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 (см. авт. св. СССР №308181, кл. Е21В 10/48, 1970).

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 расположенными на наружной и внутренней поверхности матрицы продольными промывочными пазами на алмазосодержащие секторы, при этом промывочные пазы расположены в шахматном порядке и наклонены к клиновидному торцу с перекрытием его вершины (см. авт. св. СССР №1086112, кл. Е21В 10/48, 1984).

К недостаткам данной коронки следует отнести малую эффективность при высокоскоростном бурении из-за возможности прижога коронок, что связано с резким снижением поперечного сечения промывочных каналов по мере износа матрицы.

Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является алмазная буровая коронка, включающая корпус с алмазосодержащей матрицей, разделенной сквозными промывочными пазами на секторы, выполненные с наружными и внутренними промывочными пазами, простирающимися на всю высоту матрицы (см. патент РФ №2389861, кл. Е21В 10/60, 2008).

Данная коронка благодаря использованию наружных и внутренних промывочных пазов позволяет использовать матрицу, имеющую значительную высоту, что имеет большое значение, особенно при бурении со съемными керноприемниками, когда керн поднимается на поверхность специальным снарядом без подъема бурильной колонны.

К недостаткам ее следует отнести то, что, обеспечивая достаточно хорошее охлаждение матрицы, она не обеспечивает эффективное удаление разрушенной породы с забоя скважины. Это, в свою очередь, ведет к повторному измельчению шлама и, как следствие этого, к снижению эффективности работы коронки.

В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы коронки путем улучшения очистки забоя от шлама.

Указанный технический результат достигается тем, что в алмазной буровой коронке, включающей корпус с алмазосодержащей матрицей, разделенную сквозными промывочными пазами на секторы, выполненные с наружными и внутренними промывочными пазами, простирающимися на всю высоту матрицы, согласно изобретению наружные и внутренние пазы со стороны торца матрицы соединены дополнительными пазами переменной высоты, увеличивающейся от наружных пазов к внутренним.

Достижению указанного технического результата способствует также и то, что:

- дополнительные пазы выполнены с поперечным сечением в форме сегмента, площадь которого уменьшается в направлении от внутреннего паза к наружному;

- высота - h дополнительных пазов составляет (0.2-0.5)Н, где Н - высота матрицы.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен общий вид коронки, на фиг.2 - сечение А-А на фиг..1, на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.2

Предложенная алмазная буровая коронка содержит цилиндрический корпус 1 с присоединительной резьбой (не показана) и матрицу 2, разделенную промывочными пазами 3 на секторы 4, рабочая часть 5 которых армирована режущими элементами, преимущественно естественными или искусственными алмазами. Между промывочными пазами 3 выполнены наружные и внутренние радиальные промывочные пазы 6 и 7, имеющие высоту, равную высоте матрицы 2. При этом наружные и внутренние пазы 6 и 7 со стороны торца матрицы 5 соединены дополнительными пазами 8 переменной высоты, увеличивающейся от наружных пазов 6 к внутренним 7. Дополнительные пазы 8 выполнены с поперечным сечением в форме сегмента 9, площадь которого уменьшается в направлении от внутреннего паза к 7 наружному 6; а высота - h пазов составляет (0.2-0.5)Н, где Н - высота матрицы 2. Сегментообразное выполнение дополнительных пазов 8 позволяет избежать возникновения зон концентрации напряжений и тем самым исключить сколы матрицы 2. Наличие дополнительных пазов 8 и выполнение их с указанными параметрами позволяет оптимизировать процесс отвода шлама в затрубное пространство благодаря удалению мелкой фракции шлама через дополнительные пазы 8, а более крупные фракции - через основные промывочные пазы 3.

Принцип работы коронки заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента режущие элементы секторов 4 внедряются в породу и производят ее разрушение. Разрушенная порода выносится на поверхность промывочной жидкостью, подаваемой через бурильную колонну, корпус 1 коронки и внутренние пазы 7. После этого обогащенная шламом жидкость подается через дополнительные пазы 8 к наружным пазам 6 и через них - без повторного измельчения - на поверхность. При такой схеме промывки промывочная жидкость, кроме охлаждения матрицы 2, постоянно обеспечивает отвод разрушенной породы из-под торца коронки, чему способствует и наклонное расположение дна дополнительных пазов 8, высота которых увеличивается в направлении вращения коронки и составляет до 0.5 от Н у внутренних разов 7.

Таким образом, благодаря своевременному удалению шлама из-под торца коронки повышается механическая скорость бурения, а благодаря лучшему охлаждению матрицы повышается и стойкость коронки, а следовательно, и проходка.

Изобретение относится к области породоразрушающего инструмента, а именно к буровым коронкам с алмазным вооружением для бурения скважин с отбором керна. Обеспечивает повышение проходки и механической скорости бурения, улучшение очистки забоя от шлама, охлаждения матрицы. Алмазная буровая коронка включает корпус и алмазосодержащую матрицу, разделенную промывочными пазами на секторы, каждый из которых выполнен с наружными и внутренними промывочными пазами на всю высоту матрицы. Коронка выполнена с дополнительными промывочными пазами, соединяющими наружные и внутренние промывочные пазы и имеющими переменную высоту, увеличивающуюся от наружных пазов к внутренним. Дополнительные пазы могут быть выполнены с поперечным сечением в форме сегмента, площадь которого уменьшается в направлении от внутреннего паза к наружному, при этом их высота может составлять 0,2-0,5 высоты матрицы. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Алмазная буровая коронка, включающая корпус с алмазосодержащей матрицей, разделенной сквозными промывочными пазами на секторы, выполненные с наружными и внутренними промывочными пазами, простирающимися на всю высоту матрицы, отличающаяся тем, что наружные и внутренние пазы со стороны торца матрицы соединены дополнительными пазами переменной высоты, увеличивающейся от наружных пазов к внутренним.

2. Алмазная буровая коронка по п.1, отличающаяся тем, что дополнительные пазы выполнены с поперечным сечением в форме сегмента, площадь которого уменьшается в направлении от внутреннего паза к наружному.

3. Алмазная буровая коронка по п.1, отличающаяся тем, что высота h дополнительных пазов составляет (0,2-0,5)Н, где Н - высота матрицы.