Обоснование конструкций однослойных алмазных коронок с нечётным количеством радиальных рядов в укороченном секторе
Рассмотрены вопросы создания новых конструкций однослойных алмазных коронок, отличающихся нечѐтным количеством радиальных рядов алмазов в секторах и обеспечивающих снижение удельных нагрузок на единичные алмазные резцы. Предлагается использование смежных секторов алмазосодержащей матрицы буровой кор...
Saved in:
| Published in: | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
|---|---|
| Date: | 2019 |
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2019
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/159939 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Обоснование конструкций однослойных алмазных коронок с нечётным количеством радиальных рядов в укороченном секторе / А.А. Каракозов, А.П. Закора, С.Н. Парфенюк, А.Ю. Остапюк // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2019. — Вип. 22. — С. 102-109. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859673454881538048 |
|---|---|
| author | Каракозов, А.А. Закора, А.П. Парфенюк, С.Н. Остапюк, А.Ю. |
| author_facet | Каракозов, А.А. Закора, А.П. Парфенюк, С.Н. Остапюк, А.Ю. |
| citation_txt | Обоснование конструкций однослойных алмазных коронок с нечётным количеством радиальных рядов в укороченном секторе / А.А. Каракозов, А.П. Закора, С.Н. Парфенюк, А.Ю. Остапюк // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2019. — Вип. 22. — С. 102-109. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| description | Рассмотрены вопросы создания новых конструкций однослойных алмазных коронок, отличающихся нечѐтным количеством радиальных рядов алмазов в секторах и обеспечивающих снижение удельных нагрузок на единичные алмазные резцы. Предлагается использование смежных секторов алмазосодержащей матрицы буровой коронки с различной раскладкой алмазов и разным количеством радиальных рядов. Приведены результаты компьютерного моделирования подобной алмазной коронки. Показано, что неравномерность нагружения отдельных алмазов сектора однослойной коронки снижается с уменьшением количества радиальных рядов. Наиболее оптимальным с этой точки зрения для коронок с нечѐтным количеством радиальных рядов в секторе является использование трех радиальных рядов. Показана перспективность их использования при бурении геологоразведочных скважин.
Розглянуто питання створення нових конструкцій одношарових алмазних коронок, що відрізняються непарною кількістю радіальних рядів алмазів в секторах і забезпечують зниження питомих навантажень на одиничні алмазні різці. Пропонується використання суміжних секторів алмазовмісної матриці бурової коронки з різною розкладкою алмазів і різною кількістю радіальних рядів. Наведено результати комп'ютерного моделювання подібної алмазної коронки. Показано, що нерівномірність навантаження окремих алмазів сектора одношарової коронки знижується зі зменшенням кількості радіальних рядів. Найбільш оптимальним з цієї точки зору для коронок з непарною кількістю радіальних рядів в секторі є використання трьох радіальних рядів. Показана перспективність їх використання при бурінні геологорозвідувальних свердловин.
The issues of creating new designs of single-layer diamond crowns, differing in an odd number of radial rows of diamonds in the sectors and ensuring a reduction in unit loads on single diamond cutters are considered. It is proposed to use the adjacent sectors of the diamond-bearing matrix of the drill bit with different diamond layouts and different numbers of radial rows. The results of computer simulation of a similar diamond crown are given. It is shown that the uneven loading of individual diamonds in the single-layer crown sector decreases with a decrease in the number of radial rows. The best from this point of view for crowns with an odd number of radial rows in the sector is the use of three radial rows. The prospects of their use in drilling exploration wells are shown.
|
| first_indexed | 2025-11-30T14:50:52Z |
| format | Article |
| fulltext |
Выпуск 22. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
http:/altis-ism.org.ua
102
by changing the design of drill bits]. Energetics. Ecology. Human. Section: Theprospects
for the development of mining and underground building’ 16: VIII Mizhnarodna
naukovo-tekhnichna konferentsiia (25–28 travnia 2016 roku) – 8-rd International
Scientific and Technical Conference. (pp. 46–54). Kyiv–KPI [in Ukrainian].
