Ж. М. Адилов академик, доктор экономических наук, профессор

●
 Технические науки 
 
76                                                
№2 2014 Вестник КазНТУ
 
  
 
перерабатывающих  предприятий,  осуществляющих  сбыт  продукции  во  многие  азиатские  и 
европейские страны. 
Основной  целью  программы  развития  минерально-сырьевого  комплекса  республики  в 
настоящее  время  являются  создание  и  совершенствование  эффективной  системы  геологических 
исследований,  направленных  на  выявление  дополнительных  запасов  полезных  ископаемых  для 
действующих  горнорудных  и  нефтеперерабатывающих  предприятий,  обеспечение  рационального 
комплексного  использования  недр,  обеспечение  охраны  недр  и  окружающей  природной  среды. 
Поисково-разведочное 
колонковое 
бурение, 
являясь 
основным 
техническим 
средством 
геологоразведочных работ, занимает ведущее место по объему и качеству получаемой геологической 
информации. 
Удовлетворительное  решение  последней  задачи  в  породах  средней  твердости    и  твердых  с 
большим  эффектом  реализуется  при  использовании  для  проходки  скважин  снарядов  со  съемными 
керноприемниками (ССК), вооруженных алмазными породоразрушающими инструментами.  
Основное преимущество ССК перед традиционным колонковым бурением заключается, прежде 
всего,  в  резком  сокращении  времени  на  спуско-подъемные  операции  с  буровым  снарядом.  За  счет 
этого  увеличивается  рейсовая  скорость  и  общая  производительность  бурения,  снижается  стоимость 
работ.  Эффективность  применения  ССК  возрастает  с  повышением  стойкости  алмазных  буровых 
коронок и увеличением глубин буровых скважин.  В Казахстане около половины метража поисково-
разведочных скважин бурится с применением ССК [1]. 
Вместе  с  тем,  существуют  условия,  сдерживающие  дальнейшее  расширение  области 
эффективного  использования  этой  прогрессивной  технологии.  В  первую  очередь  –  это  высокая 
твердость  и  абразивность  ряда  горных  пород,  значительно  снижающие  работоспособность 
(стойкость) алмазных инструментов и сводящие к минимуму преимущества  технологии с ССК.  
Поэтому  многие  мировые  фирмы  разрабатывают  для  упомянутых  сложных  геолого-
технических  условий  алмазные  буровые  коронки  повышенной  стойкости.  При  этом    стоимость 
последних,  так  же,  как  и  их  стойкость  у  разных  производителей  значительно  отличаются  друг  от 
друга.  
С  целью  определения  эффективности  разработанных  буровых  коронок  для  ССК  были 
проведены их сравнительные  испытания на Чиганак-Улькенсайском рудном поле Казахстана.  
Верхняя  часть  разреза  месторождения  представлена  щебнем,  суглинами,  корой  выветривания 
по алевролитам, песчаникам, алевропесчаником,  углерод- содержащими алевролитами, аргиллитами 
и  базальтами.  Упомянутый  интервал  разбуривался  твердосплавными  коронками.  В  нижней  части 
разреза  залегают  твердые  абразивные  породы  Χ-ΧII  категории  по  буримости,  представленные 
кремнисто-баритовой  брекчией,  кремнистыми  породами,  яшмоидами  с  баритом  и  массивными 
кремнями.  Испытания  алмазных  коронок  проводились  при  проходке  этого  нижнего  интервала. 
Бурение 
осуществлялось 
диаметром  76  мм  (NQ).  Испытывались  коронки  следующих  
производителей:  Dimatec  (США),  ALFA  -  0,8  (Канада),  UltraTerra  (Канада),  BoartLongyear  (Канада), 
Терек Алмаз (Россия), Bohwa (Китай). 
Все  коронки  были  импрегнированного  типа,  толщина  матрицы  –  9  мм.  Параметры 
технологического  режима  бурения  для  всех  испытываемых  коронок  поддерживались  в  интервале 
следующих величин: 
- осевая нагрузка на коронку – 2000 – 2200 дан/см
2
; 
- частота вращения коронки – 640 – 710 об/мм; 
- расход промывочной жидкости (полимерный раствор) – 25 – 40 л/мин.   
 
