6.3. Износ резцов

Интенсивный износ твердосплавных резцов коронок обусловлен в первую очередь абразивностью горных пород и недостаточно высокой прочностью самих резцов. При нормальных условиях их износ происходит равномерно и достаточно медленно. При хорошем отводе тепла износ не зависит от скорости вращения коронки. Как было уже отмечено, в твердом сплаве части­цы карбида вольфрама связываются кобальтом, который при от­носительно небольших температурах (470 – 1200 °С) способен раз­мягчаться, что ведет при нагревании его выше критической тем­пературы к снижению прочности твердого сплава. Чем больше кобальта, тем ниже критическая температура:

На температуру и износ резцов влияют технологические режимы: осевая нагрузка, скорость вращения, качество и количе­ство промывочной жидкости.

Исследованиями многих ученых установлено, что по дос­тижении некоторых критических значений режимов бурения на­блюдается резкое повышение износа.

Для малоабразивных пород типа мрамора (по данным ис­следований Л. А. Алексеева) такой критической точкой является удельная нагрузка С_у, равная 150 МПа. Критическая точка для абразивных пород бывает значительно меньше 70-80 МПа.

Критической окружной скоростью для мрамора (по иссле­дованиям В. Г. Михайлова, М. Г. Крапивина, а затем Э. А. Мотовилова и К. Б. Шляпина) является окружная скорость, равная 1,5 - 2,5 м/с, для песчаников - 0,6 -0,8 м/с. При достижении крити­ческой точки интенсивность износа резко возрастает. Причиной столь интенсивного износа является высокая абразивность породы, вызывающая при бурении повышение температуры и размяг­чение твердого сплава.

Износ резцов зависит от расхода жидкости.

По замерам Л. А. Алексеева при бурении песчаника с на­грузкой на резец 60 - 70 МПа и подаче промывочной жидкости в количестве 20 л/мин температура в контакте резца с породой со­ставляла 550 °С. С увеличением промывочной жидкости до 75 л/мин температура снизилась до 300 °С. Без промывки темпе­ратура достигала 700 °С и выше.

Б ольшое влияние на износ коронок и бурового снаряда ока­зывает качество промывочной жидкости. На рис. 6.1 показана зависимость износа коронок ∆Р от проходки h для различных видов промывочной жидкости.

6.1. Влияние очистного агента на твердосплавных резцов

Наиболее интенсивный износ (рис. 6.1) наблюдается при промывке вязкими растворами, в которых скапливается шлам, когда раствор становится весьма абразивным. За счет износа коронки проходка с промывкой глинистым раствором, по сравнению с промывкой водой уменьшается в 2 раза. В практике бурения наиболее распространенной промывочной жидко­стью является вода. Однако вода в контакте с твердыми телами обладает значительной вязкостью, а, следовательно, значительным коэффициентом трения: 0,26 (кварц), 0,3 (микроклин), 0,37 (мрамор).

Исследования пока­зали, что при добавке в воду ПАВ, гидрофобизирующих стенки скважин и поверхности бурового снаряда, можно снизить коэффициент трения в контакте резец - порода в 2 - 3 и более раз. Так, например, при добавлении в воду всего 0,1 % олеата натрия коэффициент трения падает до 0,2 при бурении кварца, 0,17 при бурении полевого шпата 0,14 при бурении мрамора.

Таким образом, использование эмульсий при твердосплавном бурении приводит к повышению ресурса коронки и бурового снаряда в целом. Одновременно с этим понижается энергоемкость вращения бурильной колонны, ее вибрация, повышается выход керна.