КОРОНКА БУРОВАЯ Российский патент 2007 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.

Известны буровые коронки, включающие корпус и матрицу, разделенную промывочными пазами на отдельные секторы, армированные вставками из синтетических алмазов (см. авт. св. СССР №1020565, кл. Е 21 В 10/48, 1983).

Недостатком этой коронки является быстрый износ матрицы, что приводит к обнажению алмазных вставок и, как следствие этого, - к их сколу и выпадению на забой.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является коронка буровая, включающая корпус и матрицу, разделенную промывочными пазами на отдельные секторы, оснащенные скважинообразующими, центральными и кернообразующими вставками из сверхтвердого материала и защитными элементами для скважино- и кернообразующих вставок (см. авт. св. СССР №625016, кл. Е 21 В 10/48, 1978).

Данная коронка только частично устраняет недостатки аналога. Это объясняется наличием зазора между вставками и защитными элементами, т.к. даже в идеальном случае цилиндрические вставки и защитные элементы в виде стержней контактируют между собой по линии. Другим недостатком аналога и прототипа является вероятность скола вставок при спуске коронки в скважину.

В связи с изложенным технической задачей изобретения является повышение эффективности работы коронки путем увеличения проходки и механической скорости бурения за счет лучшей защиты вставок от сколов и вырывов.

Поставленная техническая задача решается тем, что в коронке буровой, включающей корпус и матрицу, разделенную промывочными пазами на отдельные секторы, оснащенные скважинообразующими, центральными и кернообразующими вставками из сверхтвердого материала и защитными элементами для скважино- и кернообразующих вставок, согласно изобретению защитные элементы для скважино- и кернообразующих вставок выполнены в вид втулок с эксцентричным каналом, пересекающим наружную поверхность втулки с образованием продольного паза, ориентированного в сторону калибрующей поверхности матрицы, при этом вставки размещены в эксцентричных каналах втулок. Решению поставленной задачи способствует также и то, что:

- защитные втулки выполнены из износостойкого материала, твердость которого уменьшается от центра в сторону периферии;

- защитные элементы установлены по высоте с опережением относительно вставок;

- верхний торец защитных втулок выполнен в виде прямого усеченного конуса.

Изобретение поясняется чертежом, на котором фиг.1 изображает общий вид коронки; фиг.2 - вид коронки со стороны рабочего торца и фиг.3-5 - вид защитного элемента соответственно во фронтальной плоскости, в плане и в аксонометрии.

Предложенная буровая коронка содержит цилиндрический корпус 1 с присоединительной резьбой 2 и матрицу 3, разделенную промывочными пазами 4 на отдельные секторы 5. Каждый сектор армирован скважинообразующими 6, центральными 7 и кернообразующими 8 породоразрушаюшими вставками. Скважино- и кернообразующие вставки 6 и 8 оснащены защитными элементами, выполненными в виде втулок 9 с эксцентричным каналом 10, пересекающим наружную поверхность втулки 9 с образованием продольного паза 11, ориентированного в сторону калибрующей поверхности матрицы 3, причем вставки 6 и 8 размещены в эксцентричных каналах 10 втулок 9. Величина эксцентриситета ε канала 10 выбирается равном не менее толщины δ стенки втулки 9, определяемой по формуле: δ=0,5 (Д-d), где Д и d - соответственно наружный диаметр втулки 9 и диаметра канала 10. При этом защитные элементы 9 скважинообразующих вставок 6 ориентированы пазами 11 в сторону наружной поверхности матрицы 3, а пазы 11 втулок 9 кернообразующих вставок 8 - в сторону внутренней поверхности матрицы 3. Благодаря эксцентричному расположению канала 10 и наличию паза 11 наружная поверхность скважино- и кернообразующие вставки 6 и 8 выходит за габариты защитных втулок 9 и непосредственно участвует в калибровке стенок скважины и керна, что обеспечивает высокую проходку на коронку благодаря исключению "потери" диаметра. Защитные элементы (втулки) 9 выполнены из износостойкого материала, твердость которого уменьшается от центра втулки 9 по радиусу в сторону периферии. В качестве защитного материала используется преимущественно твердый сплав. В продольном сечении верхний торец защитных элементов 9 выполнен в форме прямого конуса 12, причем конус 12 расположен по высоте с опережением относительно породоразрушающих вставок 6, 7 и 8.

