БУРОВАЯ КОЛЬЦЕВАЯ КОРОНКА Российский патент 2008 года по МПК E21B10/48 

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым коронкам, армированным синтетическими алмазами и предназначенным для разбуривания горных пород, преимущественно, средней твердости.

Известна буровая коронка, включающая корпус и матрицу, разделенную промывочными пазами на отдельные секторы, оснащенные скважинообразующими, центральными и кернообразующими вставками из сверхтвердого материала и защитными элементами, расположенными перед скважино- и кернообразующими вставками (см. авт.св. СССР №625016, кл. Е21В 10/48, 1978 г.).

Недостатком этой коронки является быстрый износ матрицы, что приводит к обнажению алмазных вставок и, как следствие, их сколу и выпадению на забой. Связано это с наличием значительного зазора между защитными элементами и рабочими вставками.

Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является буровая кольцевая коронка, включающая корпус и матрицу, разделенную промывочными пазами на отдельные секторы, оснащенные скважинообразующими, центральными и кернообразующими вставками из сверхтвердого материала и защитными элементами (см. авт.св. СССР №857423, кл. Е21В 10/48, 1981 г.).

Данная коронка только частично устраняет недостатки аналога. Это объясняется большой контактной поверхностью матрицы с забоем скважины из-за использования релита по всей наружной поверхности матрицы. Такое выполнение коронки, повышая износостойкость матрицы, ведет к снижению механической скорости бурения. Другим недостатком прототипа является отсутствие центровки коронки, что ведет к радиальному биению коронки, аномальному износу матрицы и выпадению синтетических алмазных вставок, особенно при высокооборотном бурении, которое является основным и наиболее эффективным способом бурения для алмазного породоразрушающего инструмента.

В связи с изложенным технической задачей изобретения является повышение эффективности работы коронки путем увеличения проходки и механической скорости бурения.

Поставленная техническая задача решается тем, что в буровой кольцевой коронке, включающей корпус и матрицу, разделенную промывочными пазами на отдельные секторы, оснащенные скважинообразующими, центральными и кернообразующими вставками из сверхтвердого материала и защитными элементами, согласно изобретению скважино- и кернообразующие вставки установлены с отрицательным углом наклона и с опережением относительно центральных вставок по высоте, при этом износостойкость центральных И_ц, скважинообразующих И_с и кернообразующих И_к вставок связана соотношением

И_ц:И_к:И_с=1:(1,10-1,20):(1,25-1,35)

Решению поставленной задачи способствует также и то, что

центральные вставки установлены на передней грани каждого сектора;

центральные вставки по направлению вращения коронки смещены относительно скважино- и кернообразующих вставок в сторону задней части сектора.

Изобретение поясняется чертежами, на которых фиг.1 изображает общий вид коронки в продольном разрезе; фиг.2 - вид коронки со стороны рабочего торца; фиг.3 и 4 - виды А и Б на фиг.2.

Предложенная буровая коронка содержит цилиндрический корпус 1 с матрицей 2, разделенную промывочными пазами 3 на отдельные секторы 4. Каждый сектор армирован скважинообразующими 5, центральными 6 и кернообразующими 7 породоразрушаюшими вставками, при этом износостойкость центральных 6, скважинообразующих 5 и кернообразующих 7 вставок соответственно - И_ц, И_с и И_к связана соотношением И_ц:И_к:И_с=1:(1,10-1,20):(1,.25-1,35). При таком соотношении износостойкости вставок 5, 6 и 7 обеспечивается их равностойкость, обеспечиваемая использованием вставок с различными прочностными характеристиками или размерами. Наружная и внутренняя поверхности матрицы дополнительно армированы защитными элементами 8 из твердого сплава, преимущественно, в виде релита. Скважино- и кернообразующие вставки 5 и 7 установлены с отрицательным углом наклона и с опережением относительно центральных вставок 6 по высоте. При такой схеме установки вставок 5, 6 и 7 в центральной части кольцевого забоя образуется кольцевой выступ, который центрирует коронку. Образовавшийся кольцевой выступ затем разрушается центральными вставками 6. Величина опережения скважино- и кернообразующих вставок 5 и 7 над центральными вставками 6 задается в зависимости от физико-механических свойств разбуриваемых пород. Также в зависимости от физико-механических свойств разбуриваемых пород выбираются количество центральных вставок 6 и схема их размещения. При бурении по породам средней твердости количество центральных вставок может быть сокращено по сравнению со скважино- и кернообразующими вставками 5 и 7. В этом случае центральные вставки 6 могут устанавливаться не в каждом секторе 4. При бурении по более твердым породам центральными вставками 6 армируются все секторы 4. Схема размещения центральных вставок 6 также определяется физико-механическими свойствами разбуриваемых пород. В коронках, предназначенных для бурения по породам средней твердости, центральные вставки 6 целесообразно устанавливать со смещением их относительно скважино- и кернообразующих вставок 5 и 7 в сторону, противоположную направлению вращения коронки. В коронках, предназначенных для бурения по более твердым и абразивным породам, центральные вставки 6 целесообразно устанавливать впереди скважино- и кернообразующих вставок 5 и 7. Оптимальным в таких коронках является расположение центральных вставок 6 на передней грани секторов 4. При такой схеме расположения центральных вставок 6 разрушенные кусочки кольцевого целика породы попадают сразу же в промывочные пазы 3 и выносятся в затрубное пространство, благодаря чему снижается износ матрицы 2. Установка скважино- и кернообразующих вставок 5 и 7 с отрицательным углом наклона способствует уменьшению контактной поверхности вставок с забоем скважины и, как следствие, увеличению механической скорости бурения. Одновременно с этим такая схема установки вставок увеличивает их площадь контакта с матрицей 2, что способствует повышению надежности крепления вставок, что имеет особое значение для скважино- и кернообразующих вставок 5 и 7, работающих в наиболее трудных условиях, т.к. они одновременно с разрушением забоя скважины участвуют также и в калибровке стенок скважины и керна.

