Современные технологии бурения на твердые полезные ископаемые

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Сибирский федеральный университет

СОВРЕМЕННЫЕ  
ТЕХНОЛОГИИ БУРЕНИЯ  
НА ТВЕРДЫЕ ПОЛЕЗНЫЕ  
ИСКОПАЕМЫЕ

Допущено учебно-методическим советом Сибирского федерального 
университета в качестве учебника для студентов, обучающихся по направлению 
подготовки 21.05.03 «Технология геологической разведки», специализация 
21.05.03.00.03 «Технология и техника разведки месторождений полезных  
ископаемых». Протокол № 11 от 21.05.2019 г.

Красноярск 
СФУ 
2020

УДК 622.143+622.24
ББК 33.13я73
С568

Авторы:
В. В. Нескоромных, М. С. Попова, П. Г. Петенев,
А. Л. Неверов, А. Е. Головченко

Р е ц е н з е н т ы:
В. Г. Середкин, заместитель генерального директора, главный инженер ОАО 
«Красноярскгеология»;
В. В. Большаков, кандидат технических наук, доцент кафедры технологий 
геологической разведки Иркутского национального исследовательского технического университета

С568 
 
Современные технологии бурения на твердые полезные ископаемые : учебник / В. В. Нескоромных, М. С. Попова, П. Г. Петенев 
[и др.]. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2020. – 340 с.
ISBN 978-5-7638-4211-1

Рассмотрены современные технологии бурения скважин в твердых горных породах 
с использованием съемных керноприемников, породоразрушающих инструментов, отклонителей, а также возможность применения при бурении горизонтальных скважин 
технологии проходки с гидротранспортом керна.
Предназначен для студентов, обучающихся по направлению подготовки 21.05.03 
«Технология геологической разведки», специализация 21.05.03.00.03 «Технология и техника разведки месторождений полезных ископаемых». Может быть полезен аспирантам 
направлений 25.00.14 «Технология и техника геологоразведочных работ», 25.00.15 «Технология бурения и освоения скважин», научным сотрудникам и специалистам производственных организаций при решении технологических задач бурения скважин.

Электронный вариант издания см.: 
УДК 622.143+622.24
http://catalog.sfu-kras.ru 
ББК 33.13я73

ISBN 978-5-7638-4211-1 
© Сибирский федеральный 
университет, 2020

ВВЕДЕНИЕ

Современные технологии бурения скважин при поисках и разведке месторождений полезных ископаемых остаются основным средством выполнения работ. Разнообразные горно-геологические условия определяют требования к технологиям, которые непрерывно совершенствуются в направлении повышения 
эффективности.
Эффективность буровых технологий может оцениваться через такой важный показатель, как прибыль, полученная от выполнения геологоразведочных работ. Если сравнивать разницу в стоимости работ, выполненных с привлечением 
разных технологий (базовой и новой, основанной на применении современных 
подходов к решению технологических задач с использованием нового инструмента и оборудования), то результат взаимодействия трех основных факторов – 
достоверности, времени и стоимости – равняется прибыли, движущей силе любого проекта:

Прибыль = 
Достоверность

Время
Стоимость

. 

Именно величина прибыли при выполнении работ является основой развития производства, его оснащения, роста квалификации инженерно-технического и рабочего персонала [18].
Под достоверностью понимается достаточность и точность получаемой 
при бурении разведочных скважин (геологоразведочных работах) информации 
о рудной залежи: 
• весовой и качественный выход керна и получение иной качественной 
пробы, например в виде шлама;
• выполнение некоторого объема заверочного бурения, что позволяет оценить качество опробования, например проходкой с отбором керна тех скважин, 
которые опробовались по шламу;
• определение достоверного положения скважины в пространстве недр 
и соответствие этого положения требованиям геологического задания; 
• подсечение рудных залежей в заданном интервале допусков и под определенными углами.
Время в приведенной зависимости – это общее время выполнения работ 
по бурению скважины. Необходимо стремиться к сокращению сроков выполнения работ за счёт новых технологий и более современных и совершенных технических средств.

