АЛМАЗНАЯ БУРОВАЯ КОРОНКА Российский патент 2013 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 разного размера (см. авт. св. СССР №594291, кл. Е21В 10/48, 1973 г.).

Недостатком этой коронки является малая механическая скорость бурения, обусловленная не качественной очисткой забоя от шлама.

Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является алмазная буровая коронка, включающая корпус и матрицу, разделенную широкими и узкими промывочными пазами на рабочие секторы разной длины, большие из которых армированы более крупными алмазами по сравнению с секторами меньшей длины (см. авт. св. СССР №1493763, кл. Е21В 10/48, 1989 г.).

Данная коронка обеспечивает более эффективное разрушение породы благодаря созданию зон предразрушения алмазами малых секторов, облегчающие работу алмазов, расположенных на секторах большей длины. Однако из-за не оптимальной схемы промывки алмазы на больших секторах из-за высокой температуры в зоне контакта их сбегающей части с породой сильно перегреваются и выходят из строя раньше, чем алмазы на малых секторах. Это приводит к неравномерному выходу секторов из строя, что снижает технико-экономические показатели известных буровых коронок.

В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы коронки путем увеличения проходки и механической скорости бурения за счет обеспечения оптимальной схемы промывки матрицы секторов с большей длиной.

Указанный технический результат достигается тем, что в алмазной буровой коронке, включающей корпус и матрицу, разделенную широкими и узкими промывочными пазами на рабочие секторы разной длины, большие из которых армированы более крупными алмазами по сравнению с секторами меньшей длины, согласно изобретению, секторы с большей длиной снабжены сообщенными между собой дополнительными промывочными пазами на торце и боковых поверхностях и снабжены скважино - и кернокалибрующими вставками с плоской боковой гранью, каждая из которых совмещена со сбегающей стенкой дополнительных боковых пазов.

Решению поставленной задачи способствует также и то, что:

- дополнительные промывочные пазы на торце длинных секторов выполнены в виде спирали Архимеда, выпуклая часть которой направлена в сторону наружной поверхности корпуса коронки;

- дополнительные промывочные пазы на боковых поверхностях длинных секторов выполнены наклонными к продольной оси коронки для направления потока промывочной жидкости в сторону, противоположную направлению вращения коронки.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображен общий вид коронки со стороны ее рабочего торца.

Предложенная алмазная буровая коронка содержит цилиндрический корпус 1 с присоединительной резьбой (не показана) и матрицу 2, разделенную широкими и узкими промывочными пазами соответственно 3 и 4 на рабочие секторы 5 и 6 разной длины. Рабочие секторы 5 и 6 армированы режущими элементами, преимущественно естественными или искусственными алмазами, при этом секторы 5 большей длины армированы алмазами большей зернистости по сравнению с алмазами, которыми армированы секторы меньшей длины 6. Кроме того, рабочие секторы большей длины 5 выполнены сообщенными между собой дополнительными промывочными пазами 7, 8 и 9. Пазы 7 выполнены на торце матрицы 2, а пазы 8 и 9 на ее боковых поверхностях. Секторы 5 снабжены скважино- и кернокалибрующими вставками соответственно 10 и 11 с плоской боковой гранью 12, каждая из которых совмещена со сбегающей стенкой дополнительных боковых пазов 8 и 9. При этом скважино- и кернообразующие вставки 10 и 11 расположены в верхней части матрицы 2 в зоне пересечения ее торцевой и боковых поверхностей. Дополнительные промывочные пазы 7 на торце длинных секторов 5 выполнены в виде спирали Архимеда, выпуклая часть которой направлена в сторону наружной поверхности корпуса 1 коронки. Причем начальный участок спирали Архимеда, расположенный у внутренней стенки корпуса 1, является опережающим по отношению к участку спирали, расположенному у наружной стенки корпуса 1.

