Рябчиков Сергей Яковлевич

Рябчиков Сергей Яковлевич (р. 20 января 1940г.) – доктор технических наук, профессор кафедры бурения скважин ТПУ.

Биография

В 1962 г. закончил геологоразведочный факультет Томского политехнического института по специальности "Технология и техника разведки МПИ".

В 1964-1967 гг. обучался в аспирантуре, досрочно защитил диссертацию в 1967 г. и получил ученую степень кандидата технических наук.

В 2002 г. защитил докторскую диссертацию на тему "Объемное упрочнение твердосплавного и алмазного породоразрушающего инструмента с целью увеличения ресурса его работы" и получил ученую степень доктора технических наук.

1962-1972 гг. работал в НИИ высоких напряжений от младшего научного сотрудника до руководителя отдела.

В 1972 г. перешел на преподавательскую работу на кафедру "Техника разведки МПИ".

1986-1991 гг. - заведующий кафедрой "Техника разведки МПИ".

С 2003 г. по настоящее время профессор кафедры бурения скважин ТПУ. [1]

Научная деятельность

Диссертация Р. «Объемное упрочнение твердосплавного и алмазного породоразрушающего инструмента с целью повышения его эксплуатационных показателей».

Актуальность проблемы. Одним из главных методов проведения геологоразведочных работ в настоящее время и в обозримом будущем является бурение колонковых скважин. Эффективность бурения скважин, особенно в твёрдых горных породах, в значительной степени определяется эксплуатационными показателями породоразрушающего инструмента.

Задачи исследований. В соответствии с поставленной целью в работе предусматривается решение следующих задач:

- разработка новых технологий упрочнения породоразрушающего инструмента и их технико-экономическая оценка;

- выбор и обоснование перспективных направлений повышения ресурса породоразрушающего инструмента на основе анализа современных представлений о механизме упрочнения твёрдых сплавов и композиционных алмазосодержащих материалов;

- выбор и обоснование методов исследований структуры и физико-механических свойств твёрдых сплавов и композиционных алмазосодержащих материалов;

- разработка на основе теоретических и экспериментальных исследований новых технологий повышения эксплуатационных показателей бурового инструмента и технико-методических средств для их реализации;

- определение оптимальной области применения разработанных методов повышения эксплуатационных показателей породоразрушающего инструмента;

- опытно-производственная проверка результатов исследований и разработок;

- исследование и формулирование версий механизма модификации прочностных характеристик породоразрушающего инструмента при различных методах воздействия на него. Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем: - впервые доказана принципиальная возможность повышения эксплуатационных показателей породоразрушающего инструмента методами криогенной обработки, радиационного облучения малыми дозами гамма-квантов, а также комплексного криогенно-радиационного воздействия, подтверждённая патентами РФ на изобретения.

Заключение:

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

1. На основании результатов большого объёма сравнительных испытаний и внедрения доказана перспективность применения криогенной обработки и радиационного облучения малыми дозами гамма-квантов для повышения эксплуатационных показателей алмазного и твёрдосплавного породоразрушающего инструмента .

2. Применение криогенной и радиационной технологии объёмного упрочнения породоразрушающего инструмента позволяет существенно повысить его ресурс, механическую скорость бурения, снизить расход алмазов и твёрдых сплавов. Реальный экономический эффект от внедрения результатов исследований только в ПГО «Востказгеология» и Новосибирской ГПЭ составил 268,3 тыс. руб. (в ценах 1988-89 г.г.)

3. Разработанные методические и технико-технологические средства повышения износостойкости породоразрушающего инструмента могут явиться основой для создания заводских технологий по производству инструмента с повышенными эксплуатационными показателями.

4. Для создания породоразрушающего инструмента с более высокими эксплуатационными показателями, способного успешно конкурировать с лучшими зарубежными образцами, необходимо продолжить исследования в области упрочняющих технологий, реализуемых различными физическими методами.

Заключение

1. Одним из основных резервов повышения эффективности буровых работ, особенно при бурении скважин в крепких горных породах, является создание породоразрушающего инструмента с повышенными эксплуатационными показателями за счёт дополнительного упрочнения различными физическими методами.

2. Научный и практический интерес с позиций повышения ресурса породоразрушающего инструмента представляют способы объёмного упрочнения, наиболее перспективными из которых являются криогенная обработка и облучение малыми дозами гамма-квантов.

