Алмазная буровая коронка Советский патент 1992 года по МПК E21B10/46 

Изобретение относится к разрушению горных пород, а именно к бурению разведочных скважин.

Известна алмазная буровая коронка, включающая корпус и твердосплавную матрицу ступенчатой формы с режущими высту- пами, разделенными промывочными каналами на отдельные сектора и наклоненными соответственно к горизонтальной и вертикальной плоскостями, образуя между собой острый угол.

Недостатком этой алмазной буровой коронки является то, что по периметру корпуса, все режущие кромки секторов находятся в режиме непрерывного бурения породы. В нем нет участков, которые бы находились в запасе, в пассиве и проявлялись бы со временем, включаясь в режим активного бурения поэтапно, растянуто во времени. Отсутствие такого режима работы буровой коронки приводит к тому, что режущие кромки срабатываются постоянно по всему периметру рабочих секторов буровой коронки. При этом у буровой коронки не остается потенциала, необходимого для активного бурения наперед в течение всего дальнейшего периода бурения. Такой режим бурения приводит к тому, что чем больше буровая коронка бурит, тем хуже она бурит, поскольку дальнейшее бурение осуществляется затупленными режущими кромками рабочих секторов. Последнее снижает производительность и качество бурения. В конечном итоге это приводит к снижению механической скорости бурения.

Известна буровая коронка, включающая корпус и армированную породоразру- шающими элементами матрицу, жестко закрепленную с корпусом.

Недостатком этого устройства является то, что в нем режущая поверхность матрицы по периметру коронки, вся одновременно находится при бурении в режиме непрерывного взаимодействия с разрушаемой породой, что ведет к тому, что буровая коронка вся подвергается износу, а процесс бурения практически с самого начала ведется на притупленном инструменте в режиме монотонного бурения с малой механической скоростью разрушения горной породы, низкой производительностью и в целом с низкой эффективностью введения процесса бурения. Это очевидно приводит к снижению

(Л

С

vi х| О

ю

00

4

GJ

надежности и долговечности буровой коронки, так как режим бурения на притупленном инструменте далеко не комфортный. Любой монотонный процесс бурения с одним характером разрушения, осуществляв- мым по всему периметру коронки, больше направлен на переизмельчение породы, ведет к понижению эффективности бурения, так как в нем заложен принцип консервативного режима бурения горной породы - бурить затупленным инструментом в режиме переизмельчения разрушаемой горной породы. Это устройство принято а качестве прототипа.

Целью изобретения является повыше- ние эффективности бурения горных пород.

Поставленная цель достигается тем, что заявляемая алмазная буровая коронка, включающая корпус с закрепленными на его рабочем орце алмазосодержащей мат- рицей, разделенной на рабочие сектора промывочными пазами, снабжена рабочими секторами с продольными профилями двух типов: выпуклой и вогнутой формы. При этом рабочие сектора с выпуклым и вогну- тым профилем чередуются по периметру рабочего торца корпуса коронки. Кроме того выпуклые и вогнутые профили рабочих секторов выполнены с одинаковым радиусом кривизны.

Новыми признаками заявляемой буровой коронки являются выполнение рабочих секторов с продольными профилями двух типов: выпуклой и вогнутой формы, размещение этих профилей выпуклых и вогнутых по периметру рабочего торца корпуса коронки в чередующейся последовательности, попеременно. Кроме того новым является выполнение выпуклых и вогнутых продольных профилей с одинаковым радиу- сом кривизны.

Эти новые признаки позволяют повысить механическую скорость бурения, производительность, равномерность бурения во времени, за счет того, что в процессе бурения в любой момент времени в непосредственный контакт с разрушаемой горной породой входит лишь часть рабочей поверхности рабочих секторов, тогда как находится в резерве, пассиве с точки эре- ния участия в процессе бурения. Пассивная часть рабочих секторов вводится в активный режим бурения в дальнейшем, в течение всего периода бурения равномерно, по мере изнашивания активной части рабочих секторов буровой коронки. Этот характер бурения заложен в конструктивном признаке - в выполнении продольных кромок выпуклыми и вогнутыми. В выпуклых профилях рабо-чих секторов первоначальному активному взаимодействию с породой подвергается срединная его часть, тогда как концевые в режиме резания горной породы оставлены на потом. В согнутых профилях, наоборот, сначала в процессе бурения горной породы активно взаимодействуют концевые зоны, тогда как срединная его часть оставлена на потом, на резание по мере изнашивания краевых зон рабочих секторов в процессе бурения. Такая стратегия бурения позволяет оптимально использовать режущий потенциал буровой коронки во времени. Бурить всем массивом рабочих секторов буровой коронки - это значит допускать неоправданную роскошь в процессе бурения, так как при этом достигается лишь получение м; новенного эффекта, достаточно ощутимого, но приводящего к одновременному затуплению всех рабочих секторов буровой коронки. Последнее обрекает весь оставшийся период бурения вести на затупленном инструменте, что конечно снижает механическую скорость, производительность, а также надежность и долговечность работы буровой коронки. Заявляемый профиль рабочих секторов буровой коронки приводит к тому, что в ней по мере износа при бурении продольные профили рабочих секторов выравниваются и становятся более плоскими, то есть их профиль приближается к профилю стандартных буровых коронок. Начиная с этого момента эта буровая коронка продолжает работать как буровая коронка со стандартным плоским профилем,

Все эти новые признаки заявляемой буровой коронкн в сравнении с прототипом не выявлены при анализе аналогов и других известных решений.

На чертеже в аксонометрии представлен общий вид заявляемой буровой коронки с алмазоносным слоем.

