении пород среднего уровня твердости – вплоть до VII категории.

 

Для разрушения более прочных пород отмеченных возможностей недостаточно. Эту задачу решают с помощью спеченных сплавов ВК, которые создают из карбида вольфрама и кобальта. Они выпускаются из порошкообразной смеси этих веществ с применением прессовки в специальной форме и регулируемого нагрева. Кобальт прочно скрепляет после остывания микроскопические зерна прочного карбида вольфрама. Цифры в названии материала соответствуют содержанию связующего в процентах.

 

Для изготовления спеченных сплавов по стандарту пользуются нормативами ГОСТ 388−74. Основные параметры этих материалов приведены в следующем перечне (мин./ макс. значение):

 

• содержание кобальта, % – 3/ 25;

• плотность, г/ см куб. – 12,9/ 15,3;

• минимальная прочность при выполнении испытаний на изгиб, МПа – 1100/ 2050;

• твердость HRC – 79/ 91.

 

Физико−механические свойства сплава определяются не только количеством связующего, но и размерами зерен вольфрама. В отдельных вариантах исполнения допустимо применение карбида тантала и других корректирующих добавок.

 

Мелкозернистые сплавы отличаются повышенной прочностью на сжатие. Но повышение содержания кобальта улучшает этот параметр только до уровня 6% (ВК6). Прочность увеличивается при повышении температуры до +200°С. Однако на уровне около +950±50°С этот параметр достаточно быстро уменьшается более чем 2 раза по сравнению с исходным значением. Нелинейность физико−механических свойств следует учитывать при расчете рабочих режимов.

 

Рассмотренные сплавы отличаются высокой теплопроводностью. Этот показатель обеспечивает эффективный отвод тепла от поверхности рабочих кромок резца и соответствующее замедление их износа. Если сплав наносится на корпус пайкой, следует обращать повышенное внимание на качество соответствующего соединения, так как разные коэффициенты термического расширения материалов создают большие термические напряжения.

 

Геометрические параметры эффективных резцов

Инструменты этой категории выпускаются в разных вариантах исполнения, поэтому при выборе следует учитывать значение геометрических параметров:

 

• формы;

• высоты;

• толщины;

• ширины;

• углов – переднего и заднего, наклона и поворота.

 

Для более точной оценки необходимо включать в расчет выход разрушающих элементов за пределы кольца коронки.

 

Применение клиновидного резца увеличивает эффективность бурения в начальной фазе воздействия на породу и позволяет применять высокую скорость вращения.  С другой стороны – эта форма ускоряет износ, поэтому придется чаще выполнять замену инструмента.

 

Ширина и толщина определяют значение прочности при сравнении резцов, изготовленных из одинакового материала. Однако большое сечение инструмента увеличивает пятно рабочего контакта, что повышает сопротивление разрушаемой породы. Применение узких аналогов позволяет увеличить эффективность при прохождении твердых пород. Отмеченные особенности заставляют инженеров применять сочетание двух видов резцов с большим и малым сечением для оснащения коронки.

 

Большой передний угол режущего инструмента уменьшает его прочность, но позволяет увеличить скорость разрушения породы. Для трещиноватых слоев лучше подходят резцы с отрицательным наклоном соответствующей части, применение которых предотвращает заклинивание. Задний угол должен быть больше нуля, чтобы снизить потери полезной мощности привода на преодоление сил трения.

 

Углом поворота инструмента относительно его центральной оси увеличивают нагрузочные способности резца. Корректный наклон в коронках позволяет эффективно выполнять бурение в слоистых/ трещиноватых породах.

 

Выступ резца за пределы торцевой кромки корпуса коронки также следует учитывать при организации работ. Слишком большое значение этого параметра увеличивает нагрузку на инструмент. Маленькое – затрудняет удаление шлама, повышает вероятность заклинивания.

 

Скорость бурового процесса (механическая) обратно пропорциональна квадратному корню из количества установленных на колонке резцов. Но увеличение этого параметра соответствующим образом повышает осевые нагрузки. Эффективность работы инструментов увеличивают ступенчатым размещением разрушающих элементов.