Технология упрочнения поликристаллической алмазной таблетки стандартных PDC - резцов для буровых долот путём кислотного выщелачивания.
алмазная поликристаллическая пластина, PDC-резец, выщелачивание кобальта, РФА, глубина выщелачивания, скорость выщелачивания, тестирование на гранитной плите, тестирование на алмазном диске, стойкость к хрупкому разрушению
Объектом исследования является процесс удаления (выщелачивания) кобальта из алмазной режущей кромки PDC-резцов.
Цель работ: является разработка технологии упрочнения поликристаллической алмазной таблетки стандартных PDC - резцов для буровых долот путём кислотного выщелачивания.
Задачи:
•	Исследовать воздействия концентрированной азотной, серной и соляной кислот на материал резца. 
•	Разработать опытную технологию упрочнения стандартных поликристаллических алмазных буровых резцов. 
•	Разработать и изготовить опытные образцов упрочненных резцов.
•	Провести испытания опытных образцов упрочненных резцов.
•	Исследовать и подтвердить прочностные и ресурсные характеристики опытных образцов упрочненных резцов с использованием тестов на гранитной плите, алмазном диске и статических нагрузок
В процессе выполнения исследований достигнута поставленная цель и решены задачи исследования: разработана опытная технология выщелачивания алмазной поликристаллической пластины бурового резца и получены опытные образцы выщелоченных резцов двух типоразмеров, проведена оценка глубины и скорости выщелачивания, исследованы и подтверждены прочностные и ресурсные характеристики опытных образцов упрочненных резцов.
Краткое описание объекта техники и выполненных задач:
1. Алмазный резец состоит из основания, представляющего сплав карбида вольфрама и кобальта, и алмазной поликристаллической пластины, содержащий кобальт. Для упрочнения алмазного резца необходимо удалить кобальт из алмазной пластины, но при этом не разрушить основание резца. Поэтому нами были осуществлены следующие исследования: подобран состав для растворения кобальта, разработана защита основания резца от воздействия кислот, подобраны условия проведения выщелачивания резца с использование смеси соляная кислота-перекись водорода
2. Представлена опытная технология выщелачивания стандартных алмазных поликристаллических резцов, которая включает следующие основные технологические стадии: создание защиты основания резца из эпоксидной смолы, очистка поверхности от возможных примесей, выщелачивание кобальта в ультразвуковой ванне, промывка резца от остаточных кислот, удаление защиты. Подготовлен пакет документов для разрабатываемой технологии, включающий операционную карту и чертежи резцов и изготавливаемого оборудования.
3. Используя опытную технологию проведено выщелачивание 5 образцов стандартных алмазных резцов с использование выщелачивающей смеси соляная кислота-пероксид водорода. Методом РФА показано значительное уменьшение количества кобальта в режущей кромке. 
4. Проведены испытания опытных образцов упрочненных резцов. Исследованы и подтверждены прочностные и ресурсные характеристики опытных образцов упрочненных резцов: подобрана методика определения количества выщелачиваемого кобальта, проведена оценка глубины и скорости выщелачивания, которые составили 500-550 мкм за 50 часов при средней скорости выщелачивания около 10 мкм/ч, показано, что резцы не претерпевают изменений при их нагревании до 1000 ºС, выщелоченные резцы позволяют сточить на 25% больше гранитной породы, на 40% боле стойки к абразивному износу, и на 50% агрессивнее к модельному забою, чем невыщелоченный резец, при этом стойкость к хрупкому разрушению в процессе выщелачивания снижается всего на 5% по сравнению с невыщелоченным резцом.
Результаты НИОКР готовятся к внедрению. Сначала планируется проведение выщелачивания резцов, предоставляемых заказчиком, а затем выход на предложение готовых резцов заказчику. В настоящее время разосланы материалы-предложения в наиболее известные компании, производящие буровые долота и занимающиеся сервисным обслуживанием (заменой поврежденных резцов в буровом долоте). Ведутся переговоры о проведении тестирования выщелоченных алмазных резцов на оборудовании заказчиков и снаряжении тестового бурового долота. 
При внедрении результатов НИОКР в практику следует учитывать следующие рекомендации:
1. Необходимо использовать реактивы квалификации не ниже хч, так как загрязняющие примеси могут закупорить каналы в алмазной поликристаллической пластине и остановить процесс выщелачивания.
2. Требуется тщательно готовить защиту основания резца, так как при не плотном прилегании защиты к основанию резца наблюдается частичное растворение основание, приводящее к снижению эффективности выщелачивания кобальта из алмазной поликристаллической пластины резцы
3. Необходимо протестировать методику выщелачивания на резцах различных поставщиков для выявления особенностей и оптимальных условий их выщелачивания.