Заявляемая алмазная буровая коронка, включающая корпус 1 с закрепленными па рабочем торце алмазосодержащей матрицей, разделенной на рабочие сектора 2 промывочными пазами 3, снабжена рабочими секторами 2 с продольными профилями двух типов: выпуклой 4 и вогнутой 5 формы. При этом рабочие сектора 2 с выпуклым и вогнутым 5 профилем чередуются по периметру рабочего.торца корпуса 1 буровой коронки. Кроме того, выпуклые А и вогнутые 5 профили рабочих секторов выполнены с одинаковыми радиусами кривизны.

Алмазная буровая коронка работает следующим образом.

При воздействии алмазной буровой коронки на забой, находящиеся в корпусе 1 с его торца рабочие сектора 2 с выпуклыми 4

и вогнутыми 5 продольными профилями своими выступающими к горной породе участками активно взаимодействуют с разрушаемой горной породой на первом этапе бурения. Затем, по мере износа режущей кромки рабочих секторов 2 обоих типов - выпуклого 4 и вогнутого 5 в строй активно бурящих участков рабочих секторов 2, всту- паютучастки рабочих секторов 2, находящиеся во впадинах за выступающими участками рабочих секторов 2 коронки. По мере бурения за счет износа рабочих секторов 2, его продольный профиль уменьшает свою кривизну как в секторе 2 с выпуклым 4, так и в секторе 2 с вогнутым 5 профилем. В пределе профили рабочих секторов 2 приобретают плоскую форму, становясь такими же, как и рабочие поверхности алмазных буровых коронок прототипа и других известных стандартных устройств. Это значит, что рабочие сектора 2, заявляемой буровой коронки, срабатываясь, возрождаются в профиль буровой коронки стандартного типа, который, в частности, первоначально имеется у рабочих секторов известных устройств. Начиная с этого времени буровая коронка продолжает бурить как коронка стандартного типа. Разрушенная при бурении горная порода уносится из буровой коронки через промывочные пазы 3.

Такое выполнение продольных профилей рабочих секторов 2 позволяет изменить стратегию бурения, увеличить механическую скорость бурения, производительность буровой коронки, так как позволяет в течение всего периода бурения работать в условиях, когда непрерывно вводятся в режим бурения нез&тупленные участки продольных профилей рабочих секторов 2 буровой коронки.

Технико-экономические преимущества заявляемой буровой коронки в сравнении с прототипом состоят в следующем:

в повышении механической скорости бурения, а следовательно, увеличении производительности, так как рабочие сектора 2 частично контактируют в течение всего периода бурения с разрушаемой горной породой;

в улучшении условий приработки коронки к породе, так как разрушение породы осуществляется лишь частью поверхности рабочих секторов 2, активно участвующих в процессе бурения, а дальнейшее бурение всегда осуществляется за счет непрерывного ввода новых зон рабочих секторов 2, создающих условия для активного бурения породы в течение всего периода разрушения горной породы. Этому же способствует

разнохарактерность ведения процесса разрушения горной породы, осуществляемая в каждой паре рабочих секторов 2 с выпуклой 4 и вогнутой 5 форм продольных профилей 5 в каждый момент времени;

в улучшении транспортирования разрушенной горной породы от буровой коронки, за счет увеличения живо о сечения канала 3 для отвода разрушенной горной породы, так

0 как промывочный канал 3 увеличивает живое сечение, за счет выполнения продольных профилей рабочих секторов 2 выпуклой 4 и вогнутой 5 формы. Это наряду с ростом живого сечения, приводит к снижению гид5 равлического сопротивления промывочных каналов 3 буровой коронки. Все это приводит к быстрому отводу породы от буровой коронки;

в повышении производительности бу0 рения за счет того, что выпуклые 4 и вогнутые 5 продольные профили рабочих секторов 2 создают условия для равномерного бурения во времени и позволяет проводить процесс бурения в два этапа сначала

5 на профилях двоякой кривизны, а затем по мере износа рабочих секторов 2 на преобразованных на них профилях стандартного типа с плоским профилем поверхности рабочих секторов 2 по отношению к рззру0 шаемой горной породе. Последнее повышает также длительность работы буровой коронки, ее ресурс, исключает вредный с точки зрения бурения процесс шлифования и переизмельчения разрушенной горной по5 роды, повышает жесткость корпуса 1 алмазной буровой коронки. Последнее связано с тем, что касание лишь частью поверхности рабочих секторов 2 снижает нагрузку, необходимую для бурения, а следовательно, по0 вышает ее жесткость.

Готовность предлагаемой алмазной буровой коронки к использованию высока, так как в серийно изготавливаемых промышленностью алмазных буровых коронках

5 прототипа необходимо изменить продольный профиль рабочих секторов 2 с плоского на профиль переменной кривизны, периодически чередующейся по периметру буровой коронки. В настоящее время идет

0 подготовка к изготовлению опытного образца - предлагаемой алмазной буровой коронки.

Формула изолбретения

1. Алмазная буровая коронка, включа5 ющая корпус с закрепленной нэ рабочем торце алмазосодержащей матрицей, разделенной промывочными пазами на рабочие сектора, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности бурения горных пород, продольные профили рабочих секторов выполнены выпуклой и вогнутой формы, при этом сектора с выпуклым и вогнутым профилем чередуются по периметру рабочего торца коронки.

2. Коронка поп. 1,отличающаяся тем, что выпуклые и вогнутые профили рабочих секторов выполнены с одинаковым радиусом кривизны.

Использование: бурение геологоразведочных скважин. Сущность изобретения: коронка содержит корпус с промывочными каналами и рабочими секторами. Сектора размещены по периметру рабочего торца корпуса и выполнены с продольным профилем двух типов - выпуклым и вогнутым. Профили секторов чередуются по периметру рабочего торца корпуса. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.