Введение

Стоимость – затраты на выполнение работ по бурению скважины, которые могут как снижаться в результате применения новых технологий, так и повышаться, давая тем не менее в совокупности рост прибыли за счёт сокращения 
сроков выполнения работ и повышения их качества. 
Последние два фактора также определяются выбранными для бурения инструментами, оборудованием и технологией, что получает отражение в стоимости метра пробуренной разведочной или поисковой скважины.

1. СОВРЕМЕННЫЕ БУРОВЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ

1.1. Экономическая оценка основных технологий

Экономическая оценка эффективности бурения оценивается стоимостью 
метра пробуренной скважины. Зависимость общего вида для расчета стоимости 
метра имеет следующий вид [18, 23]:

 

1 

 

Прибыль = 
Достоверность

Время
Стоимость

. 

 
Экономическая оценка эффективности бурения оценивается стоимостью метра пробуренной скважины. Зависимость общего вида для расчета 
стоимости метра имеет следующий вид [18, 23]: 
 

 

ст
б
м
м
p

С
1
Ц
С
,
Т
Т
Т
v
l
L













 
(1.1) 

 
где Сст – стоимость станко-смены, руб.; Т – длительность станко-смены, ч; 
Тб – время, затраченное непосредственно на углубление ствола скважины, 
ч; vм – механическая скорость бурения, м/ч; lр – длина рейсовой проходки, 
м; Ц – стоимость бурового инструмента, руб.; L – проходка буровым инструментом (ресурс  инструмента), м. 
 
С учетом полученной зависимости, формула (1.1) для случая колонкового бурения без съемного керноприемника будет иметь следующий вид 
[20]: 
 

 

ст
2
м
м
p

С
1
2
Ц
С
.
НК
t
Т
v
l
L













 
(1.2) 

 
С учетом затрат времени на спуск-подъем керноприемника формула 
(1.1) для расчета стоимости 1 м бурения ССК будет выглядеть следующим 
образом: 
 

 
ст
2
4
м
м
p
ц

С
1
2
2С
Ц
С
,
НК
t
Н
t
Т
v
l
l
L















 
(1.3) 

 
где lц – проходка за цикл, м. 
При определенных условиях параметр L = lp, а значит, формула (1.3) 
для расчета стоимости метра для бурения ССК будет выглядеть несколько иначе: 
 

 
ст
2
4
м
м
ц

С
1
2
2С
Ц
С
.
НК
t
Н
t
Т
v
L
l
L













 
(1.4) 

 
(1.1)

где Сст – стоимость станкосмены, руб.; Т – длительность станко-смены, ч; Тб – время, 
затраченное непосредственно на углубление ствола скважины, ч; vм – механическая 
скорость бурения, м/ч; lр – длина рейсовой проходки, м; Ц – стоимость бурового 
инструмента, руб.; L – проходка буровым инструментом (ресурс инструмента), м.
При бурении скважин время на углубление скважины или время «чистого» бурения неуклонно снижается по мере увеличения глубины буримой скважины. При бурении c отбором керна снарядом без съемного керноприемника требуется подъём всей бурильной колонны из скважины для извлечения кернового 
материала, что еще более снижает время на углубление скважины Тб. 
В этом случае разность (Т–Тб) в формуле (1.1) представляет собой сумму времени t1 и t2, где t1 – время, затраченное на непроизводительные операции, 
связанные с процессом бурения (проведение спускоподъёмной операции при некоторой глубине скважины Н), а t2 – затраты времени на замену изношенного породоразрушающего инструмента и извлечение керна, отнесённые к 1 м бурения. 
Время t1 зависит от глубины скважины H и среднего времени спуска-подъема 1 м бурильной колонны К и может, таким образом, определяться из выражения t1 = (2 HК). 
С учетом полученной зависимости формула (1.1) для случая колонкового 
бурения без съемного керноприемника будет иметь следующий вид [20]:

 

1 

 

Прибыль = 
Достоверность

Время
Стоимость

. 

 
Экономическая оценка эффективности бурения оценивается стоимостью метра пробуренной скважины. Зависимость общего вида для расчета 
стоимости метра имеет следующий вид [18, 23]: 
 

 

ст
б
м
м
p

С
1
Ц
С
,
Т
Т
Т
v
l
L













 
(1.1) 

 
где Сст – стоимость станко-смены, руб.; Т – длительность станко-смены, ч; 
Тб – время, затраченное непосредственно на углубление ствола скважины, 
ч; vм – механическая скорость бурения, м/ч; lр – длина рейсовой проходки, 
м; Ц – стоимость бурового инструмента, руб.; L – проходка буровым инструментом (ресурс  инструмента), м. 
 