Cледует  отметить,  что  применяемый  полимерный  буровой  раствор  хорошо  зарекомендовал 
себя в таких сложных горно-геологических условиях, как Чиганак-Улькенское рудное поле. Раствор 
готовился на основе французского реагента Flodrill PAM 1040, произведенного компанией SFA S.A и 
представляет  из  себя  анионный  сополимер  акриламида  и  акрилата  натрия.  Такие  полимеры 
обеспечивают  тиксотропное  поведение  бурового  раствора  и  соответствующую  вязкость,  что 
позволило  безаварийно  пробурить  скважины  на  данном  месторождении.  Результаты  сравнительных 
испытаний приведены в таблице 1.             
 
 
 

●
 Техникалық ғылымдар 
 
ҚазҰТУ хабаршысы №2 2014                                            
77 
 
Таблица 1. Результаты сравнительных испытаний алмазных буровых коронок NQ 
 
№ 
п/п 
Произво-
дитель 
буровых 
коронок 
Проход-
ка, м 
Расход 
коро-
нок  шт. 
Средняя 
проходка 
на 
коронку 
(стои-
мость) S, 
м 
Средне-
квадратичн
ое откло-
нение 
проходки, 
, см 
Коэф-т 
вариа-
ции 
V = 
 / S 
Стоимость 
коронки 
C 
 
Т/ дол. 
Эффектив-
ность 
использования 
коронок 
 
1 
Dimatec 
(США) 
560 м 
14 
40 
1,3 
0,032 
 
 
2 
ALFA - 0,8  
(Канада) 
175 
6 
35 
1,35 
0,039 
 
 
3 
UltraTerra 
(Канада) 
175 
5 
35 
1,36 
0,039 
 
 
4 
BoartLongye
ar (Канада), 
355 
7 
50 
1,42 
0,028 
 
 
5 
Терек-
Алмаз 
(Россия) 
315 
7 
45 
1,45 
0,032 
 
 
6 
Bohwa 
(Китай) 
150 
5 
30 
1,33 
0,044 
 
 
7 
КСБ-2 
(Терек-
Алмаз по 
патенту РК) 
630 
10 
63 
1,45 
0,023 
 
 
 
Анализ таблицы по позициям 1 – 6  показывает, что средняя проходка S на коронку варьирует 
от 30м (Китай) до 50 м (BoartLongyear). Величины выполненных среднеквадратичных отклонений δ и 
коэффициентов  вариации  V=  δ/S  свидетельствует  о  достоверности  полученных  результатов.    За 
критерий эффективности F различных коронок принята доля их цены С, приходящая на 1 м бурения: 
                                                                   (1) 
причем  наиболее  эффективной  будет  применение  той  коронки,  у  которой  упомянутый 
критерий  будет  минимален.  В  столбце  8  таблицы  приведены  цены  алмазных  импрегнированных 
коронок  различных  фирм-производителей  (в  тенге  и  долларах  США),  а  в  столбце  9  –  критерий  F 
эффективности  их  применения.  Анализ  данных  последнего  столбца  показывает,  что  минимальную 
величину  имеет  критерий  F  при  использовании  импрегнированных  коронок,  выпускаемых  фирмой 
«Терек-Алмаз»      (
).Отдельно    следует  остановиться  на  результатах  испытаний 
алмазных  коронок КСБ-2 (7-я позиция таблицы), изготовленных фирмой «Терек-Алмаз» по патенту 
Республики Казахстан [2].Конструкция данной коронки представлена  на рис.1.  
Ее  матрица  содержит  по  высоте  несколько  алмазосодержащих  слоев  с  гребенчатым 
равнонагруженнымпрофилем,  разделенных  безалмазными  слоями  меньшей  износостойкости.       
Равнонагруженность в процессе бурения профилей обеспечивается тем, что последние представляют 
примыкающие  друг  к  другу  треугольники  с  равными  основаниями  t,  но  с  различной  высотой  h
i
, 
убывающей  от  периферийного  выступа  алмазосодержащего  слоя  и  оси  коронки  в  соответствии  с 
зависимостью:  
                                            
