Алмазный породоразрушающий инструмент относится к одной из трех групп технических средств по управлению траекторией скважин, он обеспечивает в процессе бурения, снижение, вплоть до нуля, дестабилизирующих сил и моментов, воздействующих на буровой инструмент при разрушении анизотропных горных пород. Применение данных технических средств позволяет решать задачи по стабилизации направления ствола скважины в соответствии с профилем, а так же управлять направлением и кривизной скважины в процессе бурения без потери времени на производство дополнительных операций. [21]
Искривление ствола скважины проявляется, прежде всего, на контакте пород, различных по твердости. По этой причине крутое падение и частая перемежаемость горных пород приводит к значительному искривлению скважин. В работе [4], приведены измерения образцов керна из скважин алмазного бурения в Центрально-Кольской экспедиции, которые позволили определить среднюю интенсивность искривления на контактах различных по твердости горных породах для наиболее распространенного диапазона угла встречи от 30° до 50°. При перемежаемости горных пород «твердая-мягкая», при диаметре коронки 59 мм на участке длиной 4-8 см, интенсивность искривления составила 4,5°, а при перемежаемости «мягкая-твердая» – 3,8°.
Первые работы по созданию коронок со специальной геометрией торца матрицы были начаты в ТПУ под руководством С.С. Сулакшина, продолжены Ю.Л. Боярко и В.В. Кривошеевым.
С.С. Сулакшин, В.В. Кривошеев, Ю.Л. Боярко, В.Д. Рязанов, Д.Н. Ларионов, Н.Л. Николаев показали [6], что для направленного бурения в анизотропных горных породах могут применяться буровые коронки с измененным торцом матрицы.
Кратко описывая идеи работ, следует отметить, что если породоразрушающий торец коронки образует внешний или внутренний конус, то при проходки анизотропных горных пород под острым углом к оси компоновки наблюдается неравномерное разрушение забоя, т.к. вооружение коронки, проходящее перпендикулярно сланцеватости, будет встречать меньшее сопротивление, чем проходящее параллельно ей. На режущих кромках коронки возникнут неравные силы реакции породы N1 > N2 под влиянием которых вдоль режущих кромок будут действовать также неравные силы трения F1 > F2.
Для снижения естественного искривления скважин в перемежающихся по твердости анизотропных горных породах используют алмазный породоразрушающий инструмент специальной формы. Известен инструмент с уменьшенной площадью торца коронки, например, тонкоматричная коронка для комплекса ССК, рисунок 4 [7] эллиптической формы торца.
Данная коронка обеспечивает неизменный диаметр ствола и керна при уменьшении площади торца коронки, что обеспечивает сохранение механической скорости бурения при меньших параметрах осевой нагрузки, что в свою очередь приводит к уменьшению искривления скважин.
Авторы Е.Л. Лиманов и А.И. Уржумов в работе [8] установили, что алмазные коронки с внутренней и внешней конической рабочей поверхностью подвергаются примерно одинаковым сдвигающим силам и опрокидывающим моментам.