С учетом полученной зависимости, формула (1.1) для случая колонкового бурения без съемного керноприемника будет иметь следующий вид 
[20]: 
 

 

ст
2
м
м
p

С
1
2
Ц
С
.
НК
t
Т
v
l
L













 
(1.2) 

 
С учетом затрат времени на спуск-подъем керноприемника формула 
(1.1) для расчета стоимости 1 м бурения ССК будет выглядеть следующим 
образом: 
 

 
ст
2
4
м
м
p
ц

С
1
2
2С
Ц
С
,
НК
t
Н
t
Т
v
l
l
L















 
(1.3) 

 
где lц – проходка за цикл, м. 
При определенных условиях параметр L = lp, а значит, формула (1.3) 
для расчета стоимости метра для бурения ССК будет выглядеть несколько иначе: 
 

 
ст
2
4
м
м
ц

С
1
2
2С
Ц
С
.
НК
t
Н
t
Т
v
L
l
L













 
(1.4) 

 
(1.2)

В процессе колонкового бурения снарядом со съемным керноприемником (ССК) при реализации рейса требуется выполнять подъем и последующий 
спуск керноприемника для извлечения керна. Операции подьема керноприемника с керном и спуска порожнего керноприемника в колонну составляют цикл 

1. Современные буровые инструменты

бурения ССК, тогда как рейсовая проходка – интервал бурения от спуска до подъема всей бурильной колонны из скважины для извлечения керна и (или) замены 
изношенного бурового инструмента. 
Время t3 на спуск-подъем керноприемника можно определить по формуле
t3 = 2CH + t4,

где С – время на спуск-подъем 1 м троса с керноприемником, ч/м; t4 – время на 
извлечение керна и смену керноприемника, ч.
С учетом затрат времени на спуск-подъем керноприемника формула (1.1) 
для расчета стоимости 1 м бурения ССК будет выглядеть следующим образом:

 

1 

 

Прибыль = 
Достоверность

Время
Стоимость

. 

 
Экономическая оценка эффективности бурения оценивается стоимостью метра пробуренной скважины. Зависимость общего вида для расчета 
стоимости метра имеет следующий вид [18, 23]: 
 

 

ст
б
м
м
p

С
1
Ц
С
,
Т
Т
Т
v
l
L













 
(1.1) 

 
где Сст – стоимость станко-смены, руб.; Т – длительность станко-смены, ч; 
Тб – время, затраченное непосредственно на углубление ствола скважины, 
ч; vм – механическая скорость бурения, м/ч; lр – длина рейсовой проходки, 
м; Ц – стоимость бурового инструмента, руб.; L – проходка буровым инструментом (ресурс  инструмента), м. 
 
С учетом полученной зависимости, формула (1.1) для случая колонкового бурения без съемного керноприемника будет иметь следующий вид 
[20]: 
 

 

ст
2
м
м
p

С
1
2
Ц
С
.
НК
t
Т
v
l
L













 
(1.2) 

 
С учетом затрат времени на спуск-подъем керноприемника формула 
(1.1) для расчета стоимости 1 м бурения ССК будет выглядеть следующим 
образом: 
 

 
ст
2
4

м
м
p
ц

С
1
2
2С
Ц
С
,
НК
t
Н
t
Т
v
l
l
L















 
(1.3) 

 
где lц – проходка за цикл, м. 
При определенных условиях параметр L = lp, а значит, формула (1.3) 
для расчета стоимости метра для бурения ССК будет выглядеть несколько иначе: 
 

 
ст
2
4
м
м
ц

С
1
2
2С
Ц
С
.
НК
t
Н
t
Т
v
L
l
L













 
(1.4) 

 
(1.3)

где lц – проходка за цикл, м.
При определенных условиях параметр L = lp, а значит, формула (1.3) для 
расчета стоимости метра для бурения ССК будет выглядеть несколько иначе:

 

1 

 

Прибыль = 
Достоверность

Время
Стоимость

. 

 
Экономическая оценка эффективности бурения оценивается стоимостью метра пробуренной скважины. Зависимость общего вида для расчета 
стоимости метра имеет следующий вид [18, 23]: 
 

 

ст
б
м
м
p

С
1
Ц
С
,
Т
Т
Т
v
l
L













 
(1.1) 

 
где Сст – стоимость станко-смены, руб.; Т – длительность станко-смены, ч; 
Тб – время, затраченное непосредственно на углубление ствола скважины, 
ч; vм – механическая скорость бурения, м/ч; lр – длина рейсовой проходки, 
м; Ц – стоимость бурового инструмента, руб.; L – проходка буровым инструментом (ресурс  инструмента), м. 
 
С учетом полученной зависимости, формула (1.1) для случая колонкового бурения без съемного керноприемника будет иметь следующий вид 
[20]: 
 

 

ст
2
м
м
p

С
1
2
Ц
С
.
НК
t
Т
v
l
L













 
(1.2) 

 
С учетом затрат времени на спуск-подъем керноприемника формула 
(1.1) для расчета стоимости 1 м бурения ССК будет выглядеть следующим 
образом: 
 

 
ст
2
4
м
м
p
ц

С
1
2
2С
Ц
С
,
НК
t
Н
t
Т
v
l
l
L















 
(1.3) 

 
где lц – проходка за цикл, м. 
При определенных условиях параметр L = lp, а значит, формула (1.3) 
для расчета стоимости метра для бурения ССК будет выглядеть несколько иначе: 
 

 
ст
2
4

м

м
ц

С
1
2
2С
Ц
С
.
НК
t
Н
t
Т
v
L
l
L













 
(1.4) 
 
(1.4)

Для условий бурения скважины с гидротранспортом керна формула 
(1.4) несколько упростится, так как будут исключены затраты времени на подъем 
и спуск керноприемника. 
В этом случае можно записать следующее выражение:

 

2 

Для условий бурения скважины с гидротранспортом керна формула 
(1.4) несколько упростится, так как будут исключены затраты времени на 
подъем и спуск керноприемника.  
В этом случае можно записать следующее выражение: 
 

 
ст
2
м
м

С
1
2
Ц
С
.
НК
t
Т
v
L
L










 
(1.5) 

 

 
ст
5
м
м
ц

С
1
2С
Ц
С
,
Н
t
Т
v
l
L











 
(1.6) 

 
t5 – время на смену керноприемника и коронки, ч. 
 

 
ст
2
м
м

С
1
2
Ц
С
.
КН
t
Т
v
L
L










 
(1.7) 

 
ΔС = 
I
II
м
м
C
C

. 
 

 
б
п
60
2
K
R

 

, 
(1.8) 

 
где vб – механическая скорость бурения, м/ч; R – радиус резца ONYX, м; 
Кп – коэффициент проскальзывания резца. 
 

 
oc
P
F
N

μ cos α, 
(1.10) 

 
где Рос – осевая нагрузка на долото, кН; N – число резцов на торцевой части долота, воспринимающие осевую нагрузку; μ – коэффициент трения 
резцов о породу; α – угол наклона боковой поверхности торца долота, град. 
Крутящий момент при этом будет равен: 
 

 
oc
кр

RP
М
N

 μ cos α, 
(1.11) 

 
 
Мс = r f  F, 
(1.12) 
 
где r – радиус оси резца, м (рис. 1.13); f – коэффициент трения оси резца в 
корпусе резца. 

 
(1.5)

В формуле (1.5) время t2 определяет срок, достаточный для замены изношенной коронки на новую.
Возможен также вариант применения ССК, в котором может быть замена 
изношенной коронки без подъема снаряда из скважины (модификации ССК типа 
СРК, КРК и др.). 
Учитывая, что замена изношенной коронки производится одновременно 
с извлечением керна из керноприемника за время t5, себестоимость метра для 
бурения ССК с заменой изношенной коронки через внутреннюю полость колонны будет определяться по зависимости

1.1. Экономическая оценка основных технологий

2 

Для условий бурения скважины с гидротранспортом керна формула 
(1.4) несколько упростится, так как будут исключены затраты времени на 
подъем и спуск керноприемника.  
В этом случае можно записать следующее выражение: 
 

 
ст
2
м
м

С
1
2
Ц
С
.
НК
t
Т
v
L
L










 
(1.5) 

 

 
ст
5
м
м
ц

С
1
2С
Ц
С
,
Н
t
Т
v
l
L











 
(1.6) 

 
t5 – время на смену керноприемника и коронки, ч. 
 