13. Slavinskii, M. P. (1952). Fiziko-khimicheskiie svoistva elementov [Physical and chemical
properties of elements]. Moskva: Hosudarstvennoie nauchno- tekhnicheskoie izdatelstvo
literatury po chernoi i tsvetnoi metallurhii [in Russian].
14. Khimicheskaya entsiklopediia v 5 tomach. Medi–Рolimernyie. рod obshchei redaktsiiei
Knuniants I.L. i dr. (1992) [Chemical encyclopedia in 5 volumes, Copper–Polymer].
Moskva: Nauchnoie izdatelstvo «Bolshaia rossiiskaia entsiklopediia» [in Russian].
15. Turkevych, V. Z., Zakora A. P, Melniichuk, Yu. O., Suprun, M. V., Stasiuk, L. P.,
Stratiichuk, D. A., et al. (2018). Metod otsínky pratsezdatností ATP dlia burovoho
heolohorozvíduvalnoho ínstrumentu // Porodorazrushaiushchii i
metalloobrabatyvaiushchii instrument–tekhnika i tekhnolohiia eho izhotovleniia i
primeneniia: [Rock Destruction and Metal-Working Tools – Techniques and Technology
of the Tool Manufacture and applications] ,Vol. 21, 26–32 [in Ukrainian].
16. Petasyuk, G. A. (2014) System and criterial method of the identification and quantitative
estimation of the geometrical shape of the abrasive powder grains projection // Powder
Technology, V. 264. 78–85.
17. Maistrenko, A. L. Zakora, A. P., Shmehera, R. S., Suprun, M. V., Vynohradova, O. P.,
Petasyuk , H.A. «et al.» (2017) Intensyvnist znoshuvannia porodoruinivnykh elementiv iz
KAM v zalezhnosti vid khimichnoho skladu ta sposobu nanesennia pokryttiv na almazni
zerna [The intensity of wear of rock-cutting elements with diamond composite material
depending on the chemical composition and method of applying coatings on diamond
grains]. Porodorazrushaiushchii i metalloobrabatyvaiushchii instrument – tekhnika i
tekhnolohiia eho izhotovleniia i primeneniia – [Rock Destruction and Metal-Working
Tools –Techniques and Technology of the Tool Manufacture and applications], Vol.20,
469–481 [in Ukrainian].
УДК 622.24.051.64 DOI: 10.33839/2223-3938-2019-22-1-102-109
А. А. Каракозов
1
, канд. техн. наук, А. П. Закора
2
, канд. техн. наук, С. Н. Парфенюк
1
,
А. Ю. Остапюк
1
1
Донецкий национальный технический университет, ул. Артема, 131А, 83000, г. Донецк, e-
mail: karakozov@ukr.net
2
Институт сверхтвѐрдых материалов им. В. Н. Бакуля НАН Украины,
ул. Автозаводская, 2, 04074, г. Киев, e-mail: apz146@ism.kiev.ua
ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ ОДНОСЛОЙНЫХ АЛМАЗНЫХ КОРОНОК С
НЕЧЁТНЫМ КОЛИЧЕСТВОМ РАДИАЛЬНЫХ РЯДОВ В УКОРОЧЕННОМ
СЕКТОРЕ
Рассмотрены вопросы создания новых конструкций однослойных алмазных коронок,
отличающихся нечѐтным количеством радиальных рядов алмазов в секторах и обеспечивающих
снижение удельных нагрузок на единичные алмазные резцы.
Предлагается использование смежных секторов алмазосодержащей матрицы буровой коронки
с различной раскладкой алмазов и разным количеством радиальных рядов. Приведены результаты
mailto:apz146@ism.kiev.ua
РАЗДЕЛ 1. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
103
компьютерного моделирования подобной алмазной коронки. Показано, что неравномерность
нагружения отдельных алмазов сектора однослойной коронки снижается с уменьшением количества
радиальных рядов. Наиболее оптимальным с этой точки зрения для коронок с нечѐтным количеством
радиальных рядов в секторе является использование трѐх радиальных рядов. Показана перспективность
их использования при бурении геологоразведочных скважин.
