Единицей измерения алмазов принят карат. Он равен 0,2 г. Размеры зерен алмазов определяются количеством штук камней на 1 карат.

В довоенные годы в мировой практике для бурения применялись главным образом алмазы сорта карбонаты. С разработкой технологии изготовления мелкоалмазных коронок для их армирования используется мелкий борт. В СССР для этой цели применяются в серийных коронках алмазы зернистостью до 400 шт/карат. Мелкоалмазные коронки имеют целый ряд преимуществ перед крупноалмазными. Они значительно увеличивают механическую скорость бурения, являясь, по существу, многорезцовыми коронками. Стоимость же мелкого борта во много раз ниже стоимости карбонатов.

Рис. 1. Схемы устройства алмазных коронок.
а — однослойной. 1,2 — объемные алмазы; 3 — подрезные алмазы; 4 — матрица коронки; 5— корпус коронки, б— многослойной. 1 — объемные алмазы первого слоя; 2 — объемные алмазы последующих слоев; 3 — подрезные алмазы; 4—матрица коронки; 5 — корпус коронки, в — импрсгнированной, 1 — матрица, насыщенная мелкими алмазами; 2 — подрезные алмазы.

В Советском Союзе разработан способ улучшения буровых свойств природных алмазов II сорта методом дробления с последующей овализацией. Овализованные алмазы более стойки к ударным нагрузкам и при бурении пород с определенными физико-механическими свойствами дают лучшие показатели по сравнению с дроблеными алмазами.

В практике геологоразведочного бурения применяются коронки и расширители. Алмазная коронка является собственно породораз-рушающим инструментом. Она состоит из короночного кольца (корпуса) и алмазосодержащей части — матрицы. Короночпое кольцо имеет наружную ленточную резьбу для соединения с колонковой трубой, расширителем или кернорвателем. Изготовление матрицы коронки производится методом порошковой металлургии.

В зависимости от физико-механических свойств буримых пород (в первую очередь абразивности) изготавливаются матрицы различной твердости. Твердость матрицы измеряется на приборе Роквелла, шкала С и обозначается Rc.

В настоящее время выпускаются алмазные коронки с тремя типами матриц. Соответственно твердость матрицы составляет 20-25 Rc, 30-35 Rc и 50-55 Rc.

Коронки с третьим типом матрицы применяются для бурения неабразивных и слабоабразивных пород; коронки с четвертым типом — для бурения среднеабразивных пород; коронки с пятым типом — для бурения сильноабразивных пород. В зависимости от степени трещиноватости пород также выбираются коронки с разной твердостью матрицы.

В зависимости от схемы укладки и крупности алмазных зерен различают три типа алмазных коронок: однослойные, многослойные и импрегнированные. При этом в коронках всех типов алмазы, расположенные на торцевой поверхности матрицы и предназначенные для разрушения забоя, называются «объемными», а камни, установленные на боковой поверхности матрицы и предназначенные для обработки стенок скважины (наружные алмазы) и боковой поверхности керна (внутренние алмазы) называются «подрезными».

Однослойные коронки армируются алмазами крупностью 20—50 шт!карат, в качестве объемных и крупностью 10—50 шт/карат в качестве подрезных. Алмазы в однослойных коронках располагаются в 1 слой по одной из принятых схем (шахматная или спиральная). Однослойные коронки рекомендуются для бурения пород VII—IX категорий буримости. В зависимости от твердости матрицы однослойные коронки выпускаются с третьим и четвертым типом матрицы.

Многослойные алмазные коронки армируются алмазами крупностью 60—120 шт/карат в качестве объемных и алмазами крупностью 30—60 шт/карат в качестве подрезных. В многослойных алмазных коронках алмазы в матрице расположены в 3 слоя с таким расчетом, чтобы по мере срабатывания одного слоя в работу вступал следующий.

Многослойные алмазные коронки выпускаются с матрицами третьего и четвертого типов и предназначены для бурения пород IX—XI категорий.

Импрегнированные алмазные коронки армируются алмазами крупностью 120—400 шт/карат в качестве объемных и алмазами крупностью 30—90 шт/карат в качестве подрезных. Импрегнированные коронки изготовляются путем перемешивания алмазных зерен с материалом матрицы. Таким образом, в импрегнированной коронке вся матрица насыщена алмазной крошкой. Эти коронки применяются для бурения пород высоких категорий (X—XII) буримости. Импрегнированные коронки изготавливаются с матрицей третьего, четвертого и пятого типов.

При выборе типа коронки необходимо обращать внимание на зернистость алмазов. Исследования работы единичного алмаза показали, что в процессе бурения скважин на него действуют две силы: вертикально направленная (осевое давление на коронку), обеспечивающая внедрение алмаза в породу, и сила, действующая в горизонтальной плоскости, — реакция породы забоя на усилие резания. Это усилие тем больше, чем тверже порода. Горизонтальные усилия стремятся сколоть алмаз. Поэтому, чем тверже порода, тем мельче должны быть объемные алмазы в коронке.

Тип коронки и характеристика алмазов, которыми она армирована, показан в принятой в настоящее время индексации коронок. Первые две цифры индекса указывают на тип разработки (01, 02); буква, стоящая за ними, указывает на тип коронки (А — однослойная, М — многослойная, И — импрегнированная). Следующая буква и группа цифр означают качество и зернистость объемных алмазов.

Рис. 2. Алмазный расширитель.

Например: Д120 — дробленые алмазы зернистостью 120 шт/карат. Последняя группа букв и цифр характеризуют подрезные алмазы. Например: КР40 — рекуперированные (полученные при растворении на заводе матрицы отработанной коронки) алмазы зернистостью 40 шт/карат.

Так как по мере углубления скважины ее диаметр уменьшается за счет потери первоначального диаметра алмазных коронок (износа боковых алмазов в коронке), то успешная работа коронки может быть обеспечена только в сочетании с алмазным расширителем, калибрующим стенки скважины даны по заданному диаметру. Скважина, обработанная расширителем, позволяет опускать коронку номинального диаметра на забой скважины. Алмазный расширитель, калибруя скважину, выполняет еще функцию стабилизатора, уменьшая вибрации бурового снаряда, передаваемые на коронку, и в значительной мере предупреждая искривление ствола скважины. Устройство алмазного расширителя показано на рис. 2. Расширитель состоит из корпуса, на поверхности которого простроганы пазы. В эти пазы укладываются алмазные штабики и припаиваются в пазах.

Твердость готовых штабиков в зависимости от изменения состава шихты колеблется от 20 до 35 единиц по Роквеллу. Алмазы для штабиков применяются крупностью 20—30 шт/карат. Расширитель имеет внутреннюю резьбу на одном конце для соединения с алмазной коронкой и наружную резьбу для соединения с колонковой трубой.