АЛМАЗНАЯ БУРОВАЯ КОРОНКА Российский патент 1994 года по МПК E21B10/48 

Изобретение относится к разрушению горных пород, а именно к бурению колонковых геологоразведочных скважин.

Известны алмазные буровые коронки, содержащие корпус, алмазосодержащую матрицу, разделенную на сектора промывочными каналами [1] .

Недостатком известной конструкции является большая контактная площадь алмазов с забоем, приводящая к значительным осевым усилиям, прикладываемым к инструменту в момент разрушения буримой породы.

Известна буровая коронка, выбранная в качестве прототипа, включающая корпус и алмазосодержащую матрицу с гребенчатым рабочим торцом в форме концентрических выступов и впадин [2] .

Недостатком известной конструкции является то, что в процессе резания горной породы, от гребенчатых выступов рабочего торца коронки, на забое буримой породы ответно этим выступам образуются канавки-впадины. Следовательно, при прохождении промывочного паза по тем или иным участкам забоя, через который проходит промывочная жидкость, с целью очистки забоя, гребешковый забой затруднит вынос продуктов разрушения, например шлама. Отсюда возникает условие для повторного попадания и переизмельчения шлама под рабочим торцом коронки, и как следствие, зависание коронки на шламе, что снижает эффективность разрушения забоя и уменьшает ресурс работы породоразрушающих элементов.

Целью изобретения является увеличение ресурса работы коронки путем повышения эффективности разрушения горной породы.

Указанная цель достигается тем, что в алмазной буровой коронке, содержащей корпус и алмазосодержащую матрицу, разделенную промывочными пазами на сектора с рабочими торцами, сектора матрицы выполнены с чередующимися гребенчатыми и плоскими рабочими торцами, причем при равном количестве секторов с гребенчатым и плоским рабочим торцом твердость секторов с плоским торцом меньше, чем твердость секторов с гребенчатым торцом, а при количестве секторов с плоским торцом меньшем количества секторов с гребенчатым торцом, твердость секторов с плоским торцом равна твердости секторов с гребенчатым торцом.

В процессе бурения острие выступов алмазосодержащей матрицы гребенчатого рабочего торца коронки внедряется в забой горной породы, разрушая последнюю, создавая при этом активную сеть трещин, разупрочняя породу. Очевидно, что выступы рабочего торца коронки при объемном разрушении буримой породы, оставляют на забое, как интенсивную разрушенную зону, так и форму ответную рабочему торцу коронки. Сектор с плоским торцом, разрушая, сгребает впереди себя ослабленную предразрушенную зону выступов буримой породы, оставленной формой предыдущего сектора. При этом продукты разрушения, оказавшиеся впереди сектора, выносятся промывочной жидкостью через промывочный паз, а забой за счет разрушения выступов приобретает ровный рельеф, что способствует улучшению условий выноса с забоя шламового материала после прохождения сектора коронки.

Следовательно, при более интенсивном отводе шлама с призабойной зоны создаются благоприятные условия для разрушения породы, существенно влияющие как на повышение ресурса работы коронки, так и на механическую скорость бурения.

Очевидно и то, что при условии выполнения равного количества секторов, т. е. плоской и гребенчатой формы и из-за существенно большей контактной площади алмазов с забоем, а следовательно, и алмазовооруженности, сектора с плоским торцом выполняют меньшей твердости, чем сектора с гребенчатым торцом, исключая зависание коронки в процессе бурения на секторах с плоским рабочим торцом.

Также при условии выполнения меньшего количества секторов с плоским торцом, во избежание повышенного их износа относительно секторов с гребенчатым торцом твердость секторов с плоским торцом равна твердости секторов с гребенчатым торцом.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая алмазная буровая коронка отличается тем, что сектора матрицы выполнены с чередующимися гребенчатыми и плоскими рабочими торцами, причем при равном количестве секторов с гребенчатым и плоским рабочим торцом, твердость секторов с плоским торцом меньше, чем твердость секторов с гребенчатым торцем, а при количестве секторов с плоским торцом меньшем количества секторов с гребенчатыми торцами, твердость секторов с плоским торцом равна твердости секторов с гребенчатым торцом.

Таким образом, заявляемый объект соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 изображена коронка, вид сбоку; на фиг. 2 - рабочий торец коронки; на фиг. 3 - вид по А-А и по В-В на фиг. 2.

Алмазная буровая коронка состоит из корпуса 1, на торце которого выполнена алмазосодержащая матрица 2, разделенная на сектора промывочными пазами 3. Сектора 4 матрицы выполнены с гребенчатыми рабочими торцами в виде концентрических алмазосодержащих выступов 5 и впадин 6, и сектора 7 с плоскими рабочими торцами. Сектора 7 с плоскими рабочими торцами выполняют равной при меньшем количестве и меньшей твердости при равном количестве относительно секторов 4 с гребенчатыми рабочими торцами. Однако выполнение секторов может быть как четное, так и нечетное число.

Алмазная буровая коронка работает следующим образом.

Коронка крепится резьбовой частью корпуса 1 к колонковой трубе (не показано) и опускается на забой скважины. Под действием осевой нагрузки и вращения передаваемых от станка через колонку бурильных труб и корпус 1 алмазосодержащие выступы 5 секторов 4 внедряются в породу, разрушая ее. При этом форма забоя принимает вид гребенчатого рабочего торца коронки. Идущие следом сектора 7 с плоскими рабочими торцами сгребают перед собой образованные на забое от формы впереди идущего сектора гребни буримой породы. Образованные при этом продукты разрушения выносятся через промывочные пазы 3. После прохождения смежных секторов 4, 7 в одной и той же точке забой приобретает ровный рельеф, что способствует более качественному выносу продукта разрушения, а следовательно, создаются благоприятные условия для эффективного разрушения забоя.

Применение предлагаемой конструкции позволяет за счет эффективного разрушения забоя повысить механическую скорость бурения на 10-20% , а ресурс работы коронки - на 20-25% . (56) Козловский Е. А. Справочник инженера по бурению и геологоразведочных скважин. - М. : Недра, 1984, с. 240-258.

Патент США N 3537538, кл. 175-330, 1970.

Использование: бурение геологоразведочных скважин. Сущность изобретения: коронка содержит корпус и матрицу. Матрица разделена промывочными пазами на сектора с чередующимися гребенчатыми и плоскими рабочими торцами. При равном количестве гребенчатых и плоских секторов твердость гребенчатых секторов больше твердости плоских секторов. Если гребенчатых секторов больше, то твердость плоских секторов равна твердости гребенчатых секторов. 3 ил.

АЛМАЗНАЯ БУРОВАЯ КОРОНКА, содержащая копрус и алмазосодержащую матрицу, разделенную промывочными пазами на сектора с рабочими торцами, отличающаяся тем, что, с целью увеличения ресурса работы коронки путем повышения эффективности разрушения горной породы, сектора матрицы выполнены с чередующимися гребенчатыми и плоскими рабочими торцами, причем при равном количестве секторов с гребенчатым и плоским рабочим торцом твердость секторов с плоским торцом меньше, чем твердость секторов с гребенчатым торцом, а при количестве секторов с плоским торцом меньше количества секторов с гребенчатым торцом твердость секторов с плоским торцом равна твердости секторов с гребенчатым торцом.