AP08857201 – Разработка высокоэффективного породоразрушающего инструмента для бурения скважин, оснащенного синтетическими алмазами и композиционными алмазосодержащими резцами с высокой прочностью и термостойкостью

Цель проекта: Разработка высокоэффективного породоразрушающего инструмента для бурения скважин в твердых и абразивных горных породах на основе новых видов многокомпонентных металломатричных алмазосодержащих композитов с высокими эксплуатационными характеристиками, и с учетам особенностей явлений, возникающих в горной породе при внедрении алмазных зерен.

Актуальность: Повышение эффективности разрушения горных пород буровым инструментом, ос­на-щенным синтетическими алмазами, требует применения алмазов по­вышенного качества с контролируемыми характеристиками по прочности, термостойко­сти и однородности состава.

Научный руководитель: Доктор технических наук, Профессор, Ратов Боранбай Товбасарович

Полученные результаты: В ходе НИР теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены конструктивные решения алмазных буровых коронок для разрушения твердых горных пород. Показано, что многослойная структура матрицы с чередованием импрегнированных и безалмазных слоев, а также их винтовое расположение повышают эффективность разрушения породы. Установлено положительное влияние нанодобавок CrB₂ на снижение коэффициента трения и износа матрицы. Доказано, что уменьшение размеров алмазных зерен и их предварительная металлизация существенно повышают износостойкость инструмента. Проведены лабораторные и производственные испытания, подтвердившие увеличение ресурса коронок в 1,5–2,5 раза и повышение эффективности бурения. Разработана технологическая документация и оснастка для изготовления опытных образцов, включая решения на базе ЧПУ. Результаты внедрены в опытное бурение и подтверждены промышленными испытаниями.

