ГЕОЛОГО-ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКИХ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩИХ КОМПОЗИТОВ ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИН
DOI:
https://doi.org/10.56525/gwga1j45Ключевые слова:
геология, гидрогеология, бурение скважин, горные породы, алмазный инструмент, композиционный материал, ZrO₂, износостойкость, прочность, трещиностойкостьАннотация
Рассмотрена взаимосвязь геолого-гидрогеологических условий бурения и требований к материалу породоразрушающего инструмента. Особое внимание уделено влиянию физико-механических свойств горных пород, их абразивности, трещиноватости, неоднородности и водонасыщенности на характер изнашивания матрицы и устойчивость алмазосодержащего вооружения. На основе экспериментальных данных по матрицам Fe–Cr–Cu–Ni–Sn с добавкой ZrO₂, сформированным методом искро-плазменного спекания, проанализировано изменение относительной плотности, прочности при сжатии и изгибе, микротвердости и трещиностойкости. Показано, что повышение содержания ZrO₂ до 10 % сопровождается ростом комплекса механических характеристик, что имеет прикладное значение при проходке прочных и абразивных пород, в том числе при строительстве геологоразведочных и гидрогеологических скважин.
Установленные закономерности позволяют обосновать выбор состава и эксплуатационных характеристик матричного материала с учетом конкретных геолого-технических условий бурения. Повышение прочности и микротвердости способствует сопротивлению абразивному изнашиванию, тогда как увеличение трещиностойкости снижает вероятность локального разрушения матрицы при динамических и знакопеременных нагрузках. Это особенно важно при бурении неоднородных, перемежающихся по прочности и абразивности пород, где породоразрушающий инструмент подвергается комплексному механическому и гидродинамическому воздействию.
Сформулирована инженерно-геологическая интерпретация полученных результатов: устойчивость матрицы к абразивному, ударно-циклическому и контактному воздействию способствует сохранению работоспособности алмазосодержащего вооружения в неоднородном разрезе. Полученные результаты создают научно-практическую основу для целенаправленного подбора состава матрицы алмазного породоразрушающего инструмента, повышения его износостойкости, сохранения геометрических параметров рабочей части и увеличения ресурса при бурении геологоразведочных и гидрогеологических скважин.