 
ст
2
м
м

С
1
2
Ц
С
.
КН
t
Т
v
L
L










 
(1.7) 

 
ΔС = 
I
II
м
м
C
C

. 
 

 
б
п
60
2
K
R

 

, 
(1.8) 

 
где vб – механическая скорость бурения, м/ч; R – радиус резца ONYX, м; 
Кп – коэффициент проскальзывания резца. 
 

 
oc
P
F
N

μ cos α, 
(1.10) 

 
где Рос – осевая нагрузка на долото, кН; N – число резцов на торцевой части долота, воспринимающие осевую нагрузку; μ – коэффициент трения 
резцов о породу; α – угол наклона боковой поверхности торца долота, град. 
Крутящий момент при этом будет равен: 
 

 
oc
кр

RP
М
N

 μ cos α, 
(1.11) 

 
 
Мс = r f  F, 
(1.12) 
 
где r – радиус оси резца, м (рис. 1.13); f – коэффициент трения оси резца в 
корпусе резца. 

 
(1.6)

t5 – время на смену керноприемника и коронки, ч.
При бескерновом бурении длина рейсовой проходки равняется общей 
проходке буровым инструментом. Учитывая при этом, что отбор керна не производится, зависимость (1.1) можно представлять в следующем виде [23]:

 

2 

Для условий бурения скважины с гидротранспортом керна формула 
(1.4) несколько упростится, так как будут исключены затраты времени на 
подъем и спуск керноприемника.  
В этом случае можно записать следующее выражение: 
 

 
ст
2
м
м

С
1
2
Ц
С
.
НК
t
Т
v
L
L










 
(1.5) 

 

 
ст
5
м
м
ц

С
1
2С
Ц
С
,
Н
t
Т
v
l
L











 
(1.6) 

 
t5 – время на смену керноприемника и коронки, ч. 
 

 
ст
2
м
м

С
1
2
Ц
С
.
КН
t
Т
v
L
L










 
(1.7) 

 
ΔС = 
I
II
м
м
C
C

. 
 

 
б
п
60
2
K
R

 

, 
(1.8) 

 
где vб – механическая скорость бурения, м/ч; R – радиус резца ONYX, м; 
Кп – коэффициент проскальзывания резца. 
 

 
oc
P
F
N

μ cos α, 
(1.10) 

 
где Рос – осевая нагрузка на долото, кН; N – число резцов на торцевой части долота, воспринимающие осевую нагрузку; μ – коэффициент трения 
резцов о породу; α – угол наклона боковой поверхности торца долота, град. 
Крутящий момент при этом будет равен: 
 

 
oc
кр

RP
М
N

 μ cos α, 
(1.11) 

 
 
Мс = r f  F, 
(1.12) 
 
где r – радиус оси резца, м (рис. 1.13); f – коэффициент трения оси резца в 
корпусе резца. 

 
(1.7)

Из зависимостей (1.1)–(1.7) следует, что стоимость метра бурения определяется такими параметрами, как механическая скорость бурения, стоимость 
бурового инструмента и его ресурс, затраты времени на такие вспомогательные 
операции, как извлечение керна и замена изношенного породоразрушающего инструмента.
Для снижения стоимости метра скважины следует повышать механическую скорость бурения, проходку за цикл и рейс, время бурения (углубления 
скважины без учета иных затрат времени на сооружение скважины), сокращая 
затраты производительного времени на вспомогательные операции. 
При бурении ССК, если применяются достаточно стойкие коронки, за 
счет применения съемного керноприемника при бурении скважины глубиной 
1 500 м доля времени «чистого» бурения составляет 70–75 %, в отличие от бурения классического, осуществляемого без съемного керноприемника, при котором 
доля времени на «чистое» бурение может быть не более 40–50 %. 
Если проходка на коронку при бурении ССК составляет 30 м, а длина керноприемника 2 м, то при равных значениях механических скоростей бурения его 
использование будет экономически выгодно даже при незначительной глубине 
скважины, при условии оптимальной стоимости бурового инструмента.
Для оценки экономической эффективности способов бурения или буровых инструментов следует произвести расчет по формулам (1.1)–(1.7), а эффективность определить как разность стоимости метра бурения сравниваемых технологий и (или) инструментов:

