Подверженность алмазной коронки износу
Алмазная коронка, испытывающая сопротивление своему перемещению по породе, также подвергается износу, интенсивность которого связана с характером деформирования горной породы и имеет либо усталостный, либо абразивный или эрозионный износ.
Образующиеся продукты износа (шлам) горной породы в виде частиц различной формы (от лепестков до микрообломков породы) частично выносятся через промывочные каналы очистным агентом, частично увлекаются выступающими алмазами в направлении вращения коронки, образуя каналы шлакоудаления в теле матрицы.
При скольжении коронки по породе в зоне пятен касания, размеры которых могут достигать нескольких десятков микрометров, в результате работы сил трения выделяется определенное количество тепла. Тепло во фрикционном контакте, благодаря двойственной природе трения, генерируется в двух зонах: непосредственно на поверхности трения в результате преодоления молекулярных связей; на некоторой глубине за счет деформации поверхностного слоя.
Контактная температура (на пятне контакта) может достигать очень высоких значений, а объемная, как в массиве породы, так и в теле матрицы при нормальных режимах бурения достигает 100 - 200 °С. При этом характерно ее быстрое убывание от пятна контакта в глубь породы. Выделяющееся тепло отводится от алмаза за счет генерирования его в горную породу и матрицу. Матрица, в свою очередь, охлаждается промывочной жидкостью. Таким образом, для эффективного отвода тепла необходимо обеспечить алмазу возможность постоянно контактировать с новыми слоями породы (при постоянном охлаждении коронки). В целом это и происходит при нормальном процессе бурения. Если же в силу различных обстоятельств (высокая твердость горных пород, недостаточная осевая нагрузка) невозможно обеспечить достаточное внедрение алмазов в породу, то температура на пятне касания резко повышается, число микронеровностей на поверхности алмаза уменьшается, фактическая площадь контакта увеличивается; происходит некоторое перераспределение нагрузки в сторону снижения ее воздействия на породу; наступает, так называемое, состояние равновесной «шероховатости», известное в бурении как заполирование алмазной коронки.
На износ алмазной коронки и породы большое влияние оказывает относительное сближение контактирующих поверхностей. В зависимости от этого изменяется глубина внедрения алмазов и микронеровностей матрицы, варьируется режим шламоудаления из-под торца коронки. Так как процесс связан с интенсивным теплообразованием, а количество тепла зависит от площади соприкосновения, то при определенном заглублении алмазов количество тепла, отдаваемого породе, будет меньше вновь образуемого. В результате износ алмаза начнет увеличиваться и при переходе через определенный нормативный уровень наступит стадия повышенного износа алмазов.