Принцип работы коронки заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента режущие элементы секторов 5 и 6 внедряются в породу и производят ее разрушение, а вставки 10 и 11 калибровку стенок скважины и керна и одновременно предохраняют от размыва наиболее опасные участки дополнительных промывочных пазов 8 и 9. Промывочная жидкость, подаваемая с поверхности насосами, подхватывает разрушенную породу и выносит ее на поверхность. При этом секторы меньшей длины 5, оснащенные алмазами меньшей зернистости, создают зоны предразрушения, которые эффективно разрушаются алмазами более крупных фракций, закрепленных на секторах большей длины 5. Проходное сечение промывочных пазов 3 и 4 выбирается в зависимости от объема разрушаемой породы рабочими элементами секторов 5 и 6. Однако при бурении по трещиноватым породам, когда наблюдаются значительные потери промывочной жидкости, часто происходит усиленный износ рабочих элементов, вплоть до прижога. В первую очередь это относится к алмазам, расположенным на сбегающей части длинных секторов 5. Для исключения подобного явления длинные секторы 5 выполнены с дополнительными промывочными пазами 7, 8 и 9. С целью равномерного охлаждения рабочих элементов секторов 5 промывочные пазы 7 выполнены в виде спирали Архимеда и расположены таким образом, чтобы минимизировать потери давления промывочной жидкости при прохождении через пазы 7, 8 и 9 и исключить прижог алмазов и в первую очередь на сбегающей части длинных секторов 5.

Применение предложенной коронки позволяет обеспечить более равномерную загрузку рабочих элементов как коротких, так и длинных секторов и тем самым повысить проходку и скорость бурения за счет оптимизации схемы промывки при бурении, в первую очередь, по трещиноватым породам.

Изобретение относится к области породоразрушающего инструмента, а именно к буровым коронкам с алмазным вооружением для бурения скважин с отбором керна. Обеспечивает оптимальную схему промывки матрицы секторов с большей длиной, повышение эффективности работы коронки, увеличение проходки и механической скорости бурения. Алмазная буровая коронка включает корпус и матрицу, разделенную широкими и узкими промывочными пазами на рабочие секторы разной длины, большие из которых армированы более крупными алмазами по сравнению с секторами меньшей длины. Секторы с большей длиной снабжены сообщенными между собой дополнительными промывочными пазами на торце и боковых поверхностях и снабжены скважино- и кернокалибрующими вставками с плоской боковой гранью, каждая из которых совмещена со сбегающей стенкой дополнительных боковых пазов. Как вариант, дополнительные промывочные пазы на торце длинных секторов выполнены в виде спирали Архимеда, выпуклая часть которой направлена в сторону наружной поверхности корпуса коронки. Как вариант, дополнительные промывочные пазы на боковых поверхностях длинных секторов выполнены наклонными к продольной оси коронки для направления потока промывочной жидкости в сторону, противоположную направлению вращения коронки. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Алмазная буровая коронка, включающая корпус и матрицу, разделенную широкими и узкими промывочными пазами на рабочие секторы разной длины, большие из которых армированы более крупными алмазами по сравнению с секторами меньшей длины, отличающаяся тем, что секторы с большей длиной снабжены сообщенными между собой дополнительными промывочными пазами на торце и боковых поверхностях и снабжены скважино- и кернокалибрующими вставками с плоской боковой гранью, каждая из которых совмещена со сбегающей стенкой дополнительных боковых пазов.

2. Алмазная буровая коронка по п.1, отличающаяся тем, что дополнительные промывочные пазы на торце длинных секторов выполнены в виде спирали Архимеда, выпуклая часть которой направлена в сторону наружной поверхности корпуса коронки.

3. Алмазная буровая коронка по п.1, отличающаяся тем, что дополнительные промывочные пазы на боковых поверхностях длинных секторов выполнены наклонными к продольной оси коронки для направления потока промывочной жидкости в сторону, противоположную направлению вращения коронки.