Ключевые слова: бурение геологоразведочных скважин, однослойные алмазные коронки,
моделирование алмазных коронок.
Вновь создаваемые конструкции алмазного породоразрушающего инструмента должны
обеспечивать рост технико-экономических показателей геологоразведочного бурения.
Промышленный синтез крупных алмазных монокристаллов с повышенной термостойкостью
в ИСМ им. В.Н. Бакуля обеспечил сырьевую базу для создания новых эффективных
конструкций однослойных коронок для бурения геологоразведочных скважин в породах VI–
VIII (с прослойками V и IX) категорий, характерных, в том числе, для условий Донбасса и
ряда аналогичных каменноугольных бассейнов. Они могут успешно конкурировать с
твердосплавным инструментом в этих условиях.
Ранее были выявлены существенные преимущества конструктивных схем однослойных
алмазных коронок с укороченными секторами, в которых размещается не более четырѐх-пяти
радиальных рядов алмазов [1, 2, 3, 4]. Это позволяет добиться резкого уменьшения разброса
механических нагрузок, действующих на отдельные алмазы, улучшить условия очистки забоя
от шлама и снизить температуру алмазных резцов. В совокупности эти преимущества
позволяют осуществлять бурение на форсированных режимах, повышая механическую
скорость бурения.
Учитывая особенности разрушения горной породы, акцент при этом делался на
использование конструкций коронок с чѐтным количеством радиальных рядов алмазов в
одинаковых секторах, что несколько ограничивало возможности создания нового бурового
инструмента.
Это объяснялось тем, что коронки с чѐтным и нечѐтным количеством радиальных рядов
имеют различные типы раскладок (рис. 1).
Коронки с нечѐтным количеством радиальных рядов в секторе имеют раскладку II типа
(алмазы первого и последнего радиальных рядов сектора находятся на одних линиях
резания). В них два первых радиальных ряда нагружены неодинаково, максимальная
нагрузка приходится на алмазы второго радиального ряда и превышает нагрузку на алмазы
третьего и последующих рядов более чем в 3 раза. По сравнению с раскладкой I типа
(алмазы первого и последнего радиальных рядов сектора находятся на разных линиях
– наиболее нагруженные алмазы
Рис. 1. Иллюстрация раскладок I и II типа: l1, l2 – расстояния между наиболее
близкими подобными радиальными рядами в смежных секторах коронки
Выпуск 22. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
http:/altis-ism.org.ua
104
резания) этот показатель больше примерно на 15-25 % и существенно зависит от
соотношений размеров l1 и l2.
В связи с этим проведен ряд исследований, целью которых был поиск путей снижения
нагрузок на алмазы в коронках с нечѐтным количеством радиальных рядов в секторе и
разработка на этой основе новых конструкций породоразрушающего инструмента.
Проведенный для различных схем раскладок анализ взаимодействия алмазов с забоем,
показал, что уменьшение разброса нагрузок, действующих на отдельные алмазы в секторе,
достаточно легко достигается и для алмазных коронок с нечѐтным количеством радиальных
рядов в секторе. Наиболее просто это достигается при использовании различных схем
расположения алмазов в смежных секторах.
С учѐтом этого положения были проведены исследования коронок с тремя и пятью
радиальными рядами в секторе, а также коронок, в которых чередуются сектора с тремя и
пятью рядами алмазов. В этих коронках радиальные ряды в смежных секторах располагались
таким образом, чтобы алмазы последнего ряда сектора и первого ряда следующего сектора
располагались также, как и в коронках I типа. Подобный тип раскладки был предварительно
назван условным I типом.
Для обоснования перспективности использования коронок с этими схемами раскладок
было проведено компьютерное моделирование тепловых и гидравлических процессов в
системе «коронка – забойная часть скважины», при котором исследовался тепловой режим
коронки с учѐтом особенностей механического нагружения отдельных алмазов и их
охлаждения промывочной жидкостью. При моделировании использовался метод конечных
элементов, хорошо зарекомендовавший себя в ранее проведѐнных исследованиях.
