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

Изобретение относится к разрушенным горным породам, а именно к буровым коронкам для колонкового бурения геологоразведочных скважин.

Известна буровая коронка, включающая корпус и алмазосодержащую матрицу с гребенчатым рабочим торцом в форме концентрических выступов и впадин [1] .

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 гребенчатовидная форма забоя затруднит вынос продуктов разрушения, например шлама, создавая условие для повторного попадания или переизмельчения шлама под рабочим торцом коронки и как следствие зависание коронки на шламе, что значительно снижает эффективность разрушения забоя и уменьшает ресурс работы породоразрушающих элементов.

Известна буровая коронка, включающая корпус и алмазосодержащую матрицу с гребенчатым рабочим торцом и разделенную на сектора промывочными пазами, концентрические ряды алмазов в смежных секторах смещены один относительно другого и армированы алмазами крупной фракции [2] .

Недостатком конструкции является то, что в известном объекте отсутствие подрезных гребней провоцирует возникновение выступов на углах забоя, что является значительным искусственно созданным препятствием для очистки забоя в связи с увеличением перепада забойных высот и перекрытием промывочных каналов и пазов коронки. Известно, что потенциально опасным местом возникновения аномальных фасок являются именно эти места; а из-за отсутствия гребней или хотя бы какого-либо упрочнения получается, что в этой коронке заранее заложен дефект.

Кроме того, недостатком известного объекта является и низкая эффективность разрушения забоя.

Целью изобретения является повышение производительности и ресурса коронки.

Указанная цель достигается тем, что согласно изобретению количество полных выступов на каждом секторе коронки равно целому числу, а в каждом последующем секторе вершины выступов смещены относительно вершин выступов предыдущего сектора не величину, равную 1/2 ширины выступа предыдущего сектора, при этом с внутренней и внешней стороны каждого сектора по всей высоте матрицы выполнены участки повышенной износостойкости, причем ширина этих участков в радиальном направлении равна 1/2 ширины выступа, а выступы на каждом последующем секторе выполнены разной высоты, при этом вершины выступов всех секторов лежат в одной плоскости, перпендикулярной оси коронки, а основания выступов расположены по кривой, выпуклой в направлении рабочего торца, причем участки повышенной износостойкости в секторах матрицы армированы алмазами, зернистость которых больше зернистости объемных алмазов.

Сущность изобретения заключается в следующем.

В процессе бурения выступы алмазосодержащей матрицы рабочего торца коронки внедряются в забой горной породы, разрушая последнюю. 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, т. е. чередование выступов и впадин. Следовательно, радиальное смещение выступов смежных секторов коронки относительно друг друга позволяет следом идущему сектору своим выступам резать и сгребать впереди себя ослабленную предразрушенную зону выступов буримой породы, оставленной формой предыдущего сектора, при этом продукты разрушения, оказавшиеся впереди сектора, успешно выносятся промывочной жидкостью через промывочный паз, а забой, за счет разрушения выступов, приобретает более ровный рельеф, т. е. меньшее превышение выступов над впадинами, что способствует улучшению условий очистки после прохождения сектора коронки.

Выполненные с внутренней и внешней стороны секторов коронки участки повышенной износостойкости, позволяют исключить аномальный износ последней при активном разрушении горной породы в углах забоя и сделать коронку в процессе работы устойчивой и равнонагруженной, армировка их мелкими алмазами, также позволяет увеличить работоспособность.

Этому также способствует и то, что вершины выступов всех секторов лежат в одной плоскости, перпендикулярной оси коронки, а основания выступов расположены по кривой, выпуклой в направлении рабочего торца.

На фиг. 1 изображена коронка, вид сбоку; на фиг. 2 - рабочий торец коронки; на фиг. 3 - смежные сектора коронки, вид по А-А и Б-Б на фиг. 2; на фиг. 4 - смежные сектора коронки, вид А-А и Б-Б на фиг. 2, при условии выполнения выступов по кривой, выпуклой в направлении рабочего торца; на фиг. 5 - сектор коронки, вид А-А на фиг. 2 с разновысотными выступами.

Алмазная буровая коронка состоит из корпуса 1, на торце которого выполнена алмазосодержащая матрица 2 с рабочим торцем в форме концентрических выступов 3 и впадин 4 и разделена на сектора 5 промывочными пазами 6, причем выступы 3 смежных секторов 5 выполнены с радиальным смещением относительно друг друга на величину, равную 1/2 ширины выступа. На внешней и внутренней стороне каждого сектора коронки выполнены участки повышенной износостойкости 7. Ширина этих участков 7 в радиальном направлении равна 1/2 ширины выступа 3. Эти участки армированы мелкими алмазами. Количество выступов 3 может быть 1 и более.

В условиях бурения сильно абразивных горных пород участки повышенной износостойкости армируются алмазами, зернистость которых больше зернистости объемных алмазов. Для активизации призабойного процесса разрушения горных пород выступы на каждом последующем секторе коронки выполняют разной высоты, при этом вершины выступов лежат в одной плоскости перпендикулярной оси коронки, а основания выступов расположены по кривой, выпуклой в направлении рабочего торца.

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 колонну бурильных труб и корпус 1 алмазосодержащие выступы 3 секторов 5 внедряются в породу, разрушая ее. При этом форма забоя принимает вид рабочего торца коронки. Выступы 3 смежных секторов 5 коронки с радиальным смещением относительно друг друга разрушают перед и под собой образованные на забое от формы впереди идущего сектора гребни буримой породы. Образованные при этом продукты разрушения выносятся через промывочные пазы 6. После прохождения смежных секторов 5 в одной и той же точке забой приобретает более ровный рельеф, что способствует более качественному выносу продуктов разрушения.

Выполнение матрицы коронки с разновысотными выступами позволяет своими опережающими выступами 3 активно внедряться в горную породу, создавая развитую сеть микротрещин, выполняя роль индентора, увеличивая тем самым технико-экономические показатели бурения. (56) Патент США N 3537538, кл. 175-330, 1970.

Патент США N 2729427, кл. 175-330, 1956.

Использование: бурение геологоразведочных скважин. Сущность изобретения: коронка включает корпус, алмазосодержащую матрицу, разделенную на сектора промывочными пазами. На рабочем торце выполнены выступы, расположенные по концентрическим окружностям, и смещены в смежных секторах относительно друг друга. Количество полных выступов на каждом секторе равно целому числу. В каждом последующем секторе вершины выступов смещены относительно вершин выступов предыдущего сектора на величину, равную 1/2 ширины выступа предыдущего сектора. На внешней и внутренней стороне каждого сектора коронки выполнены участки повышенной износостойкости. Ширина этих участков в радиальном направлении равна 1/2 ширине выступа. 4 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. АЛМАЗНАЯ БУРОВАЯ КОРОНКА, включающая корпус и алмазосодержащую матрицу, разделенную на сектора промывочными пазами, на рабочем торце выполнены выступы, расположенные по концентрическим окружностям и смещены в смежных секторах относительно друг друга, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности и ресурса коронки, количество полных выступов на каждом секторе равно целому числу, а в каждом последующем секторе вершины выступов смещены относительно вершин выступов предыдущего сектора на величину 1/2 ширины выступа предыдущего сектора, при этом с внутренней и внешней сторон каждого сектора по всей высоте матрицы выполнены участки повышенной износостойкости, причем ширина этих участков в радиальном направлении равна 1/2 ширины выступа. 2. Коронка по п. 1, отличающаяся тем, что выступы на каждом последующем секторе выполнены разной высоты. 3. Коронка по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что вершины выступов всех секторов лежат в одной плоскости, перпендикулярной оси коронки. 4. Коронка по п. 3, отличающаяся тем, что основания выступов расположены по кривой, выпуклой в направлении рабочего торца. 5. Коронка по п. 1, отличающаяся тем, что участки повышенной износостойкости в секторах матрицы армированы алмазами, зернистость которых больше зернистости объемных алмазов.