АЛМАЗНАЯ БУРОВАЯ КОРОНКА Российский патент 2006 года по МПК E21B10/48 

Изобретение относится к области породоразрушающего инструмента, а именно к буровым коронкам с алмазным вооружением для бурения скважин с отбором керна.

Известна алмазная буровая коронка, включающая корпус и матрицу, разделенную промывочными пазами на отдельные секторы, армированные алмазами (см. авт.св. СССР №308181, кл. Е 21 В 10/48, 1970 г.).

Недостатком этой коронки является малая механическая скорость бурения, обусловленная большой площадью поверхности алмазосодержащей матрицы, что приводит к значительному увеличению объема разрушенной породы. Другим недостатком данной коронки является необходимость создания высоких осевых нагрузок на коронку, что ведет к ускоренному износу бурильной колонны и увеличению числа ее обрывов.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является алмазная буровая коронка, включающая корпус и матрицу, разделенную промывочными пазами на армированные режущими элементами рабочие секторы с переменной длиной (см. авт.св. СССР №1135892, кл. Е 21 В 10/48, 1978 г.).

Данная коронка только частично устраняет недостатки аналога. Это объясняется значительным уменьшением кернообразующих частей рабочих секторов, некачественной очисткой забоя от шлама и недостаточным охлаждением матрицы промывочной жидкостью. В связи с изложенным технической задачей изобретения является повышение эффективности работы коронки путем увеличения проходки и механической скорости бурения за счет лучшего охлаждения матрицы, более качественной очистки забоя от шлама и оптимизации схемы армировки рабочих секторов.

Поставленная техническая задача решается тем, что в алмазной буровой коронке, включающей корпус и матрицу, разделенную промывочными пазами на армированные режущими элементами рабочие секторы с переменной длиной, согласно изобретению коронка снабжена размещенными в промывочных пазах пустотелыми вставками, открытыми со стороны забоя скважины и выполненными в поперечном сечении в форме кольцевых сегментов с переменной высотой по длине, при этом пустотелые вставки на участках, примыкающих к матрице, имеют выпуклую форму, конгруэнтную вогнутым граням рабочих секторов.

Решению поставленной задачи способствует также и то, что:

- пустотелые вставки на торцевых участках имеют высоту, не менее высоты рабочих секторов;

- высота - h промывочных пазов связана с высотой - Н пустотелых вставок на их торцевых участках соотношением: h=(0,25-0,35)H.

Изобретение поясняется чертежами, на которых фиг.1 изображает общий вид коронки в продольном разрезе А-А на фиг.2; фиг.2 - вид коронки со стороны рабочего торца.

Предложенная буровая коронка содержит цилиндрический корпус 1 с присоединительной резьбой 2 и матрицу 3, разделенную промывочными пазами 4 на рабочие секторы 5, армированные режущими элементами, преимущественно естественными или искусственными алмазами 6. В промывочных пазах 4 размещены и жестко соединены с корпусом 1 пустотелые вставки 7, открытые со стороны забоя скважины и выполненные в поперечном сечении в форме кольцевых сегментов с выпуклыми торцевыми участками 8, примыкающими к матрице, и с переменной высотой по длине, при этом торцевые участки 9 рабочих секторов 5 имеют вогнутую форму, конгруэнтную торцевым участкам 8 пустотелых вставок 7. Пустотелые вставки 7 на торцевых участках, примыкающих к матрице 3, имеют высоту h, не менее высоты рабочих секторов 5, при этом высота h промывочных пазов 4 связана с высотой Н пустотелых вставок 7 у торцевых участков 8 соотношением: h=(0,25-0,35)H.

Выполнение рабочих секторов 5 с вогнутыми торцевыми участками 8 обеспечивает равноворуженность коронки по всей ширине матрицы 3 за счет увеличения длины как скважино-, так и кернообразующих участков рабочих секторов 5. В импрегнированных коронках это достигается за счет увеличения объема алмазосодержащей матрицы, а в однослойных коронках - за счет большего насыщения алмазами 6, в первую очередь, вогнутой передней грани 9 рабочих секторов 5.