4. При масштабировании процесса выщелачивания необходимо провести дополнительные исследования, направленные на
- выбор оптимальной конструкции ультразвуковой ванны;
- выбор оптимальной конструкции защиты основания для одновременного выщелачивания партии резцов;
- определение равномерности выщелачивания партии резцов в зависимости от формы защиты и конструкции выщелачивающей ванны
- разработку способов регенерации выщелачивающей смеси и извлечения из нее кобальта
- комплексу испытаний партии резцов, позволяющий снизить капитальные издержки при получении выщелоченных резцов
4. При проведении выщелачивания используются концентрированные химические реактивы, поэтому необходима разработка комплекса мер, направленных на обеспечение безопасности на рабочем месте и экологической безопасности.
5. Концентрированная соляная кислота является соединением, внесенным в IV список Перечня наркотических средств, психотропных веществ и их прекурсоров, подлежащих контролю в Российской Федерации, утвержденных Правительством Российской федерации от 30 июня 1998 г №681, что требует соответствующей правовой проработки и ведению журналов операций, при которых изменяется количество прекурсоров.
Областью применения результатов НИОКР является производство выщелоченных буровых резцов для снаряжения ими буровых долот, использующихся в нефте-и газодобыче.
Экономический эффект разрабатываемой технологии заключается в:
- снижении капитальных затрат на процесс выщелачивания алмазных резцов за счет эффективной технологии выщелачивания, основанной на распространенных расходных материалах и проводимой с использованием дешевого серийно выпускаемого оборудования и, как следствие, возможности быстрого масштабирования при получении больших партий выщелоченных резцов;
- достижении прочностных характеристик стандартных буровых PDC-резцов путем выщелачивания, соответствующих уровню PDC-резцов премиум сегмента, при значительно меньшей стоимости проведения обработки.
Следует отметить, что стоимость стандартного резца, используемого для выщелачивания, составляет до 1500 рублей, резцы такого типа используются при разведке и разработке скважин без включения твердых пород. Стоимость выщелоченного резца премиум сегмента может достигать 7000 рублей. Ключевая идеология процесса выщелачивания заключается в обработке стандартного резца с целью максимально возможного достижения физических прочностных характеристик резца премиум сегмента, при этом текущая стоимость процесса составляет 1500 рублей на 1 резец.
Дополнительным преимуществом в части коммерциализации разработанной технологии также может стать лицензирование имеющихся наработок для конкретного типа резцов Б-сегмента используемых на предприятии-заказчике. В таком случае, предприятие-заказчик сможет организовать участок для выщелачивания резцов в рамках своих нужд. При этом, ООО «Алмазпром.Выщелачивание» будет оказывать полный комплекс сервисных услуг, параллельно с разработкой новых составов для выщелачивания резцов других производителей.
Для исследованных резцов типоразмеров 1308 и 1313 были подобраны оптимальные условия проведения процесса выщелачивания, однако следует провести испытания для других типоразмеров, в первую очередь, отличающиеся размером и качеством (технологией) производства алмазных поликристаллических пластин. Также необходимо расширить номенклатуру выщелоченных резцов за счет исследования резцов различных производителей.
По результатам работы НИОКР готовятся патенты на состав выщелачивающего состава, выщелачивание при использовании ультразвука, способ определения эффективности выщелачивания на основе данных РФА.
Работа выполнена в полном объеме, достигнута поставленная цель и выполнены все поставленные задачи.
оказание услуг выщелачивания PDС-резцов
лицензирование технологии
оказание сервисных услуг
оказание услуг по разработке новых составов выщелачивания
Николай
Редькин
Анатольевич
инженер-химик
Кандидат химических наук
Доцент
-
-
РОССИЯ
Сергей
Буряшкин
Сергеевич
Генеральный директор
РОССИЯ
31.15.25
Химическая термодинамика. Термохимия. Равновесия. Физико-химический анализ, фазовые переходы
31.15.19
Химия твердого тела
02.04.II
ENGINEERING, CHEMICAL
Сергей
Буряшкин
Сергеевич
Руководство, администрирование, осуществление закупок, доставка, выполнение технических работ
РОССИЯ
Николай
Редькин
Анатольевич
Руководство научной разработки, составление, отработка и подтверждение научных гипотез, составление списка закупаемых расходных материалов.
РОССИЯ
ФОНД СОДЕЙСТВИЯ ИННОВАЦИЯМ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "ФОНД СОДЕЙСТВИЯ РАЗВИТИЮ МАЛЫХ ФОРМ ПРЕДПРИЯТИЙ В НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ СФЕРЕ"
1027739479734
Организация
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере"
Федеральные государственные бюджетные учреждения
ООО "АЛМАЗПРОМ.ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ"
ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "АЛМАЗПРОМ.ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ"
1176313113591
Организация
Организации, учрежденные юридическими лицами или гражданами, или юридическими лицами и гражданами совместно
Общества с ограниченной ответственностью