Список публикаций с ссылками на них 

1. Ратов Б.Т., Мечник В.А., Бондаренко Н.А., Косьминов А.С., Сыздыков А.Х., Бораш Б.Р., Исонкин А.М. Патент: заявитель и патентообладатель INM им. В.Н. Бакуля НАН Украины. – Опубл. 14.07.2021. – Бюл. №28.
2. Ратов Б.Т., Косьминов А.С. и др. Опыт разработки и изготовления бурового инструмента на примере организации ТОО «СК Геосервис» // Материалы II Международной научно-практической конференции «Современные тенденции геологоразведочной и нефтяной инженерии». – Алматы, 2021. – 121 с. – ISBN 978-601-7940-24-9.
3. Ратов Б.Т., Бондаренко Н.А., Мечник В.А., Стрелчук В.В., Колодницкий В.Н., Николенко А.С., Коростишевский Д.Л., Пошванюк Н.Ф. Особенности микроструктуры композитов WC–Co, упрочненных добавкой CrB₂ // Инструментальное материаловедение: Сборник научных трудов. – Вып. 24. – Киев: ИСМ им. В.Н. Бакуля НАН Украины. – 2021. – С. 27–36. – DOI: https://doi.org/10.33839/2708-731X-23-1-50-65
4. Ratov B.T., Fedorov B.V., Syzdykov A.Kh., Zakenov S.T., Sudakov A.K. The main directions of modernization of rock-destroying tools for drilling solid mineral resources // International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM. – 2021. – Vol. 21, Issue 1.2. – P. 503–514. – DOI: https://doi.org/10.5593/sgem2021/1.1/s03.062
5. Ratov B.T., Mechnik V.A., Kolodnitskyi V.M., Kuttybaev A.E., Muzapparova A.B. Drilling inserts of the WC–Co–CrB₂ system with increased mechanical properties // SGEM. – 2021. – Vol. 21, Issue 1.2. – P. 917–925. – DOI: https://doi.org/10.5593/sgem2021/1.1/s06.111
6. Ратов Б.Т., Федоров Б.В., Исонкин А.М., Сыздыков А.Х., Ильницкая Г.Д. Основные направления совершенствования алмазных буровых коронок // Журнал «Нефть и Газ». – 2021. – №5(125). – С. 46–59. – DOI: https://doi.org/10.37878/2708-0080/2021-5.03
7. Ratov B.T., Bondarenko M.O., Mechnik V.A., Kosminov A.S. et al. Structure and properties of WC–Co composites with different CrB₂ concentrations // Journal of Superhard Materials. – 2021. – Vol. 43, No. 5. – P. 344–354. – DOI: https://doi.org/10.3103/S1063457621050051
8. Ratov B.T., Mechnik V.A., Bondarenko M.O. et al. Effect of Vanadium Nitride additive on diamond-containing composites based on Fe–Cu–Ni–Sn matrix // Journal of Superhard Materials. – 2021. – Vol. 43, No. 6. – P. 423–434. – DOI: https://doi.org/10.3103/S1063457621060095
9. Ratov B.T., Bondarenko N.A., Mechnik V.A. et al. Phase formation and physical-mechanical properties of WC–Co–CrB₂ composites // Journal of Superhard Materials. – 2022. – Vol. 44, No. 1. – P. 1–11. – DOI: https://doi.org/10.3103/S1063457622010075
10. Патент РК. Ратов Б.Т., Сыздыков А.Х., Федоров Б.В., Руслякова-Куприянова И.А., Косьминов А.С., Кудайкулова Г.А. Алмазная буровая коронка: патент №35548. – Опубл. 11.03.2022. – Бюл. №10.
11. Патент РК. Ратов Б.Т., Федоров Б.В., Руслякова-Куприянова И.А., Бораш А.Р., Бораш Б.Р. Комбинированный буровой лопастной инструмент: патент №35606. – Опубл. 15.04.2022. – Бюл. №15.
12. Ratov B.T., Bondarenko N.A., Mechnik V.A. et al. A study of WC–Co drill insert with CrB₂ // SOCAR Proceedings. – 2022. – No. 1. – P. 37–46. – DOI: https://doi.org/10.5510/OGP20220100626
13. Ратов Б.Т., Федоров Б.В., Исонкин А.М., Закенов С.Т., Бораш Б.Р. Современные конструкции алмазных коронок для бурения скважин // Журнал «Нефть и Газ». – 2022. – №2(128). – С. 92–102. – DOI: https://doi.org/10.37878/2708-0080/2022-2.08
14. Mamalis A., Mechnik V., Morozow D., Ratov B. et al. Properties of diamond–Fe–Ni–Cu–Sn composites // Machines. – 2022. – Vol. 10. – Art. 410. – DOI: https://doi.org/10.3390/machines10060410
15. Ratov B.T., Mechnik V.A., Bondarenko N.A. et al. Physico-mechanical properties of Fe–Cu–Ni–Sn–VN composites // Journal of Superhard Materials. – 2022. – Vol. 44, No. 2. – P. 79–90. – DOI: https://doi.org/10.3103/S1063457622020071
16. Ратов Б.Т., Федоров Б.В., Кудайкулова Г.А., Куттыбаев А.Е. и др. Создание высокопроизводительных алмазных коронок для разведочного бурения // Известия НАН КР. – 2022. – №2. – С. 42–52.
17. Ратов Б.Т., Федоров Б.В., Куттыбаев А.Е., Койбакова С.Е., Бораш А.Р. Научные основы создания алмазных буровых инструментов // Журнал «Нефть и Газ». – 2022. – №4(130). – С. 58–73. – DOI: https://doi.org/10.37878/2708-0080/2022-4.04
18. Ratov B.T., Mechnik V.A., Gevorkyan E.S. et al. Influence of CrB₂ additive on diamond composites // Materialia. – 2022. – Vol. 25. – 101546. – DOI: https://doi.org/10.1016/j.mtla.2022.101546
19. Ratov B.T., Mechnik V.A., Bondarenko M.O. et al. Physical and mechanical properties of WC–Co–CrB₂ matrices // Journal of Superhard Materials. – 2022. – Vol. 44, No. 4. – P. 240–251. – DOI: https://doi.org/10.3103/S1063457622040086
20. Ratov B.T., Fedorov B.V., Kuttybaev A.E. et al. Drilling tools with compound cutting structure // Mining Informational and Analytical Bulletin. – 2022. – No. 9. – P. 42–59. – DOI: https://doi.org/10.25018/0236_1493_2022_9_0_42
21. Ратов Б.Т., Федоров Б.В., Бондаренко Н.А., Мечник В.А., Исонкин А.М., Куттыбаев А.Е. Создание эффективных алмазных буровых коронок для проходки скважин в твердых породах. – Алматы: Satbayev University, 2022. – 215 с.