Принцип работы коронки заключается в следующем. При спуске бурового инструмента вместе с коронкой в скважину возможен резкий контакт торца коронки с забоем скважины. В этом случае хрупкие вставки 6, 7 и 8 из искусственных алмазов будут предохранены от скола благодаря тому, что они смещены по высоте относительно защитных элементов 9, которые и воспринимают всю нагрузку. В процессе приработки коронки происходит выравнивание по высоте защитных элементов и породоразрушающих вставок. С целью уменьшения времени обнажения вставок 6 и 8 верхний торец защитных элементов выполнен в форме прямого усеченного конуса. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента породоразрущающие вставки 6, 7 и 8 совместно с защитными элементами 9 (в начальный момент работы коронки) производят разрушение породы. При этом из-за большей износостойкости породоразрушающих вставок 6, 7 и 8 по сравнению с защитными элементами 9 последние изнашиваются быстрее и тем самым обнажают вставки из искусственных алмазов, которые и осуществляют основную работу по разрушению забоя. Этому способствует также и то, что износостойкость защитных элементов 9 уменьшается от центра втулок 9 в сторону периферии. Благодаря этому происходит опережающий износ периферийной части защитных элементов, а та часть их, которая непосредственно прилегает к вставкам 6 и 8, выступает над остальной частью матрицы 3, обеспечивая небольшую контактную поверхность защитных элементов 9 и вставок 6, 7 и 8 с породой и как следствие этого, - значительные удельные нагрузки. Последний фактор является решающим для повышения механической скорости бурения. Выполнение защитных элементов в виде втулок 9 предохраняет вставки 6 и 8 от вырывов в результате износа матрицы 9 за вставками и служит для них опорой, предохраняющей их от расшатывания и выпадения. Этот фактор является решающим для повышения проходки на коронку.

В целом это позволяет повысить технико-экономические показатели работы коронок, а именно проходку и скорость бурения как за счет улучшения конструкции коронок, так и за счет предохранения вставок из искусственных алмазов от сколов и вырывов в процессе установки коронки на забой скважины и в процессе бурения.

Изобретение относится к области породоразрушающего инструмента, а именно к буровым коронкам с алмазным вооружением для бурения скважин с отбором керна. Позволяет повысить проходку и механическую скорость бурения благодаря защите вставок от вертикальных нагрузок при спуске коронки и вырывов и сколов - в процессе бурения. Коронка включает корпус и матрицу, разделенную промывочными пазами на отдельные секторы, оснащенные скважинообразующими, центральными и кернообразующими вставками из сверхтвердого материала и защитными элементами для скважино- и кернообразующих вставок. Защитные элементы для скважино- и кернообразующих вставок выполнены в виде втулок с конической вершиной и эксцентричным каналом, пересекающим наружную поверхность защитной втулки. Вставки располагаются в полости втулки, выполнены из износостойкого материала, твердость которого уменьшается от центра в сторону периферии. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Коронка буровая, включающая корпус и матрицу, разделенную промывочными пазами на отдельные секторы, оснащенные скважинообразующими, центральными и кернообразующими вставками из сверхтвердого материала и защитными элементами для скважино- и кернообразующих вставок, отличающаяся тем, что защитные элементы для скважино- и кернообразующих вставок выполнены в виде втулок с эксцентричным каналом, пересекающим наружную поверхность втулки с образованием продольного паза, ориентированного в сторону калибрующей поверхности матрицы, при этом вставки размещены в эксцентричных каналах втулок.2. Коронка буровая по п.1, отличающаяся тем, что защитные втулки выполнены из износостойкого материала, твердость которого уменьшается от центра в сторону периферии.3. Коронка буровая по п.1, отличающаяся тем, что защитные элементы установлены по высоте с опережением относительно вставок.4. Коронка буровая по п.1, отличающаяся тем, что верхний торец защитных элементов выполнен в виде усеченного конуса.