ПРИМЕНЕНИЕ УСТАНОВКИ ВЗРЫВНОЙ МИКРОЛЕГИРУЮЩЕЙ

ОБРАБОТКИ БУРИЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ

ВРЕМЕНИ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СТОЙКОСТИ ПРИ

ИСПОЛЬЗОВАНИИ В НЕФТЕГАЗОВЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ

Долгинина Э.Д., студентка 6 курса ИТФ СамГТУ

Научный руководитель Алексенцева С.Е., профессор СамГТУ

Аннотация.

Показана

эффективная

система

применения

микролегирующей

обработки

высокоскоростным

потоком

порошковых

частиц, сформированного путём разгона

ударников-частиц с высокими

прочностными характеристиками за счёт воздействия энергии взрыва для

повышения стойкости бурильного инструмента при бурении нефтяных и

газовых скважин.

Ключевые

слова:

установка

микролегирующей

обработки,

высокоскоростной поток частиц, функциональная стойкость инструмента,

нефтегазовое бурильное оборудование

Проблема повышения работоспособности инструментов, работающих

в

условиях

высоких

ударных

нагрузок

и

повышенных

температурных

полей является актуальной в современных технологических процессах.

Решение

задач

по

дополнительному

повышению

стойкости

инструментального

оборудования

может

лежать

в

области

дополнительных

методов

упрочнения

инструмента

на

стадии

его

изготовления.

Ряд

методов,

позволяющих

эффективно

решать

задачи

упрочнения,

включают

импульсные

динамические

процессы

с

легированием

материалов

-

лазерную

упрочняющую

обработку,

схемы

воздействия

плазмы,

взрывные

технологии

упрочнения

материалов

и

методы

с

применением

дополнительных

разгонных

воздействий

высокоскоростных ударников и др.

Технология

упрочнения

материала

инструмента

подбирается

в

соответствии с условиями эксплуатации, конструктивными особенностями

инструмента.

Для

процессов

разработки

нефтегазовых

месторождений

используется бурильный инструмент со сложной конструктивной схемой и

специфической

режущей

частью.

При

бурении

твёрдых

пород

используется

инструмент,

способный

к

функциональной

стойкости

в

пределах технологически заданного отрезка времени. В настоящее время

это конструкции фрезерных и трёхшарошечных долот с шарошкой. Работа

в условиях ударных воздействиях предъявляет соответствующий уровень

требований

по

дополнительной

вязкости

материала,

чтобы

снизить

возможность

формирования

трещин

и

дальнейшего

разрушения

инструмента. Поверхность режущей части инструмента должна обеспечить

высокую износостойкость в рамках длительной многочасовой работы.

В

работе

исследована

возможность

применить

для

увеличения

прочностных

параметров

технико-технологических

характеристик

материала инструмента взрывную обработку потоком высокоскоростных

порошковых

частиц.

Использовать

для

материала

инструмента

вольфрамокобальтовые

быстрорежущие

инструментальные

стали

с

содержанием 5.7-6.7%W, 4.8-5.3%Mo, 4.7-5.2%Co. Обработка проводится

в

режиме

скоростей

метания

частиц

1-1.5

км/с.

Диапазон

размеров

метаемых порошковых частиц лежит в пределах

10-100 мкм. Ударное

воздействие потоком частиц приводит к прониканию частиц на глубину до

тысяч размеров частиц-ударников и тем обеспечивается микролегирование

материала. Упрочнение достигается за счёт воздействия ударной волны и

формирования

микроканалов

с

зонами

пластической

деформации

и

образованиями соединений материала частиц и материала инструмента.

Воздействие потока частиц в зоне конуса взаимодействия с материалом

обеспечивает

микролегирование

в

объёме.

Упрочняющий

эффект

реализуется

на

глубине

до

нескольких

дециметров.

Решение

задач

повышения

уровня

прочностных

характеристик

производится

за

счёт

подбора

материала

частиц

–

карбидов,

карбонитридов

и

известных

легирующих добавок и компонентов как вольфрама, никеля, титана и др.

Метод

объёмного

микролегирования

материалов

с

эффектом

сверхглубокого проникания частиц осуществлялся за счёт использования

кумулятивных

ускорителей

с

кумулятивной

выемкой

в

заряде

энергонасыщенного материала (ЭНМ), в которой располагался порошок

метаемых частиц. Поток частиц образуется на фокусном расстоянии, при

котором

обеспечивается

кумулятивное

действие

струи

(потока)

и

максимально

возможное

пробивание

частицами

преграды.

Расчётное

кумулятивное действие потока частиц и глубина пробития зависит от типа

заряда, характеристик материала метаемых частиц. При инициировании

заряда

ЭНМ

формируется

ударная

волна

и

за

счёт

энергии

взрыва

обеспечивается

метание

частиц.

Энергия

ударной

волны

захватывает

расположенные

частицы

в

кумулятивной

выемке

и

трансформируют

в

кумулятивную струю или поток частиц. Таким образом, основная доля

энергии кумулятивного заряда с кумулятивной выемкой трансформируется

и

воздействует

на

частицы

в

кумулятивной

выемке.

Так

формируется

высокоэнергетический поток частиц в высокой плотностью энергии. При

обработке

динамическим

потоком

частиц

на

поверхности

материалов

проявляются кумулятивные эффекты - появляются кратеры. Поверхность

со следами ударного воздействия частиц и зонами с размытием материала,

выносом

обрабатываемого

вещества

–

это

поверхностные

кратеры,

неглубокие. Глубокие узкие кратеры переходят в каналы проникающих

частиц.

Предложена

новая

методика

обработки

материалов,

которая

обеспечивает повышение эффективности в цикле воздействия на объект.

Данная

схема

позволяет

увеличить

до

максимального

охвата

площадь

обработки. За счёт специально рассчитанного радиуса торца заряда ЭНМ,

на

который

наносится

слой

частиц,

можно

получить

высокую

равномерность

распределения

частиц

в

потоке.

Эффективная

методика

обработки с максимальной площадью охвата обрабатываемого объекта

может

быть

применена

для

упрочнения

материалов

на

стадии

изготовления инструмента из вольфрамо-кобальтовых сталей бурильных

инструментов в технологиях получения нефтегазовых скважинах.

Ускоритель

частиц

-

заряд

ЭНМ

конструктивно

представляет

цилиндр, нижняя часть которого имеет форму сферического сегмента с

радиусом. Метаемый слой порошковых частиц наносят на сферическую

поверхность.

Инициирование

заряда

производится

с

помощью

электродетонатора.

В

результате

инициирования

заряда

формируется

конический метательный поток высокоскоростных частиц с определённым

радиусом раствора, равномерной плотностью и максимальной площадью

обстрела за счёт применения в конструкции сферической поверхности. В

результате

реализуется

сверхглубокое

проникание

частиц

и

объёмное

микролегирование материала инструмента на стадии его изготовления.

Таким

образом,

предложена

эффективная

система

обработки

высокоскоростным потоком порошковых частиц, сформированного путём

разгона ударников-частиц с высокими прочностными характеристиками, за

счёт

энергии

взрыва

и

эффективной

конструкции

заряда

ЭНМ,

обеспечивающей максимально высокую площадь воздействия частиц на

материал

инструмента,

увеличивающую

функциональную

стойкость

бурильного инструмента при бурении нефтегазовых скважин.