АЛМАЗНАЯ БУРОВАЯ КОРОНКА ДЛЯ БУРЕНИЯ С ПРОДУВКОЙ ВОЗДУХОМ Российский патент 2001 года по МПК E21B10/46 

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к алмазным коронкам для бурения скважин с продувкой воздухом и водовоздушными смесями.

Известна алмазная коронка для бурения с продувкой воздухом, включающая корпус с кольцевой проточкой и присоединенную к корпусу матрицу с пазами и отверстиями (Авт. св-во СССР N 1641974, МПК E 21 B 10/60).

Недостатком алмазной коронки является высокий износ алмазов, вызванный недостаточным охлаждением алмазов при бурении, т.к. стальной корпус алмазной коронки имеет теплопроводность меньше, чем теплопроводность алмаза, и не обеспечивает охлаждение алмазов при бурении. Кроме того, алмазная коронка сложна в изготовлении.

Наиболее близкой по технической сущности является импрегнированная алмазная коронка для бурения с продувкой воздухом, включающая корпус с проточкой и матрицу, насыщенную алмазами, с прерывистой поверхностью рабочего торца коронки и каналами (Будюков Ю.Е., Суманеев Н.Н. Применение новых импрегнированных алмазных коронок для бурения с продувкой. Журнал "Алмазы и сверхтвердые материалы", N 1, 1976 год).

Недостатками импрегнированной алмазной коронки являются: недостаточная износостойкость алмазов при работе коронки, т.к. отсутствие на контакте алмаза с породой смазки приводит к большим тепловыделениям; окисление и графитизация поверхности алмазов из-за отсутствия защитных пленок при изготовлении коронок и в процессе их работы; недостаточно высокая теплопроводность материалов матрицы и корпуса.

Предлагаемое техническое решение направлено на повышение стойкости алмазных коронок и снижение энергоемкости разрушения при бурении с продувкой за счет более интенсивного охлаждения алмазов, защиты их от окисления и снижения коэффициента трения алмаза о горную породу.

В предлагаемой алмазной буровой коронке для бурения с продувкой воздухом, включающей корпус и алмазосодержащую матрицу, матрица армирована алмазами, металлизированными биметаллом, состоящим из пластификатора и наполнителя, и расположенными между алмазами зернами графита. Размеры зерен графита равны размерам алмазов. В матрице и корпусе выполнена кольцевая полость, заполненная веществом, термическое сопротивление которого менее, чем термическое сопротивление алмазов и материала матрицы и корпуса. Пластификатор биметалла входит в состав вещества, заполняющего полость, и материала матрицы и корпуса.

Благодаря тому, что матрица армирована алмазами, металлизированными биметаллом, состоящим из пластификатора и наполнителя, в процессе пропитки матрицы коронки образуется прочная связь алмазов с материалом матрицы, что позволяет им без разрушения выдерживать большие динамические нагрузки с сохранением высоких режущих свойств. Применение биметалла для металлизирования алмазов исключает контакт поверхности алмазов с воздухом и соответственно окисление их кислородом как при изготовлении коронки, так и в процессе ее работы.

Расположенные между алмазами зерна графита, размеры которых равны размерам алмазов, при бурении коронкой взаимодействуют с горной породой, образуя на ней тонкую смачивающую пленку, которая предотвращает глубинное выравнивание на алмазах и снижает коэффициент трения алмаза о породу, что снижает энергоемкость разрушения.

Равенство размеров графитовых зерен и алмазов обеспечивает постоянный контакт графитовых зерен с горной породой и, как следствие, непрерывное образование смазывающей пленки на контакте алмазов с породой.

Выполненная в матрице и корпусе кольцевая полость, заполненная веществом, термическое сопротивление которого менее, чем термическое сопротивление алмазов и материала матрицы и корпуса, значительно уменьшает термическое сопротивление в цепи алмаз - матрица - корпус, благодаря чему существенно увеличивается теплоотвод от работающих алмазов, повышая срок их работы.

Пластификатор биметалла, входящий в состав вещества, заполняющего кольцевую полость, и материал матрицы и корпуса, обеспечивает возможность создания прочного соединения между алмазами и материалом матрицы и корпуса, что увеличивает стойкость алмазной коронки.

На чертеже изображен общий вид алмазной буровой коронки для бурения с продувкой воздухом.

Алмазная коронка содержит корпус 1, матрицу 2, армированную металлизированными биметаллом алмазами 3 и графитовыми зернами 4, кольцевую полость 5, заполненную веществом 6.

Алмазная коронка работает следующим образом.

Разрушение породы осуществляется под действием осевой нагрузки и крутящего момента. При работе коронки механическая работа, превращаясь в теплоту, вызывает нагрев рабочей поверхности алмазов 3 и матрицы 2. Металлизированные алмазы 3 через металлизатор обеспечивают эффективный теплоотвод в матрицу, при этом графитовые зерна 4, взаимодействуя с породой, обеспечивают создание смазывающей пленки и снижение коэффициента трения, следовательно, и энергоемкости разрушения породы. Теплота, поступающая от алмазов 3 и матрицы 2 в вещество 6, заполняющее кольцевую полость, благодаря тому, что высокотеплопроводный пластификатор входит в состав вещества, заполняющего кольцевую полость, и материала матрицы и корпуса, эффективно и быстро передается материалу корпуса 1 и отводится омывающим его сжатым воздухом.

Заявленное техническое решение может быть осуществлено при помощи описанных в заявке средств.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого технического решения заключается в повышении стойкости коронки на 30-50%.

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к алмазным коронкам с продувкой воздухом и водовоздушными смесями. Коронка для бурения с продувкой воздухом включает корпус и алмазосодержащую матрицу, армированную алмазами, металлизированными биметаллом, состоящим из пластификатора и наполнителя, и расположенными между алмазами зернами графита, размеры которых равны размерам алмазов. В матрице и корпусе выполнена кольцевая полость, заполненная веществом, термическое сопротивление которого менее термического сопротивления алмазов и материала матрицы и корпуса. Пластификатор биметалла входит в состав вещества, заполняющего кольцевую полость, и материала матрицы и корпуса. Повышается стойкость алмазных коронок. 1 ил.

Алмазная буровая коронка для бурения с продувкой воздухом, включающая корпус и алмазосодержащую матрицу, отличающаяся тем, что матрица армирована алмазами, металлизированными биметаллом, состоящим из пластификатора и наполнителя, и расположенными между алмазами зернами графита, размеры которых равны размерам алмазов, при этом в матрице и корпусе выполнена кольцевая полость, заполненная веществом, термическое сопротивление которого менее термического сопротивления алмазов и материала матрицы и корпуса, а пластификатор биметалла входит в состав вещества, заполняющего кольцевую полость, и материала матрицы и корпуса.