3. Существует возможность управляемого повышения эксплуатационных показателей твердосплавного и алмазного породоразрушающего инструмента методами криогенной обработки и облучения малыми дозами гамма-квантов, а также их комплексного криогенно-радиационного воздействия. Разработанные способы упрочнения породоразрушающего инструмента защищены патентами на изобретения [155-160], прошли всестороннюю проверку в лабораторных и в производственных условиях.

4. Криогенная обработка твёрдых сплавов и композиционных алмазосодержащих материалов, рассматриваемая нами как термический удар в области низких отрицательных температур, производит в них заметные структурные преобразования: снимаются полностью или рассредоточиваются суперпозиционные поля напряжений, создаётся равномерное объёмное напряжённое состояние сжатия, повышается концентрация дислокаций, происходит дробление блоков мозаики.

5. В результате криогенной обработки твёрдых сплавов и композиционных материалов изменяются их физико-механические характеристики: повышается микротвёрдость, жесткость и хрупкость; снижается упругая деформация.

6. Остаточные паяльные напряжения в пластинах твёрдого сплава суммируются алгебраически с напряжениями, возникающими при криогенной обработке породоразрушающего инструмента, повышая напряженное состояние в твёрдом сплаве, что способствует увеличению его микротвёрдости, а, следовательно, и износостойкости.

7. Измерение параметров акустической эмиссии при слабом рентгеновском облучении твёрдых сплавов и композиционных материалов позволяет получать качественную и количественную характеристику влияния криогенной обработки на уровень их структурных преобразований, что делает возможным использовать этот эффект для контроля качества твёрдосплавного и алмазного породоразрушающего инструмента [159].

8. Физико-механические свойства твёрдых сплавов и композиционных материалов имеют тесную связь с режимами криогенной обработки (исходная температура, время обработки, количество циклов обработки и др.). Существуют их оптимальные значения, при которых обеспечиваются высокие эксплуатационные показатели породоразрушающего инструмента при бурении скважин в различных геолого-технических условиях.

9. Объёмное упрочнение твёрдосплавного и алмазного породоразрушающего инструмента методом криогенной обработки в сочетании с найденными рациональными режимами бурения позволяет повысить его ресурс в 1,4-1, 8 раза, механическую скорость бурения - в 1,2-1,3 раза.

10. Механизм модификации физико-механических свойств твёрдых сплавов методом криогенной обработки основан на субструктурном упрочнении вследствие пластической деформации кобальтовой или иной другой связки из-за большого различия температурного коэффициента линейного расширения WC и Со. Пластическая деформация повышает плотность дислокаций и точечных дефектов в твёрдом сплаве, что сопровождается изменением его прочностных характеристик. Механизм упрочнения композиционных алмазосодержащих материалов дополняется тем, что существенное изменение напряжённого состояния в материале матрицы при криогенной обработке повышает удерживающую способность алмазных зёрен за счёт механического воздействия окружающего материала и проникновения материала связки в его микротрещины и поверхностные поры.

11. Механизм упрочнения твёрдосплавного и алмазного породоразрушающего инструмента при облучении их малыми дозами гамма-квантов основан на совершенствовании структуры твёрдых сплавов и композиционных материалов за счёт аннигиляции точечных дефектов и перераспределения дислокаций. Структурные преобразования приводят не к дальнейшему накоплению дефектов, а, наоборот, к их устранению и переводу кристаллических тел в более равновесное состояние. Дополнительное закрепление алмазов в матрице реализуется за счёт диффузии в них метастабильных атомов из материала связки.

12. Физико-механические свойства твёрдых сплавов и композиционных материалов при их облучении гамма-квантами зависят от поглощённой дозы и мощности дозы. Зная закономерность их изменения, можно направленно задавать режимы облучения породоразрушающего инструмента для получения эксплуатационных показателей в соответствии с геолого-техническими условиями бурения скважин.

13. Облучение породоразрушающего инструмента гамма-квантами при рациональных значениях поглощённой дозы и мощности дозы позволяет повысить ресурс твёрдосплавного инструмента в 1,6 - 1,8 раза, алмазного инструмента - в 1,6-2, 0 раза.

14. Повышение температуры твёрдосплавного инструмента (до 300° С) при облучении гамма-квантами приводит к активизации диффузионных процессов в твёрдом сплаве, в паяном шве и в стальном корпусе, усиливая их взаимосвязь. При этом существенно возрастает износостойкость и прочность инструмента.

15. Режимные параметры облучения гамма-квантами алмазного и твёрдосплавного инструмента имеют предельные значения, превышение которых приводит к существенному снижению физико-механических характеристик материалов за счёт увеличения концентрации дефектов в них.