2 

Для условий бурения скважины с гидротранспортом керна формула 
(1.4) несколько упростится, так как будут исключены затраты времени на 
подъем и спуск керноприемника.  
В этом случае можно записать следующее выражение: 
 

 
ст
2
м
м

С
1
2
Ц
С
.
НК
t
Т
v
L
L










 
(1.5) 

 

 
ст
5
м
м
ц

С
1
2С
Ц
С
,
Н
t
Т
v
l
L











 
(1.6) 

 
t5 – время на смену керноприемника и коронки, ч. 
 

 
ст
2
м
м

С
1
2
Ц
С
.
КН
t
Т
v
L
L










 
(1.7) 

 

ΔС = 
I
II

м
м
C
C

. 

Анализ приведенных зависимостей показывает, что на стоимость метра 
пробуренной скважины значительно влияет ресурс инструмента, а повышение 

1. Современные буровые инструменты

механической скорости бурения будет оправдано при условии сохранения эффективного ресурса бурового инструмента.
Анализ формул для расчета стоимости бурения показывает, что весомое 
значение имеет стоимость бурового инструмента. При этом важно соответствие 
стоимости станкосмены и инструмента. Так, например, если стоимость станко-смены невелика, то применение дорогостоящего бурового инструмента, составляющего основную часть затрат, нецелесообразно. Такая ситуация возможна 
в том случае, если на недорогом отечественном оборудовании при малой доле 
затрат на заработную плату будут использоваться алмазные коронки зарубежных 
компаний, стоимость которых может составлять 300–800 дол. США. При этом 
составляющая затрат на инструмент будет значительно превышать остальные затраты, что скажется на рентабельности.
Анализ современных технологий разведочного бурения показывает, что 
если следовать логике приоритета основных положений геологического задания 
на проходку геологоразведочной скважины, а также применять экономические 
критерии эффективности, то очевидным выбором является применение для бурения в твердых породах вращательного колонкового бурения снарядами со съемным керноприемником. 
При этом эффективность бурения ССК будет возрастать по мере сокращения затрат времени на вспомогательные и спускоподъемные операции. Это возможно за счет повышения ресурса бурового инструмента или применения съемного бурового инструмента, замена которого может производиться без подъема 
бурильной колонны из скважины.
Сокращение числа спускоподъемных операций может достигаться также 
за счет использования специальных съемных отклонителей для выполнения работ по направленному бурению без подъема бурильной колонны. В этом случае 
спуск отклонителей может производиться через внутреннюю полость бурильных 
труб.
Следовательно, актуально применение способов каротажа и средств отбора ориентированного керна, также осуществляемых без подъема бурильной 
колонны из скважины.
Интерес представляют технологии тампонирования скважин через бурильную колонну и бурения скважин с гидротранспортом керна. Например, технология бурения с гидротранспортом керна может успешно использоваться при 
бурении протяженных горизонтальных скважин.
Для решения определенных задач с целью снижения затрат на бурение актуально использование ударно-вращательного пневмоударного способа бурения 
или бескернового бурения шарошечными долотами.

1.2. Буровые инструменты с резцами из твердых материалов  с поликристаллическими алмазами

1.2. Буровые инструменты с резцами из твердых материалов  
с поликристаллическими алмазами

Современные коронки с резцами для бурения мягких и средней твердости пород с прослоями твердых изготавливают спеканием либо прессованием 
поликристаллических алмазов, которые отличаются от иных композиционных 
алмазосодержащих материалов, например славутича, тем, что имеют жесткий 
каркас из сросшихся алмазных зерен. К таким материалам, получившим название 
PDC (polycrystalline diamonds cutters), относится созданный в 1976 г. компанией 
General Electric (CША) материал Stratapax. Компания De Beers (ЮАР) выпускает 
его под названием Sindet [4; 18; 20; 21]. 
В 80-е г. ХХ в. ИСМ (Украина) совместно с ВНИИалмаз (Россия) разработали несколько марок поликристаллических алмазов на подложке, аналогичных 
PDC. Материал АТП (алмазные твердосплавные пластины) применяется преимущественно для оснащения бурового инструмента. 
Сравнение эксплуатационных свойств PDC и АТП, природных алмазов 
и твердого сплава с содержанием кобальта 6 % свидетельствует о том, что основные свойства поликристаллических алмазов сопоставимы с природными. Существенное колебание твердости природных алмазов объясняется анизотропией 
их структуры, тогда как кристаллы искусственных поликристаллических алмазов изотропны, то есть физико-механические свойства кристаллов одинаковы во 
всех направлениях. Это способствует повышению прочности и износостойкости 
синтетических алмазов. По сравнению с твердым сплавом прочность синтетических поликристаллических алмазов на сжатие выше на 70 %, а твердость – 
на 250 %. 
В буровом инструменте резцы с поликристаллическими пластинами устанавливают с отрицательным передним углом в пределах от –5 до –25° в зависимости от твердости горных пород. В инструментах, предназначенных для бурения 
более твердых горных пород, передний отрицательный угол задается бòльшим.
Показатели работы инструмента с пластинами PDC могут составлять в различных горно-геологических условиях по механической скорости от 2,3 до 30 м/ч, 
а по стойкости – от 200 до 1000 м. При использовании коронок, оснащенных пластинами PDC, при бурении песчаников получена скорость бурения 16 м/ч при 
стойкости 120–260 м против 3,6 м/ч и 30–60 м у твердосплавных коронок [17].
Таким образом, при бурении осадочных пород использование PDC по 
сравнению с твердосплавным инструментом позволяет повысить скорость бурения в 1,5–5 раз и стойкость в 5–15 раз.
Резцы PDC состоят из слоя поликристаллических алмазов 1, твердосплавной подложки 2 и корпуса резца 3 (рис. 1.1). Для повышения прочности 

1. Современные буровые инструменты

соединения алмазного слоя 1 с твердосплавной основой 2 последняя выполняется не плоской, а рифленой, с насечками, а для снижения скалывания края пластин 
и кромки выполняются скошенными.  
При изготовлении резцов пластины PDC крепятся диффузионной сваркой 
при высоких температуре и давлении. Перед соединением поверхность пластинок покрывают тонким слоем никеля. 
При бурении с отбором керна механическая скорость бурения коронками PDC увеличивается по сравнению с однослойными алмазными коронками 
в 4–5 раз, твердосплавными – до 10 раз. 
Коронки с резцами PDC способствуют повышению выхода керна. При бурении геологоразведочных скважин на твердые полезные ископаемые коронки, 
армированные пластинами с поликристаллическими алмазами, особенно перспективны в сочетании со снарядами со съемным керноприемником.
Компания Atlas Copco выпускает резцовые коронки, вооруженные поликристаллическими алмазными вставками Diapax и Tripax [20]. 
Элемент Diapax выполнен в виде пластины с нанесенным слоем алмазов 
толщиной 0,5 мм, а Tripax – в виде треугольных или квадратных блоков-резцов.
Коронки с пластинами Diapax (рис. 1.2) предназначены для бурения мягких, вязких глинистых, мерзлых грунтов, горных пород средней твердости. В подобных горных породах коронки с пластинами Diapax имеют очень высокие 
ресурс (до 1 000 м) и производительность. Недостатком таких коронок является 
низкая стойкость к ударным нагрузкам, что делает их непригодными для бурения 
массива с прослоями твердых горных пород.
При бурении пластины Diapax изнашиваются по внешней режущей кромке, контактирующей с породой.

Рис. 1.1. Возможные формы пластинок (а) и резцов PDC (б): 1 – поликристаллические алмазы; 
2 – подложка из твердого сплава; 3 – корпус резца

Стандартная    Скошенная
кромка             кромка 

1

2

3

3    2    1
2

2
1

а 
б