Исходными данными для моделирования являлись конструктивные параметры коронки,
параметры промывочной жидкости, режимные параметры бурения и забойная мощность,
реализуемая каждым алмазом в коронке.
В процессе исследований определялись:
1. Механические нагрузки, действующие на каждый алмаз, с учѐтом толщины
срезаемого им слоя горной породы;
2. Механические напряжения в алмазах, матрице и корпусе коронки с учѐтом
действующей осевой нагрузки и крутящего момента;
3. Поле скоростей жидкости в коронке и на забое с учѐтом вращения бурового снаряда;
4. Температура на контакте алмазов с породой и температурное поле в теле коронки с
учѐтом циркуляции промывочной жидкости.
В табл. 1 показано отношение максимальной и минимальной толщины слоя породы,
срезаемой алмазами каждого из трѐх радиальных рядов секторов коронки.
Таблица 1. Отношение толщин слоѐв породы, срезаемых алмазами в коронке с тремя
радиальными рядами
№
п/п
Раскладка алмазов в
секторе, еѐ тип
Относительная толщина слоя породы,
срезаемая алмазами радиального ряда hmax/hmin
h1/ha h2/ha h3/ha
1 4/5/4 – 2 тип 0,85 1,42 0,53 2,68
2 5/4/5 – 2 тип 0,95 1,52 0,57 2,67
3
5/4/5 – 4/5/4
Условный 1 тип
1,2 1,2 0,53 2,26
4
3/2/3 – 2/3/2
Условный 1 тип
1,125 1,125 0,75 1,5
РАЗДЕЛ 1. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
105
Примечание к табл. 1. h1, h2, h3 – толщина слоя породы, срезаемая алмазами, соответственно,
первого, второго и третьего радиальных рядов; ha – глубина внедрения единичного алмаза при
статическом нагружении; hmax, hmin – максимальная и минимальная толщина срезаемого слоя
породы.
При этом сравнивались параметры коронок второго типа с коронками условного первого
типа (в которых алмазы последнего и первого радиальных рядов смежных секторов
находятся на разных линиях резания). По данным табл. 1 видно, что разница между
максимальным и минимальным значениями внедрения резца для новых раскладок коронок
уменьшилась как минимум на 18 % (максимальное снижение достигает 78 %).
На рис. 2 и 3 показаны примеры результатов моделирования по определению
механических напряжений в исследуемых коронках при действии осевой нагрузки и
крутящего момента.
Рис.3. Распределение напряжений в коронке при действии осевой нагрузки и крутящего
момента (увеличенный фрагмент)
Рис. 2. Распределение напряжений в коронке при действии осевой нагрузки и
крутящего момента
Выпуск 22. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
http:/altis-ism.org.ua
106
Рис. 5. График зависимости температуры на
контакте алмаза с породой от частоты вращения и
подачи промывочной жидкости для коронки
диаметром 93 мм с числом радиальных рядов в
секторе: 1 – четыре;2 – семь; 3 – три; 4 – два
На рис. 4 приведены примеры результатов моделирования течения жидкости в секторе с
пятью радиальными рядами и распределения температуры в алмазах сектора коронки с тремя
радиальными рядами.
Полученные результаты
свидетельствуют о довольно
значительных запасах прочности
конструктивных элементов
исследуемых коронок при
обычных режимах бурения.
Температура алмазов при этом
находится не только в
допустимых пределах, но и
значительно ниже (на 500-600 С)
максимально допустимых
значений. При этом коронки с
тремя радиальными рядами
уступают только двухрядным с
точки зрения температурного
режима алмазных резцов,
превосходя ранее созданные
коронки БСО-1 с четырьмя
рядами алмазов в секторе
(рис. 5, [4]). Поэтому трѐхрядные
коронки можно использовать как
альтернативу двухрядным в тех
а б
Рис. 4. Примеры результатов моделирования: а – течение жидкости в секторе с пятью
радиальными рядами; б – распределение температуры в алмазах коронки с тремя
радиальными рядами в секторе
РАЗДЕЛ 1. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
107
случаях, когда последнюю конструктивную схему нецелесообразно реализовывать из-за
трудностей размещения на боковой поверхности сектора калибрующих и кернообразующих
элементов из твесала.
