Алмазное бурение бетона

Алмазное бурение — это механическое вращательное бурение породоразрушающим инструментом, армированным алмазами.

Алмазное бурение впервые было предложено в 1862 швейцарским часовщиком Ж. Лешо для бурения при проходке тоннелей и затем нашло применение при разведке и эксплуатации месторождений полезных ископаемых. Забойный буровой снаряд при алмазном бурении состоит из буровой алмазной коронки или долота, алмазного расширителя, сохраняющего диаметр скважины при износе коронки, кернорвательного устройства, колонковой трубы и колонны бурильных труб.

При поисках и разведке месторождений полезных ископаемых применяют алмазные буровые коронки и частично алмазные долота (диаметры 36, 46, 59, 76, 93, 112 мм); при бурении глубоких эксплуатационных скважин на нефть и газ — главным образом долота (диаметры 140, 159, 188, 212, 242 мм). Алмазы в матрице коронки располагают слоями (от 1 до 3) либо их равномерно перемешивают с материалом матрицы (т.н. импрегнированные коронки). С учётом характера проходимых пород твёрдость матрицы колеблется от 10 до 50 HRC (чем крепче и абразивнее порода, тем твёрже матрица). Для армирования коронок используют технические алмазы (главным образом борт).

Для изготовления однослойных и многослойных применяют алмазы размером 20-100 зёрен в 1 карат; для импрегнированных, использующихся при бурении очень крепких, абразивных трещиноватых горных пород — от 120 до 1200 зёрен в 1 карате и более. По расположению в инструменте различают объёмные алмазы для торца коронки и более крупные подрезные, помещаемые на боковой поверхности. Например, в однослойную коронку диаметром 46 мм вставляют 6-8 карат алмазов, 59 мм — 10-12 (из них 60% объёмных и 40% подрезных).

Способ изготовления матриц алмазных буровых долот тот же, что и для алмазных коронок, но алмазы применяют более крупные — 0,05-0,34 карат (например, на долото диаметром 188 мм расходуется 400-650 карат, или 2000-2500 зёрен алмазов). Ресурс алмазных породоразрушающих инструментов в 8-10 раз больше по сравнению с другими инструментами. Высокая производительность алмазного бурения (в среднем проходка алмазного долота в 19 раз больше, чем шарошечного) достигается за счёт применения больших частот вращения бурового снаряда (до 2000 об/мин и более).

Наибольший эффект алмазное бурение даёт при использовании буровых коронок малых диаметров (49-76 мм), при высоких частотах вращения и удельной нагрузке на рабочем торце коронки 5-15 МПа. Алмазное бурение применяют обычно в специальных условиях, характеризующихся низкой механической скоростью, для бурения скважин малого диаметра и при использовании высокооборотных забойных двигателей. В середине 1970-х гг. объём алмазного бурения составлял 1% (в районах активного бурения 10%) общего объёма бурения в мире (в CCCP 3,9%).