АЛМАЗНАЯ БУРОВАЯ КОРОНКА Российский патент 2012 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. Е21В 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.

Известна также алмазная буровая коронка, включающая кольцевой корпус, матрицу, разделенную промывочными пазами на алмазосодержащие секторы и дополнительные промывочные каналы, направленные перпендикулярно плоскости забоя (см. Марамзин А.В и др. Алмазное бурение на твердые полезные ископаемые. Л.: Недра, 1078 г., стр. 49-50).

К недостаткам данной коронки следует отнести малую эффективность, что связано с повторным измельчением разрушенной породы из-за прижатия ее к забою промывочной жидкостью, подаваемой через дополнительные каналы.

Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является алмазная буровая коронка, включающая корпус и матрицу, рабочий торец которой разделен на секторы промывочными пазами переменного сечения (см. авт. св. СССР №981564, кл. Е21В 10/48, 1982 г., фиг.3).

Данная коронка позволяет использовать эффект кавитационного воздействия на забой и за счет этого значительно повысить механическую скорость бурения. К недостаткам ее следует отнести то, что кавитационные пузырьки, образующиеся при прохождении промывочной жидкости через радиальные пазы, ведут к эрозионному износу боковых стенок секторов матрицы. Это в свою очередь ведет к разрушению матрицы и снижению эффективности работы коронки.

В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы коронки путем предохранения матрицы от разрушения кавитационными пузырьками.

Указанный технический результат достигается тем, что алмазная буровая коронка, включающая корпус и матрицу, рабочий торец которой разделен на секторы промывочными пазами переменного сечения, согласно изобретению выполнена с дополнительными радиальными промывочными пазами, имеющими бóльшую высоту, чем пазы переменного сечения и расположенными между промывочными пазами переменного сечения и набегающей гранью смежных секторов, при этом выходная часть дополнительных промывочных пазов смещена относительно выходной части промывочных пазов с переменным сечением в сторону, противоположную от забоя.

Изобретение поясняется чертежами, на которых фиг.1 изображает общий вид коронки; на фиг.2 - вид со стороны рабочего торца; на фиг.3 - развертка сектора.

Предложенная алмазная буровая коронка содержит цилиндрический корпус 1 с присоединительной резьбой (не показана) и матрицу 2, разделенную промывочными пазами 5 на секторы 3, рабочая часть 4 которых армирована режущими элементами, преимущественно естественными или искусственными алмазами. Промывочные пазы 5 выполнены с переменным сечением и расположены в сбегающей части секторов 3. Между промывочными пазами переменного сечения 5 и набегающей гранью смежных секторов 3 выполнены дополнительные радиальные промывочные пазы 6, имеющие большую высоту по сравнению с пазами 5 переменного сечения. При этом выходная часть 7 дополнительных промывочных пазов 6 на наружной поверхности корпуса 1 смещена относительно выходных частей 8 промывочных пазов переменного сечения 5 в сторону, противоположную от забоя. Это позволяет оптимизировать процесс отвода шлама в затрубное пространство благодаря удалению мелкой фракции шлама через дополнительные пазы 6, а более крупные фракции - через основные промывочные пазы 5.

Принцип работы коронки заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента режущие элементы секторов 3 внедряются в породу и производят ее разрушение. Разрушенная порода выносится на поверхность промывочной жидкостью, подаваемой через бурильную колонну и корпус 1 коронки. При прокачке промывочной жидкости через пазы 5 переменного сечения возникает устойчивый процесс кавитации. Зона кавитации создается вблизи перехода горизонтального участка дна паза 5 в наклонный участок на наружной поверхности матрицы 2. Учитывая, что кавитационный процесс протекает в непосредственной близости от забоя, кавитационные пузырьки при их схлопывании подвергают забой интенсивному разрыхлению и разрушению за счет непрерывного термического и барометрического воздействия. Разрушенная порода после выхода из пазов 5 подхватывается жидкостью, выходящей из дополнительных пазов 6 и направляется в затрубное пространство. При этом благодаря отделению кавитационных пазов 5 от смежных секторов 3 дополнительными промывочными пазами 6 исключается воздействие кавитационных пузырьков на набегающую рабочую часть 4 смежного сектора 3, расположенного по ходу вращения сзади пазов 5.

Таким образом, благодаря кавитационному воздействию на забой значительно снижается энергоемкость процесса разрушения породы и повышается механическая скорость бурения, а благодаря устранению отрицательного воздействия явлений кавитации на рабочую часть матрицы повышается и стойкость коронки, а следовательно, и проходка.

Изобретение относится к области бурения скважин с отбором керна с применением породоразрушающего инструмента, в частности к буровым коронкам с алмазным вооружением. Устройство включает корпус и матрицу, разделенную промывочными пазами переменного сечения на армированные алмазными элементами рабочие секторы. Коронка выполнена с дополнительными радиальными промывочными пазами, имеющими большую высоту, чем пазы переменного сечения, и расположенными между промывочными пазами переменного сечения и набегающей гранью смежных секторов. Выходная часть дополнительных промывочных пазов смещена относительно выходной части основных промывочных пазов в сторону, противоположную от забоя. Повышается эффективность работы коронки, уменьшается энергоемкость процесса разрушения породы. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Алмазная буровая коронка, включающая корпус и матрицу, рабочий торец которой разделен на секторы промывочными пазами переменного сечения, отличающаяся тем, что она выполнена с дополнительными радиальными промывочными пазами, имеющими большую высоту, чем пазы переменного сечения, и расположенными между промывочными пазами переменного сечения и набегающей гранью смежных секторов.

2. Буровая коронка по п.1, отличающаяся тем, что выходная часть дополнительных промывочных пазов смещена относительно выходной части промывочных пазов с переменным сечением в сторону, противоположную от забоя.