Коронки с пятью радиальными рядами в секторе также могут быть альтернативой
коронкам БСО-1, хотя они имеют несколько худшие показатели по сравнению с
трѐхрядными с точки зрения использования форсированных режимов бурения. Лучшие
показатели по результатам моделирования по сравнению с пятирядными коронками имеют
конструкции, в которых перемежаются сектора с тремя и пятью радиальными рядами.
Выводы.
1. Ограничение количества радиальных рядов в секторе однослойной алмазной коронки
обуславливает повышение еѐ эффективности как с точки зрения обеспечения равномерного
нагружения и износа алмазных резцов, так и обеспечения более щадящего температурного
режима наиболее нагруженных алмазов. При использовании секторов с нечѐтным
количеством радиальных рядов алмазов для достижения этого эффекта следует использовать
разные раскладки алмазов в смежных секторах.
2. Неравномерность нагружения отдельных алмазов сектора однослойной коронки
снижается с уменьшением количества радиальных рядов. Наиболее оптимальным с этой точки
зрения для коронок с нечѐтным количеством радиальных рядов в секторе является
использование трѐх радиальных рядов. Эти коронки имеют значительный ресурс для
форсирования режимов бурения, что позволит повысить механическую скорость проходки
скважины.
3. На основании выполненных исследований разработаны конструкции коронок с
трѐхрядными и комбинированными секторами, в которых в качестве резцов применены
синтетические алмазы различных групп прочности и термостойкости, а в качестве
калибрующих и кернообразующих элементов – цилиндрические элементы из твесала.
Литература
1. Каракозов, А. А. Определение максимальной углубки алмазных резцов
однослойных коронок с радиальной раскладкой / А. А. Каракозов, М. С. Попова,
C. Н. Парфенюк, Р. К. Богданов, А. П. Закора // Породоразрушающий и
металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и
применения / Сб. науч. тр. – Вып.15. – Киев: ИСМ им. В. Н. Бакуля, НАН Украины,
2012. – С. 203–206.
2. Каракозов А.А. Моделирование работы алмазных резцов однослойных коронок на
забое и оценка влияния схемы раскладки алмазов на механическую скорость
бурения / А. А. Каракозов, М. С. Попова, C. Н. Парфенюк, Р. К. Богданов,
А. П. Закора // Наукові праці ДонНТУ, серія «Гірничо-геологічна». Випуск 16 (206).
– Донецьк, ДонНТУ, 2012. – С. 162–166.
3. Каракозов, А. А. Разработка однослойных алмазных коронок с укороченными
секторами [Текст] / А.А. Каракозов, М. С. Попова, Р.К. Богданов, А.П. Закора //
Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент и технология его
изготовления. Сб. научн. Трудов. – Киев: ИСМ им. Бакуля, 2016. – Вып.19. – С. 10-
16.
4. Каракозов, А. А. К обоснованию использования многосекторных схем однослойных
алмазных коронок с укороченными секторами / А.А. Каракозов, М. С. Попова, А.П.
Закора // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент и
технология его изготовления. Сб. научн. Трудов – Вып. 21. – Киев: ИСМ
им. В. Н. Бакуля НАН Украины, 2018. – С. 45-54.
Поступила 25.06.19
Выпуск 22. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
http:/altis-ism.org.ua
108
References
1. Karakozov, A. A., Popova, M. S., Parfenyuk, C. N. et al. (2012). Opredelenie
maksimalnoy uglubki almaznyh reztsov odnosloynyh koronok s radialnoy raskladkoy
[Determination of the maximum deepening of diamond cutters of single-layered crowns
with a radial layout]. Porodorazrushaiushchii i metalloobrabatyvaiushchii instrument –
tekhnika i tekhnologiia ego izgotovleniia i primeneniia – Rock Destruction and Metal-
Working Tools – Techniques and Technology of the Tool Production and Applications,
(15), 203–206 [in Russian].