Использование в качестве промывочных пазов 4 пустотелых вставок 7 с выпуклыми торцевыми участками 8 обеспечивает надежную фиксацию надежную фиксацию как самих пустотелых вставок 7, так и рабочих секторов 5, испытывающих значительные изгибающие усилия. Предложенная форма выполнения пустотелых вставок 7 и рабочих секторов 5 обеспечивает их взаимную блокировку. Кроме того, открытая полость вставок 7 со стороны торца коронки обеспечивает постоянное охлаждение рабочих секторов 5 по всей их высоте, причем в первую очередь их набегающей грани, которая подвержена наибольшему нагреву. При этом эффект охлаждения усиливается благодаря созданию турбулентного движения под торцом коронки, а также благодаря выполнению промывочных пазов 4 высотой - h, связанной с высотой - Н пустотелых вставок 7 на торцевых участках 8, соотношением: h=(0,25-0,35)H. Максимальная высота пустотелых вставок 7, как правило, соответствует высоте рабочих секторов 5. Как показали стендовые испытания, при выполнении промывочных пазов 4 с меньшей высотой ухудшаются условия промывки и выноса шлама из под торца коронки, а при превышении этой высоты снижается прочность крепления пустотелых вставок 7 и нарушается система промывки. Толщина стенок пустотелых вставок 7 и материал выбираются из условия обеспечения их прочности и опережающего износа по сравнению с рабочими секторами и сохранения оптимального проходного сечения для промывочной жидкости.

Принцип работы коронки заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента режущие элементы 6 внедряются в породу и производят ее разрушение. Промывочная жидкость подхватывает разрушенную породу и выносит ее на поверхность. При этом часть промывочной жидкости заполняет полость пустотелых вставок 7 и охлаждает набегающую грань рабочих секторов 5, где происходит наибольший нагрев матрицы 3. Кроме того, благодаря постоянному наличию промывочной жидкости в полости вставок 7 значительно снижается вероятность прижога коронки.

Таким образом, предложенное конструктивное выполнение коронки позволяет повысить технико-экономические показатели работы коронок, а именно проходку и скорость бурения за счет повышения надежности крепления рабочих секторов и самих пустотелых вставок, улучшения охлаждения режущих элементов и более высокой насыщенности рабочей части сектора режущими элементами.

Изобретение относится к породоразрушающим инструментам для бурения скважин с отбором керна, а именно к буровым коронкам с алмазным вооружением. Обеспечивает увеличение скорости бурения за счет повышения надежности крепления рабочих секторов, улучшения охлаждения режущих элементов и более высокой насыщенности рабочей части сектора режущими элементами. Коронка включает корпус и матрицу, разделенную промывочными пазами на армированные режущими элементами рабочие секторы с переменной длиной. Она снабжена размещенными в промывочных пазах пустотелыми вставками, открытыми со стороны забоя скважины и выполненными в поперечном сечении в форме кольцевых сегментов с переменной высотой по длине. Пустотелые вставки на участках, примыкающих к матрице, имеют выпуклую форму, конгруэнтную вогнутым граням рабочих секторов. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Алмазная буровая коронка, включающая корпус и матрицу, разделенную промывочными пазами на армированные режущими элементами рабочие секторы с переменной длиной, отличающаяся тем, что коронка снабжена размещенными в промывочных пазах пустотелыми вставками, открытыми со стороны забоя скважины и выполненными в поперечном сечении в форме кольцевых сегментов с переменной высотой по длине, при этом пустотелые вставки на участках, примыкающих к матрице, имеют выпуклую форму, конгруэнтную вогнутым граням рабочих секторов.2. Буровая коронка по п.1, отличающаяся тем, что пустотелые вставки на торцевых участках имеют высоту, не менее высоты рабочих секторов.3. Буровая коронка по п.1, отличающаяся тем, что высота h промывочных пазов связана с высотой Н пустотелых вставок на их торцевых участках соотношением:

h=(0,25-0,35)H.