16. Существенную роль в устранении дефектов в твёрдых сплавах и композиционных материалах играет водород, который при облучении ионизируется, переходит из молекулярного состояния в атомарное и принимает активное участие в структурной перестройке дефектов в облучаемом матеl! риале. Искусственное повышение концентрации водорода и последующее облучение гамма-квантами позволяет повысить прочностные характеристики сплавов и качество закрепления алмазных зерен в материале матрицы. Полученные результаты исследований положены в основу разработанного способа упрочнения породоразрушающего инструмента [157].

17. Криогенно-радиационное воздействие на твёрдые сплавы и композиционные алмазосодержащие материалы является технологическим приёмом «низкотемпературная закалка - радиационный отпуск», который позволяет существенно повысить прочностные характеристики и износостойкость обрабатываемого породоразрушающего инструмента. Полученные результаты исследований положены в основу разработанного способа упрочнения породоразрушающего инструмента [158].

18. Реальный экономический эффект от внедрения результатов исследований только в Новосибирской ГПЭ и ПГО «Востказгеология» составил 268,3 тыс. руб. (в ценах 1989г.). 19. Разработанные методические и технико-технологические средства являются основой для создания заводских технологий при массовом производстве породоразрушающего инструмента с повышенной износостойкостью. Для создания породоразрушающего инструмента с более высокими эксплуатационными показателями, способного успешно конкурировать с лучшими зарубежными образцами, необходимо продолжить исследования в области упрочняющих технологий, реализуемых различными физическими методами. [2]

Список трудов

Учебно-методические пособия

Проектирование буровых машин и механизмов. –(Учебное пособие с грифом Минвуза). Томск, изд. ТПУ, 2008. – 114с.;

Практикум по буровым машинам и механизмам. (Учебное пособие). Томск: Изд. ТПУ, 2007.- 120.

Технология и техника бурения геологоразведочных и геотехнологических скважин. (Учебно-методическое пособие с грифом Минвуза). Томск: Изд. ТПУ, 2009. – 540.

Лабораторный практикум по бурению геологоразведочных и геотехнологических скважин. (Учебное пособие). Томск: Изд. ТПУ, 2008 – 212.

Статьи

Fryogenic-Radiation Methods Strengthening Rock-Destroying Tools. NON-FERROUS METALS in translation from Russian/ № 1 – 2007.- S 34– 36.

Акустическая эмиссия при облучении твёрдых сплавов рентгеновскими лучами. Известия ТПУ, вып. 2, т. 312, 2008. – С. 176 – 181.

Роль кафедры бурения скважин Томского политехнического университета в обеспечении Томской области специалистами по бурению скважин. Материаллы Международного форума «Минерально-сырьевая база Сибири: история становления и перспективы». – 2 том, Томск: Изд. ТПУ, 2008. – с. 172 -178.

К 90-летию профессора С.С. Сулакшина. Геология и разведка. - Известия высших учебных заведений. – Научно методич. ж – л, М: МГГУ, № 6, 2009.– с.100 – 101.

55 лет кафедре «Бурение скважин». Сборник докладов Всероссийской научно-техничес-кой конференции «Проблемы научно-технического прогресса в бурении скважин». – Томск: Изд. ТПУ, 2009. –с. 3 – 6.

Стенд для проведения исследований влияния гидродинамической кавитации на эффективность разрушения горных пород при бурении скважин и скважинной гидродобыче полезных ископаемых. Сборник докладов Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы научно-технического прогресса в бурении скважин». – Томск: Изд. ТПУ, 2009. – с.12 – 15.

Сравнение технико-экономи-ческих показателей работы отечественных и зарубежных буровых установок в условиях ООО «Белон-Геология». Сборник докладов Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы научно-технического прогресса в бурении скважин». – Томск: Изд. ТПУ, 2009. – с.42 – 47.

Совершенствование технологии бурения скважин при разведке угольных месторождений Кузбасса. Сборник докладов Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы научно-технического прогресса в бурении скважин». – Томск: Изд. ТПУ, 2009. – с.81 – 84. [3]

Ссылки

1. http://portal.tpu.ru/SHARED/r/RSYA

2. http://www.dissercat.com/content/obemnoe-uprochnenie-tverdosplavnogo-i-almaznogo-porodorazrushayushchego-instrumenta-s-tselyu

3. http://portal.tpu.ru:7777/SHARED/r/RSYA/science/Tab/spisok.doc