АЛМАЗНАЯ БУРОВАЯ КОРОНКА Российский патент 1995 года по МПК E21B10/48 

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к алмазным коронкам для колонкового бурения по твердым породам.

Известна алмазная коронка, состоящая из корпуса, матрицы, разделенной промывочными каналами на сектора переменной высоты, в виде трапециевидных выступов.

Недостатком указанной коронки является недостаточная эффективность работы, обусловленная участием в процессе разрушения ограниченной части секторов матрицы.

Известна буровая коронка, выбранная в качестве прототипа, содержащая корпус и матрицу, разделенную промывочными пазами на секторы переменной высоты, убывающей от передней грани к задней (патент США N 3058585, кл. 170-330, 1962).

Недостатком такой коронки является расположение алмазных зерен в секторах матрицы в плоскостях, параллельных плоскости забоя скважины. Вследствие этого алмазы, расположенные в одной плоскости (например, в плоскости, в которой лежат кромки передних или задних граней секторов), при вращении коронки проводят неодинаковую работу разрушения. Неравномерная нагруженность алмазных зерен повышает энергоемкость и снижает эффективность процесса.

Цель изобретения - в создании коронок, которые бы обладали большей эффективностью и меньшей энергоемкостью разрушения забоя скважины, чем известные конструкции коронок.

Для этого в буровой коронке, содержащей корпус и алмазонесущую матрицу, разделенную промывочными каналами на секторы переменной высоты, алмазонесущие их торцы выполнены в виде винтовой поверхности, прерываемой промывочными каналами. Шаг винтовой поверхности соответствует зоне разрушения при внедрении алмазных зерен, которыми вооружена коронка, а передними гранями секторов являются грани, меньшие по высоте.

Современные представления о теории разрушения горных пород алмазными коронками (Справочник Породоразрушающий инструмент для геологоразведочных скважин. М.: Недра, 1979, с.20-22) показывает, что благодаря новой совокупности отличительных признаков в процессе бурения появляется эффект удаления зоны разрушения под алмазным зерном, которая превышает глубину внедрения в 5-10 раз. На начальном этапе бурения углубление в забой осуществляет алмазонесущий сектор коронки, наибольший по высоте. Образовавшаяся при этом порода зоны разрушения окончательно вытесняется и удаляется при воздействии на забой алмазонесущих секторов, меньших по высоте, так как при постоянной осевой нагрузке и меньшей сопротивляемости разрушенной породе они углубляются в указанную зону на большую глубину. Выполнение секторов по винтовой поверхности обеспечивает удаление породы зоны разрушения за один оборот буровой коронки, так как каждый сектор вытесняет при вращении слой одинаковой толщины. Доказательством такой организации процесса являются также известные исследования (Воробьев Г.А., Новожилов Б.А., Вареда С.А. Режимы работы алмазной коронки и их исследования с помощью скоростной киносъемки. Геология и разведка, 1988, N 9, с.123) о потере устойчивости алмазных коронок с плоским торцом матрицы в процессе бурения и ее отрыве ("переваливании") от забоя в течение одного оборота несколько раз.

Алмазонесущий торец предложенной буровой коронки, выполненный по винтовой поверхности, вследствие его опирания о забой в начальный этап бурения большим по высоте сектором и потери устойчивости колонкового набора под влиянием осевой нагрузки прижимается большей своей площадью к забою. Вследствие этого со стороны большего по высоте сектора на забой оказывается большее давление, постепенно убывающее к секторам, меньшим по высоте. Последнее также обеспечивает реализацию послойного снятия породы секторами матрицы коронки. Таким образом, одновременное послойное снятие зоны разрушения предлагаемой коронкой в результате ее вращения уменьшает энергоемкость процесса в результате отсутствия повторного измельчения и истирания породы и повышает его эффективность.

На фиг. 1 показан вид коронки с торца; на фиг. 2 - то же, со стороны корпуса; на фиг. 3 - развертка алмазосодержащих секторов в плоскость при контакте с забоем скважины в начале первого оборота коронки; на фиг. 4 - то же, что на фиг. 3 в начале 2-го оборота коронки.

Буровая коронка содержит корпус 1 с присоединительной резьбой и алмазонесущую матрицу 2, разделенную промывочными пазами 3 на восемь секторов (фиг. 1, 2). Последние имеют разную высоту и выполнены таким образом, что их торцы представляют винтовую поверхность, прерываемую промывочными каналами. Шаг указанной винтовой поверхности соответствует глубине зоны разрушения буримой породы, а меньшие по высоте секторы являются передними гранями, т.е. направлены в сторону вращения.

Буровая коронка работает следующим образом.

В начальный момент процесса бурения после подачи промывочной жидкости и приложения осевой нагрузки в породу внедряется больший по высоте сектор 4 (фиг. 3). Последний углубляет забой и формирует зону разрушения (т.е. зону разрушенной, но не удаленной породы). Остальные секторы (5-11 на фиг. 3) в течение первого оборота с забоем не контактируют. В течение 2-го оборота коронки (фиг. 4) вследствие имеющейся на забое зоны разрушения и действия постоянной нагрузки все секторы коронки, вытесняя раздробленную породу, перемещаются вниз на величину, соответствующую мощности разрушенного слоя. При этом первый сектор 4 вновь внедряется в породу, углубляя забой и формируя новую зону разрушения. Остальные секторы 5-11 постоянно удаляют частицы породы новой зоны разрушения, которые выносятся потоком промывочной жидкости. Далее процесс углубления забоя повторяется. По мере износа по высоте первого сектора 4 его функцию выполняет сектор 5, затем сектор 6 и т.д. до полной отработки коронки.

Предлагаемая буровая коронка может быть изготовлена конструктивными размерами в соответствии с существующими стандартами, характерными для алмазного бурения, и найти преимущественное применение при бурении твердых и крепких пород с применением как одинарных, так и двойных колонковых труб.

Приведенная совокупность отличительных признаков предлагаемой буровой коронки позволяет повысить эффективность бурения скважин за счет снижения энергоемкости процесса разрушения.

Использование: породоразрушающий инструмент, в частности алмазные коронки для колонкового бурения по твердым породам. Сущность: торцы алмазонесущих секторов выполнены в виде винтовой поверхности, прерываемой промывочными каналами. Шаг винтовой поверхности соответствует глубине зоны разрушения при внедрении алмазных зерен. Передними гранями секторов являются грани, меньшие по высоте. 4 ил.

АЛМАЗНАЯ БУРОВАЯ КОРОНКА, содержащая корпус с резьбой и алмазонесущую матрицу, разделенную промывочными каналами на секторы переменной высоты, отличающаяся тем, что торцы алмазонесущих секторов выполнены в виде винтовой поверхности, причем шаг винтовой поверхности соответствует глубине зоны разрушения при внедрении алмазных зерен, а передними гранями секторов являются грани, меньшие по высоте.