(2) 
 
где  h
i
-высота  i-го  клинообразного  выступа,  начиная  с  выступа,  примыкающего  к  внутренней 
поверхности  коронки,  R
в 
–  внутренний  радиус  коронки;  m  –  число  боковых  поверхностей 

●
 Технические науки 
 
78                                                
№2 2014 Вестник КазНТУ
 
  
 
треугольных  выступов,  отсчитываемое  от  поверхности  первого  от  оси  коронки  выступа  до  i-го 
выступа; 
- высота периферийного  выступа алмазосодержащих слоев.  
 
      
 
 
а – общий вид; б – профиль алмазосодержащего слоя в продольном сечении. 1 – корпус; 2 – матрица;  
3 – промывочные окна; 4 – алмазосодержащие слои; 5 – безалмазные слои. 
Рис.1. Многослойная буровая коронка с равнонагруженными алмазосодержащими слоями 
 
Коронка  КСБ-2  прошла  ранее  сравнительные  испытания  совместно  с  коронкой  фирмы 
BoartLongyear  на    месторождении  Мизек  в  породах,  аналогичных  по  буримостиЧиганакскому 
месторождению (туфы андезитового состава интенсивно окварцованные, кварциты, относящиеся к ΧI 
категории). 
Как  следует  из  практических  результатов  (7-ая  позиция  таблицы)  стойкость  коронки  КСБ-2 
повысилась  на  25  %  по  сравнению  с  коронкой  BoartLongyear  и  составляет  63  м.  А  критерий 
эффективности показал минимум затрат, составив: 
 
 
 
Таким образом, можно сделать следующий вывод: 
При  бурении  твердых  абразивных  пород  для  повышения  стойкости  и  эффективности  следует 
создавать  буровые  коронки,  матрица  которых  содержит  по  высоте  несколько  алмазосодержащих 
импрегнированных  слоев  гребешкового  профиля,  разделенных  безалмазными  слоями  меньшей 
твердости. Это позволит в полной мере реализовать эффект самозатачивания по мере износа одного 
алмазосодержащего    слоя    и  вступления  в  работу  последующего  при  сохранении  преимуществ 
гребешковой формы профиля, а равнонагруженность последнего позволит экономить алмазное сырье 
при изготовлении алмазных инструментов. 
 
ЛИТЕРАТУРА 
1.  Кудайкулов  С.К.  Бурение  скважин  в  сложных  условиях  снарядами  со  съемными  керноприемниками 
(ССК). –  Алматы.: КазНТУ, 2010. – 248 с. 
2.    Кудайкулов  С.К.,  Федоров  Б.В.,  Касенов  А.К.  Алмазная  буровая  коронка.Предварительный  патент 
№17379 Республики Казахстан. кл. Е21В 10/46, Е21В10/98. Опубл.15.05.2006, бюл.№5. 
 
REFERENCES 
1.  Kudaikulov S.K. Drilling of wells in the difficult conditions by Wireline system. – Almaty: KazNTU, 2010. 
P. 248. 
2. Kudaikulov S.K., Fedorov B.V., Kasenov A.K. Diamond drilling bit. Patent of RK №17379 Kl. E21B10/46, 
E21B 10/98.Printed 15.05.2006, Bul. №5. 
 
 
 

●
 Техникалық ғылымдар 
 
ҚазҰТУ хабаршысы №2 2014                                            
79 
 
Құдайқұлова Г.А., Федоров Б.В., Бердібаев И.М., Шынтеміров А.К. 
Көшбасшы  фирмалардың  алмасды  бұрғылау  коронкаларының  салыстырмалы  сынағының 
нәтижелері 
Алмасды  бұрғылау  коронкаларының  өндірістік  сынағының  салыстырмалы  қорытындысының 
нәтижесінде, Қазақстан Респуликасының патентіне сай "Терек алмаз" фирмасының дайындап шығарған, қатты 
түрпілі  түрлерді  бұрғылауда  ипрегнирленген  қабаттары  бар  тарақ  тәріздес  көпқатпарлы  коронкалары  АҚШ, 
Канада, Ресей және Қытайдың көшбасшы фирмаларының өнімдерінен анағұрлым үнемділікке ие. 
Негізгі  сөздер:  алмасды  бұрғылау  коронкалары,  импрегнирленген  катпарлар,  тарақ  тәріздес  профиль, 
қатты түрпілі түрлер. 
 