Принцип работы коронки заключается в следующем.

Под действием осевой нагрузки и крутящего момента породоразрущающие вставки 5, 6 и 7 совместно с защитными элементами 8 производят разрушение породы. При этом благодаря установке скважино- и кернообразующих вставок 5 и 7 с опережением по высоте относительно центральных вставок 6 на забое образуется кольцевой выступ, который центрирует коронку, снижая ее радиальное биение и как следствие этого - аномальный износ матрицы 2. Образующийся на забое кольцевой выступ разрушается центральными вставками 6. Благодаря образованию ступенчатого забоя центральные вставки 6 работают в более облегченных условиях, что позволяет уменьшить их количество. Это, в свою очередь, способствует, с одной стороны, уменьшению контактной поверхности вставок с забоем и, следовательно, увеличению механической скорости бурения, а с другой стороны - уменьшению расхода дорогостоящего материала и, как следствие, снижению стоимости буровых коронок. Одновременно с этим образование ступенчатого забоя способствует и уменьшению энергоемкости разрушения породы, что благоприятно сказывается на проходке коронки. Для обеспечения равностойкости вставок 5, 6 и 7, работающих в разных условиях, эти вставки выбираются с разными прочностными свойствами. Так скважино- и кернообразующие вставки 5 и 7, участвующие одновременно в разрушении забоя и калибровке стенок скважины и керна, выбираются с большей износостойкостью по сравнению с центральными вставками 6.

Такая конструкция коронки в целом позволяет повысить технико-экономические показатели ее работы, а именно проходку и скорость бурения.

Изобретение относится к области породоразрушающего инструмента, а именно к буровым коронкам, армированным синтетическими алмазами для бурения скважин с отбором керна. Техническим результатом является повышение эффективности работы коронки за счет увеличения величины проходки коронки и механической скорости бурения. Коронка включает корпус и матрицу, разделенную промывочными пазами на отдельные секторы, оснащенные скважинообразующими, центральными и кернообразующими вставками из сверхтвердого материала и защитными элементами. При этом скважино- и кернообразующие вставки устанавливают с отрицательным углом наклона и с опережением относительно центральных вставок по высоте. Причем износостойкость центральных И_ц, скважинообразующих И_с и кернообразующих И_к вставок связана соотношением И_ц:И_к:И_с=1:(1,10-1,20):(1,25-1,35). Центральные вставки, в зависимости от физико-механических свойств разбуриваемых пород, могут быть установлены как на передней грани сектора, так и со смещением от передней грани, но с опережением относительно скважино- и кернообразующих вставок по направлению вращения. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Буровая кольцевая коронка, включающая корпус и матрицу, разделенную промывочными пазами на отдельные секторы, оснащенные скважинообразующими, центральными и кернообразующими вставками из сверхтвердого материала и защитными элементами, отличающаяся тем, что скважино - и кернообразующие вставки установлены с отрицательным углом наклона и с опережением относительно центральных вставок по высоте, при этом износостойкость центральных И_ц, скважинообразующих И_с и кернообразующих И_к вставок связаны соотношением:

И_ц:И_к:И_с=1:(1,10-1,20):(1,25-1,35).