2. Karakozov, A. A., Popova, M. S., Parfenyuk, C. N. et al. (2012). Modelirovanie raboty
almaznyh reztsov odnosloynyh koronok na zaboe i otsenka vliyaniya shemy raskladki
almazov na mehanicheskuyu skorost bureniya [Modeling the work of diamond cutters of
single-layer crowns on the face and evaluating the effect of the diamond-cutting scheme
on the mechanical drilling speed]. Naukovi pratsi DonNTU, seriya Girnycho-geologichna
– Scientific works of DonNTU, series Mining and Geological, 16 (206), 162–166 [in
Russian].
3. Karakozov, A. A., Popova, M. S., Bogdanov, R. K., Zakora, A. P. (2016). Razrabotka
odnosloynyh almaznyh koronok s ukorochennymi sektorami [Development of single-layer
diamond crowns with truncated sectors]. Porodorazrushaiushchii i
metalloobrabatyvaiushchii instrument – tekhnika i tekhnologiia ego izgotovleniia i
primeneniia – Rock Destruction and Metal-Working Tools – Techniques and Technology
of the Tool Production and Applications, (19), 10–16 [in Russian].
4. Karakozov, A. A., Popova, M. S., Zakora, A. P. (2018). K obosnovaniyu ispol'zovaniya
mnogosektornykh skhem odnosloynykh almaznykh koronok s ukorochennymi sektorami
[To the justification for use of multi-sector schemes of single- layered diamond crowns
with shorted sectors]. Porodorazrushaiushchii i metalloobrabatyvaiushchii instrument –
tekhnika i tekhnologiia ego izgotovleniia i primeneniia – Rock Destruction and Metal-
Working Tools – Techniques and Technology of the Tool Production and Applications,
(21), 45–54 [in Russian].
Розглянуто питання створення нових конструкцій одношарових алмазних коронок, що
відрізняються непарною кількістю радіальних рядів алмазів в секторах і забезпечують зниження
питомих навантажень на одиничні алмазні різці.
Пропонується використання суміжних секторів алмазовмісної матриці бурової коронки з
різною розкладкою алмазів і різною кількістю радіальних рядів. Наведено результати комп'ютерного
моделювання подібної алмазної коронки. Показано, що нерівномірність навантаження окремих
алмазів сектора одношарової коронки знижується зі зменшенням кількості радіальних рядів.
Найбільш оптимальним з цієї точки зору для коронок з непарною кількістю радіальних рядів в
секторі є використання трьох радіальних рядів. Показана перспективність їх використання при
бурінні геологорозвідувальних свердловин.
Ключові слова: буріння геологорозвідувальних свердловин, одношарові алмазні коронки,
моделювання алмазних коронок.
A. A. Karakozov
1
, A. P. Zakora
2
, S. N. Parfenyuk
1
, A. Yu. Ostapyuk
1
1
Donetsk National Technical University
2
V.N. Bakul Institute for Superhard Materials of National Academy of Sciences of Ukraine
JUSTIFICATION OF CONSTRUCTIONS OF SINGLE-LAYER DIAMOND CROWNS WITH
OBSONGNUM NUMBER OF RADIAL SERIES IN THE REDUCED SECTOR
The issues of creating new designs of single-layer diamond crowns, differing in an odd number of
radial rows of diamonds in the sectors and ensuring a reduction in unit loads on single diamond cutters are
considered.
РАЗДЕЛ 1. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
109
It is proposed to use the adjacent sectors of the diamond-bearing matrix of the drill bit with different
diamond layouts and different numbers of radial rows. The results of computer simulation of a similar
diamond crown are given. It is shown that the uneven loading of individual diamonds in the single-layer
crown sector decreases with a decrease in the number of radial rows. The best from this point of view for
crowns with an odd number of radial rows in the sector is the use of three radial rows. The prospects of their
use in drilling exploration wells are shown.
Keywords: drilling of exploration wells, single-layer diamond crowns, modeling of diamond crowns.
УДК 622.24.051.64 DOI: 10.33839/2223-3938-2019-22-1-109-115
М. С. Попова, старший преподаватель
Сибирский федеральный университет, пр. им. газеты «Красноярский рабочий», д. 95,
660095, г. Красноярск, Россия, e-mail: alleniram83@mail.ru
АРМИРОВАНИЕ ПОРОДОРАЗРУШАЮЩЕГО ИНСТРУМЕНТА КРУПНЫМ
СИНТЕТИЧЕСКИМ МОНОКРИСТАЛЛОМ
Современные условия проведения буровых работ нуждаются в качественном надежном
породоразрушающем инструменте. Значительное внимание следует уделять научно-обоснованным
методикам отработки современного бурового инструмента, с тем чтобы высокие затраты
окупались, не увеличивая существенно себестоимость буровых работ. Цель работы: исследование
влияния расположения крупного резца (синтетического монокристалла) в породоразрушающей
части инструмента на эффективность разрушения породы. Объекты исследований: процессы,
протекающие на забое при бурении скважин однослойным алмазным инструментом. Методы
исследований: аналитические исследования, анализ. Результаты исследований: определены основные
процессы бурения, которые необходимо учитывать при проектировании и разработке нового
поколения породоразрушающего инструмента, определены критерии расстановки крупного алмаза в
породоразрушающей части бурового инструмента.
Ключевые слова: бурение, породоразрушающий инструмент, раскладка алмазов, буровая
коронка, ядро смятия, линия резания, синтетический монокристалл.
Современное бурение характеризуется применением дорогостоящих
породоразрушающих буровых инструментов, призванных обеспечить как высокие темпы
проходки, так и ресурс.
Новые технологии, возможности в области материаловедения и инструментостроения, а
также многолетний опыт применения, сделали одним из перспективных буровых
инструментов – алмазный породоразрушающий инструмент (ПРИ). Как показали
исследования [1, 2, 3], разработка бурового породоразрушающего инструмента,
армированного алмазным материалом, требует одновременного изучения многих факторов,
влияющих на эффективность его работы на забое.
Такими факторами являются:
1. Механизм разрушения, который сам по себе является сложной системой. При этом
необходимо учитывать: свойства разрушаемой породы; форму и размер алмазного резца;
конструкцию ПРИ; схему расположения алмазных резцов на рабочей поверхности
породоразрушающего инструмента; траекторию движения каждого резца инструмента в
процессе бурения скважины.
2. Гидравлический режим работы инструмента, а именно: свойства и состав очистного
агента; способ подачи промывочной жидкости на забой; конструкцию промывочной системы
инструмента; режимы бурения.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-159939 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2223-3938 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-30T14:50:52Z |
| publishDate | 2019 |
| publisher | Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Каракозов, А.А. Закора, А.П. Парфенюк, С.Н. Остапюк, А.Ю. 2019-10-19T14:37:10Z 2019-10-19T14:37:10Z 2019 Обоснование конструкций однослойных алмазных коронок с нечётным количеством радиальных рядов в укороченном секторе / А.А. Каракозов, А.П. Закора, С.Н. Парфенюк, А.Ю. Остапюк // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2019. — Вип. 22. — С. 102-109. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 2223-3938 DOI: 10.33839/2223-3938-2019-22-1-102-109 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/159939 622.24.051.64 Рассмотрены вопросы создания новых конструкций однослойных алмазных коронок, отличающихся нечѐтным количеством радиальных рядов алмазов в секторах и обеспечивающих снижение удельных нагрузок на единичные алмазные резцы. Предлагается использование смежных секторов алмазосодержащей матрицы буровой коронки с различной раскладкой алмазов и разным количеством радиальных рядов. Приведены результаты компьютерного моделирования подобной алмазной коронки. Показано, что неравномерность нагружения отдельных алмазов сектора однослойной коронки снижается с уменьшением количества радиальных рядов. Наиболее оптимальным с этой точки зрения для коронок с нечѐтным количеством радиальных рядов в секторе является использование трех радиальных рядов. Показана перспективность их использования при бурении геологоразведочных скважин. Розглянуто питання створення нових конструкцій одношарових алмазних коронок, що відрізняються непарною кількістю радіальних рядів алмазів в секторах і забезпечують зниження питомих навантажень на одиничні алмазні різці. Пропонується використання суміжних секторів алмазовмісної матриці бурової коронки з різною розкладкою алмазів і різною кількістю радіальних рядів. Наведено результати комп'ютерного моделювання подібної алмазної коронки. Показано, що нерівномірність навантаження окремих алмазів сектора одношарової коронки знижується зі зменшенням кількості радіальних рядів. Найбільш оптимальним з цієї точки зору для коронок з непарною кількістю радіальних рядів в секторі є використання трьох радіальних рядів. Показана перспективність їх використання при бурінні геологорозвідувальних свердловин. The issues of creating new designs of single-layer diamond crowns, differing in an odd number of radial rows of diamonds in the sectors and ensuring a reduction in unit loads on single diamond cutters are considered. It is proposed to use the adjacent sectors of the diamond-bearing matrix of the drill bit with different diamond layouts and different numbers of radial rows. The results of computer simulation of a similar diamond crown are given. It is shown that the uneven loading of individual diamonds in the single-layer crown sector decreases with a decrease in the number of radial rows. The best from this point of view for crowns with an odd number of radial rows in the sector is the use of three radial rows. The prospects of their use in drilling exploration wells are shown. ru Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения Обоснование конструкций однослойных алмазных коронок с нечётным количеством радиальных рядов в укороченном секторе Justification of constructions of single-layer diamond crowns withobsongnum number of radial series in the reduced sector Article published earlier |
| spellingShingle | Обоснование конструкций однослойных алмазных коронок с нечётным количеством радиальных рядов в укороченном секторе Каракозов, А.А. Закора, А.П. Парфенюк, С.Н. Остапюк, А.Ю. Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения |
| title | Обоснование конструкций однослойных алмазных коронок с нечётным количеством радиальных рядов в укороченном секторе |
| title_alt | Justification of constructions of single-layer diamond crowns withobsongnum number of radial series in the reduced sector |
| title_full | Обоснование конструкций однослойных алмазных коронок с нечётным количеством радиальных рядов в укороченном секторе |
| title_fullStr | Обоснование конструкций однослойных алмазных коронок с нечётным количеством радиальных рядов в укороченном секторе |
| title_full_unstemmed | Обоснование конструкций однослойных алмазных коронок с нечётным количеством радиальных рядов в укороченном секторе |
| title_short | Обоснование конструкций однослойных алмазных коронок с нечётным количеством радиальных рядов в укороченном секторе |
| title_sort | обоснование конструкций однослойных алмазных коронок с нечётным количеством радиальных рядов в укороченном секторе |
| topic | Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения |
| topic_facet | Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/159939 |
| work_keys_str_mv | AT karakozovaa obosnovaniekonstrukciiodnosloinyhalmaznyhkoronoksnečetnymkoličestvomradialʹnyhrâdovvukoročennomsektore AT zakoraap obosnovaniekonstrukciiodnosloinyhalmaznyhkoronoksnečetnymkoličestvomradialʹnyhrâdovvukoročennomsektore AT parfenûksn obosnovaniekonstrukciiodnosloinyhalmaznyhkoronoksnečetnymkoličestvomradialʹnyhrâdovvukoročennomsektore AT ostapûkaû obosnovaniekonstrukciiodnosloinyhalmaznyhkoronoksnečetnymkoličestvomradialʹnyhrâdovvukoročennomsektore AT karakozovaa justificationofconstructionsofsinglelayerdiamondcrownswithobsongnumnumberofradialseriesinthereducedsector AT zakoraap justificationofconstructionsofsinglelayerdiamondcrownswithobsongnumnumberofradialseriesinthereducedsector AT parfenûksn justificationofconstructionsofsinglelayerdiamondcrownswithobsongnumnumberofradialseriesinthereducedsector AT ostapûkaû justificationofconstructionsofsinglelayerdiamondcrownswithobsongnumnumberofradialseriesinthereducedsector |