Кудайкулова Г.А. , Федоров Б.В., Бердыбаев И.М., Шынтемиров А.К. 
Результаты сравнительных испытаний алмазных буровых коронок ведущих фирм 
Резюме. В результате сравнительного анализа производственных испытаний алмазных буровых коронок, 
разработанных  рядом ведущих фирм США, Канады, России и Китая,  установлено, что в твердых абразивных 
породах  наибольшей  экономичностью  обладают  многослойные  коронки  с  импрегнированными  слоями 
гребешкового профиля, изготовленные фирмой «Терек Алмаз» (Россия) по патенту Республики Казахстан. 
Ключевые  слова:    алмазные  буровые  коронки,  импрегнированные  слои,    гребешковый  профиль, 
твердые абразивные породы. 
 
Kudaikulova G.A., Fedorov B.V., Berdibayev I.M., Shintemirov A.K. 
Results of comparative tests of diamond drill bits of the leading firms 
Summary. As a result of the comparative analysis of production tests of the diamond drill bits developed by a 
number of the leading firms of the USA, Canada, Russia and China, it is established that in strong abrasive rocks the 
greatest profitability multilayered bits  with impregnated layers of the «sawtooth» profile, made by «Terek Diamond» 
firm (Russia) according to the patent of the Republic of Kazakhstan possess. 
Key words: diamond drilling bits, impregnated layers, sawtooth profile, hard abrasive rocks. 
 
 
УДК 520.35          
 
С.Г. Кусаинов
1
,  А.С. Кусаинов
2
, М.С. Александров
3
, М.Т. Айткулов
1
, М.Б. Уразов
1
  
(
1
Казахский национальный технический  университет имени К.И.Сатпаева 
2
Казахский национальный  университет имени Аль-Фараби 
Алматы, Республика Казахстан, 
3
ЗАО «Спектральная лаборатория» Санкт-Петербург, Россия) 
 
СПЕКТРАЛЬНЫЙ ПРИБОР НА ОСНОВЕ ГОЛОГРАММНО-ОПТИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА 
 
Аннотация: Предложена технология  многофункционального оптического прибора - спектроанализатора на 
основе  голограммно-оптического  элемента,  обладающего  одновременно  диспергирующими  и  фокусирующими 
свойствами.  Принципиальным  отличием  прибора  является  то,  что  оптическая  информация  фиксируется  не  в виде 
спектральных  линий  на  плоскости  регистрации,  как  в  классических  спектральных  приборах,  а  в  виде 
сфокусированных вдоль главной оптической оси системы сигналов являющихся интегральной величиной амплитуд 
испускаемых информационных частот исследуемого объекта.                 
Ключевые слова: Голограммно- оптический элемент (ГОЭ), Дифракционно оптический элемент (ДОЭ), 
Спектрометр, Видеоспектрометр, ПЗС матрица. 
 
Введение
 
Важнейшим  источником  познания  о  спектральном  составе  излучения,  поглощенного, 
отраженного  или  рассеянного  веществом,  является  световая  информация.  Исследование 
спектрального  состава  излучения  обычно  производится  с  помощью  гармонического  анализа.  В 
практической оптике он осуществляется чаще всего с помощью диспергирующего элемента – призмы 
или дифракционной решетки, отклоняющих лучи разных длин волн на различные углы. От качества 
этих  оптических  элементов  и  их  возможности  зависят  характеристики  всего  спектрального 
устройства. 
Как известно, спектральные системы характеризуются  следующими параметрами :  
1. Рабочий диапазон - интервал длин волн (λ
min 
÷ λ
max 
), в котором может работать СП; 
 

●
 Технические науки 
 
80                                                
№2 2014 Вестник КазНТУ
 
  
 
