ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БУРОВЫХ ДОЛОТ ПРИ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЯХ И ТЕМПЕРАТУРАХ С ПРИМЕНЕНИЕМ НОВЫХ АЛМАЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Разработана оригинальная технология изготовления алмазных буровых долот диаметром до 212 мм при давлениях до 1,5 ГПа и температурах до 1250 °С, включающая спекание в теплэлектроизолирующей оболочке с электронагревателями в стальной камере высокого давления в течение 120 мин. При изготовлении долот методом спекания под высоким давлением в стальной камере высокого давления (КВД) установлено, что процесс спекания является производительным, оснастка для него может быть применена многократно. Разработана и изготовлена КВД типа цилиндр-поршень с рабочим диаметром до 280 мм. При изготовлении долот может быть использован как стальной корпус для напрессовки на него матричного материала с алмазами, так и целиком порошковый корпус с алмазами или отверстиями для последующего закрепления алмазов пайкой или механическим способом. Изготовлены долота с модельными режущими элементами из поликристаллических алмазов типа карбонадо, проверены их эксплуатационные свойства. При бурении блока мрамора при нагрузке до 50 кН и числе оборотов 355 об/мин была достигнута механическая скорость до 20 м/ч. Установлено, что разработанная технология позволяет сохранить режущие свойства алмазов типа карбонадо, по термостойкости являющихся аналогами алмазно-твердосплавных композитов PCD. Прочностные показатели долота обеспечивают возможность его эксплуатации при самых напряженных силовых режимах бурения, металлокерамическая матрица обеспечивает надежное закрепление режущих элементов алмазных композитов АСПК, является износостойкой и обладает высокой прочностью. Данная технология является энергосберегающей, экологически чистой и производительной. Она может быть применена для изготовления металлокерамического износостойкого, коррозионностойкого корпуса долота с последующим закреплением в нем режущих алмазных элементов методом пайки или механическим закреплением с использованием алмазных композиционных материалов типа PCD с различной термостойкостью.

алмазный композит, АСПК, АТП, PCD, КВД, спекание, связка алмазного инструмента, буровой инструмент, алмазные долота PDC

1. Бессон А., Берр Б., Диллард С. и др. Новый взгляд на режущие элементы буровых долот // Нефтегазовое обозрение. 2002. Т. 7. № 1. С. 4 – 31.

2. Hungerford F., Ren T. Poly-crystalline diamond drill bit development. In 14th Coal Operators’ Conference, University of Wollongong, The Australasian Institute of Mining and Metallurgy & Mine Managers Association of Australia. 2014. P. 293 – 300.

3. Scott D., Stockeydr D., Digiovanni A. Engineered geometries for PDC cutters extends the life and performance of PDC drill bits // Finer Points Superabrasive Industry Review. 2015. Summer. P. 19 – 20.

4. Шарипов А.Н., Мингазов Р.Р. Долота для бурения по твердым породам // Бурение и нефть. 2012. № 12. C. 46 – 48.

5. Трушкин О.Б., Попов А.Н. Выбор долот PDC в соответствии с твердостью и абразивностью горных пород // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2015. № 6. С. 34 – 38.

6. García-Marro F., Mestra A., Kanyanta V. etc. Contact damage and residual strength in polycrystalline diamond (PCD) // Diamond & Related Materials. 2016. Vol. 65. Р. 131 – 136.

7. Bellin F., Dourfaye A., King W., Thigpen M. The current state of PDC bit technology // World Oil. 2010. September Issue. P. 41 – 46.

8. Scott D. The history and impact of synthetic diamond cutters and diamond enhanced inserts on the oil and gas industry // Industrial Diamond Review. 2006. No. 1. P. 48 – 55.

9. Сергейчев К.Ф. Алмазные CVD-покрытия режущих инструментов (обзор) // Успехи прикладной физики. 2015. Т. 3. № 4. C. 342 – 376.

10. Sexton T.N., Cooley C.H. Polycrystalline diamond thrust bearings for down-hole oil and gas drilling tools // Wear. 2009. Vol. 267. P. 1041 – 1045.

11. Pat. 20140352228 US. Method of processing polycrystalline diamond material / Humphrey Samkelo Lungisani Sithebe, Andrew Ndlovu. 2014.

12. Pat. 20120152064 US. Protective system and chemical agents for leaching polycrystalline diamond elements / Ram L. Ladi, Carl Edward Wells, Bhupinder Kumar Kataria, Stephen W. Almond. 2012.

13. Pat. 7757791 US. Cutting elements formed from ultra hard materials having an enhanced construction / John Daniel Belnap, Stewart N. Middlemiss. 2010.

14. Yahiaoui M., Gerbaud L., Paris J.-Y. etc. A study on PDC drill bits quality // Wear. 2013. Vol. 298–299. P. 32 – 41.

15. Елютин А.В., Лаптев А.И., Манухин А.В. и др. Синтез поликристаллических алмазов «карбонадо» из пирографита // Доклады РАН. 2001. Т. 378. № 6. С. 1 – 6.

16. Лаптев А.И. Классификация синтетических поликристаллических алмазов «Баллас» и «карбонадо» // Изв. вуз. Черная металлургия. 2014. № 1. С. 51 – 55.

17. Бугаков В.И., Коняев Ю.С. Высокоэффективный алмазный инструмент, изготовленный по оригинальной технологии с применением высоких давлений и температур, новых связок и алмазных материалов // Сверхтвердые материалы. 2001. № 6. С. 54 – 63.

18. Довбня А.В., Бугаков В.И., Коняев Ю.С. Высокоэффективное бурение горных пород высокой твердости коронками на основе АСПК // Алмазы и сверхтвердые материалы. 1982. № 3. С. 7 – 8.

19. Бугаков В.И., Елютин А.В., Караваев К.М. и др. Новый тип связок на основе никеля, легированного дибаридами титана и хрома, для алмазного камнеразрушающего инструмента // Изв. вуз. Цветная металлургия. 1998. № 5. C. 61 – 68.

20. Зайцев А.А., Вершинников В.И., Панов В.С. и др. Влияние технологических параметров спекания на структуру и свойства твердого сплава ВК5 из СВС- порошка карбида вольфрама // Изв. вуз. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2013. № 3. С. 21 – 27.

21. Zaytsev A.A., Borovinskaya I.P., Vershinnikov V.I. etc. Near-nano and coarse-grain WC powders obtained by the self-propagating high-temperature synthesis and cemented carbides on their basis. Part I. Structure, composition and properties of WC powders // Int. Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2015. Vol. 50. P. 146 – 151.