2.  Спектральная  разрешающая  способность  (R)  -  свойство  прибора  разделять  излучение  на 
компоненты, отличающиеся по длине волны на малый интервал δλ;  
3.  Пространственное  разрешение  -  расстояние  между  двумя  точками  пространства,  излучение 
из которых может быть проанализировано отдельно; 
4.  Временное  разрешение  -  интервал  между  моментами  времени,  которые  можно 
проанализировать отдельно; 
5.  Порог  чувствительности  -  минимальный  поток  энергии  от  источника,  позволяющий 
проанализировать излучение; 
6.  Угловая  дисперсия  (D
φ
)  -  изменение  угла  отклонения  луча  φ  (см.  рис.1.1)  с  изменением 
длины волны λ; 
7.  Линейная  дисперсия    (D
l
)  -  определяется  как  D
l 
=  dl/dλ,  где  l-  длина  дуги  (см.  рис.1), 
отсчитанная от какой-либо точки фокальной поверхности до места пересечения ее с лучом;   
8. Область  дисперсии -   диапазон длин волн в спектре, где имеется  однозначная связь между 
длиной  волны  спектральной  линии  и  ее  положением  в  спектре,  наблюдаемом  на  фокальной 
поверхности; 
9.  Светосила  спектрального  прибора  (характеристика  его  фотометрических  свойств)  -  
коэффициент  пропорциональности  между  яркостью  источника  и  непосредственно  измеряемой 
энергетической величиной;  
От совокупности этих  характеристик мы и исходили при создании нашего прибора.  
 Рассмотрим наше предложение в сравнении с обобщенной структурой и оптическими схемами 
классических спектральных приборов. 
Обобщенная 
оптическая 
схема 
спектрального  прибора  классического  типа 
содержит  набор  элементов,  характерных  для 
прибора 
с 
пространственным 
разделением 
монохроматических  составляющих  излучения,  – 
это  источник  излучения,  осветительная  система, 
входная 
щель, 
входной 
коллиматорный 
объектив,  диспергирующая  система,  выходной 
коллиматорный 
объектив 
и 
фотоприемное 
устройство. 
Структура 
такого 
прибора 
представлена на рисунке 1.  
 
 
Рис. 1.  Схема спектрального прибора классического типа 
 
Щелевые спектральные приборы [1] 
Прибор содержит  щель (1), диспергирующий элемент (2), фокусирующую  оптику (3). Спектр 
представляет  собой  дискретную  или  непрерывную  последовательность  изображений  щели, 
образованных  лучами  различных  длин  волн  (

1
, 

2
,... 

п
)  на  фокальной  плоскости  4.  Эти 
изображения попадают на  фотоприемник 5, фотопластинку, фотоприемную линейку или матрицу. 
 
 
Рис. 2. Обобщенная оптическая схема спектрального прибора: 1 – источник излучения; 2 – осветительная 
система; 3 – входная диафрагма; 4 – входной коллиматорный объектив; 5 – диспергирующий элемент;  
6 – выходной коллиматорный объектив; 7 – плоскость спектра; 8 – фотоприемное устройство 
           

●
 Техникалық ғылымдар 
 
ҚазҰТУ хабаршысы №2 2014                                            
81 
 
Авторы  работы  предлагают  новый  спектральный  прибор,  который  разработан  в    лаборатории 
КазНТУ  [2-4]    на  базе  голограммно-оптических  элементов.  Как  известно,  голографические 
оптические  элементы  (дифракционные  решетки,  зеркала  и  др.)    появились  сразу  же  с  появлением 
самой  голографической  технологии.  Однако  диспергирующая  синусоидальная  голографическая 
зонная  осецентрированная  сферическая  линза  впервые    получена  нами.  Этот  дифракционно-
оптический элемент (ДОЭ) разлагает падающий на него белый свет на спектр и фокусирует его вдоль 
главной  оптической  оси,  начиная  от  ближнего  инфракрасного  у  самой  плоскости  диспергирующего 
элемента  и  до  ультрафиолетового  излучения  ,  расположенного  в  дальнем  конце  оптической  оси 
(рисунок 3), [5,6,8,9].  
   
 
 

жүктеу/скачать 38,33 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: