Алмазная буровая коронка Советский патент 1993 года по МПК E21B10/48 E21B10/60 

Изобретение относится к породоразру- шающему инструменту, а именно, к коронкам и долотам для вращательного бурения.

Цель изобретения - повышение эффективности бурения в перемежающихся по твердости горных породах Y-X категории по буримости.

На фиг. 1 приведена схема буровой коронки; на фиг. 2 - вид породоразрушающего торца коронки; на фиг. 3 - элементы породоразрушающего торца сектора.

Коронка состоит из металлического корпуса 1, рабочих секторов 2 и промывочных каналов 3. Каждый рабочий сектор 2 армирован объемными и подрезными 5 алмазами. Породоразрушающий торец рабочего сектора 2 выполнен в виде равнобокой трапеции, обращенной большим основанием в сторону корпуса коронки, площадь сектора (5) равна площади (S1) промывочного паза. Торец состоит из алмазосодержащей цилиндрической части 6 с выступающими коническими поверхностями 7. При этом ширина а выступающих поверхностей 7 равна 0,4-0,5 толщины в цилиндрической части алмазосодержащей матрицы, а высота с каждой выступающей поверхности рана 0,2-0,3 высоты цилиндрической части матрицы d.

Профиль алмазосодержащей породо- разрушающей части коронки включает как элементы для объемного разрушения и резания (конические поверхности), так и элементы для осуществления истирания или микрорезания (цилиндрическая поверхность рабочего сектора) горных пород. Форма рабочего сектора в виде цилиндрической поверхности, импрегнированной алмазами, в форме равнобокой трапеции, обращенной большим основанием к корпусу, позволяет устранить преждевременный выход из строя набегающей, а также сбегающей частей сектора, за счет снижения концентрации напряжений и равномерного их

w

&

СО

ю со

О О

ю

распределения по поверхности рабочего сектора по сравнению с прямоугольной или квадратной формой профиля рабочего сектора. Указанное обстоятельство повышает эффективность бурения, так как увеличивает ресурс работы коронки по сравнению с прототипом.

Равенство площадей рабочего сектора и канала для прохода очистного агента создает необходимые условия для рационального охлаждения рабочего сектора (особенно при применении сжатого воздуха или пенно-жидкостных смесей) и рационального выноса выбуренного шлама (особенно при разрушении перемежающихся по твердости пород, склонных к сильной трещиноватости). При этом форма канала выполнена в виде разнобокой трапеции, обращенной большим основанием к груди забоя. Рациональность такой формы канала обосновывается тем, что применение очистного агента в виде сжатого воздуха или пен- но-воздушных смесей при увеличении площади канала у груди забоя позволяет интенсивно охлаждаться пенно-воздушным смесям, за счет перепада давления на выходе и входе в канал, а также удаления кусочков выбуренного шлама, застревающих и скалывающих набегающую часть рабочего сектора, например, у прямоугольной или квадратной формы. Указанные соотношения площадей, а также форма канала способствует повышению эффективности бурения, за счет улучшения охлаждения алмазосодержащей матрицы, сохранению прочности рабочего сектора и полного выноса выбуренного шлама кусковатой формы.

С целью повышения эффективности разрушения мягких и средней твёрдости пород на цилиндрической части рабочего торца выполнены конические поверхности (режущие элементы). Такая форма конических поверхностей обеспечивает получение размеров его выступающей части, равной 0,2-0,3 высоты цилиндрической части матрицы. Высота выступающей части конической поверхности обосновывается способностью последней разрушать горную породу 9бъемным способом или резанием. При этом высота наивысшей точки конической поверхности менее 0,2 высоты матрицы снижает производительность бурения за счет уменьшения обьема разрушаемой мягкой породы или насосов. При бурении пород средней твердости высота наивысшей точки конической поверхности, более 0,3 высоты матрицы, приводит к снижению производительности бурения за счет затупления угла

резания этой поверхности или к его скалыванию.

Количество конических поверхностей в рабочем секторе и их ширина обосновывается вопросами перекрытия торца рабочего сектора. В связи с тем, что режущий элемент имеет коническую форму, как наиболее равнопрочную по сравнению с квадратной или прямоугольной, то линия резания каждого

0 режущего элемента представлена в этом случае выпуклой кривой, образованной частью окружности основания конуса. В этом случае полное перекрывание цилиндрической частицы торца сектора осуществляют

5 при соотношении, когда ширина конической поверхности равна 0,4-0,5 толщины цилиндрической части алмазосодержащей матрицы. Ширина поверхности менее 0,4 толщины торца создает недостаточное пе0 рекрытие торца матрицы, что снижает ресурс стойкости коронки и, следовательно, эффективность бурения, ширина поверхности более 0,5 толщины торца матрицы увеличивает количество элементов в рабочем

5 секторе, не повышая ресурса стойкости и ведет к перерасходу алмазного сырья, а значит к снижению эффективности бурения.

Алмазосодержащая матрица может быть выполнена как однослойной, так и им0 прегнированной с включением синтетических алмазов или сверхтвердых материалов. Таким образом все перечисленные признаки являются отличительными и способствуют повышению эффективности бурения

5 перемежающихся по твердости горных пород, за счет повышения ресурса стойкости коронки, повышения производительности бурения, возможности разрушения как мягких и средней твердости пород методом

0 объемного разрушения или резания, так и твердых пород способом истирания или микрорезания. Вышеизложенные отличительные признаки позволяют достичь поставленную в заявке цель.

5 Предлагаемая коронка работает следующим образом. При разрушении пород в процессе бурения геологоразведочных скважин элементы 7 внедряясь в массив под действием осевого усилия эффективно раз0 рушают породу. При этом, если в массиве присутствуют мягкие или породы средней твердости (V-VII категории по буримости), то основную работу по объемному разрушению или резанию выполняют элементы 7,

5 имеющие предварительное обнажение. В это же время цилиндрическая часть 6 матрицы выполняет вспомогательную работу по разрушению поверхностного переднего слоя или по переизмельчению крупных фракций. При встрече в массиве с твердыми

породами элементы 7 не могут внедряться в породу на полную глубину и процесс разрушения переходит в микрорезание или истирание. При этом элементы 7 в процессе разрушения теряют предварительное обна- жение и в работу вступает цилиндрическая часть 6 рабочего сектора 2. При смешанном варианте исполнения алмазосодержащей матрицы (с синтетическими алмазами или сверхтвердыми материалами) при изнаши- вании цилиндрической части 6 происходит одновременное обнажение элементов 7, находящихся в теле матрицы. Обнажение элементов 7 осуществляется за счет того, что износостойкость элементов 7 выше, чем у цилиндрической части 6 матрицы. При изменении твердости породы на более мягкую в работу вступают вновь обнажившиеся элементы 7, Такое чередование происходит до полной отработки алмазосодержащей мат- рицы.

Таким образом предлагаемое изобретение обеспечивает разрушение пород от мягких до твердых, за счет выполнения рациональной геометрической формы поро- доразрушающего торца алмазосодержащей матрицы, каждый рабочий сектор которой в вертикальной плоскости имеет форму разнобокой трапеции, обращенной большим основанием к корпусу коронки, площадь которого равна площади промывочного паза; на торце рабочего сектора выполнены выступы конической формы, при этом ширина и высота каждой выступающей поверхности равны соответственно 0,2-0,3

и 0,4-0,5 высоты и толщины цилиндрической алмазосодержащей части матрицы; по- вышение работоспособности коронки; увеличение производительности бурения, то есть повышает эффективность бурения в перемежающихся HQ твердости горных породах.

Экономический эффект от использования предлагаемого технического решения может быть получен за счет применения последнего при бурении пород, перемежающихся по твердости, то есть по всему разрезу. Указанное направлено на повышение до 50% чистого времени бурения, производительности и снижения стоимости 1 п.м. бурения.

Формула изобретения Алмазная буровая коронка, включающая корпус с присоединительной резьбой и алмазосодержащей матрицей, разделенной промывочными пазами на секторы с выступами на плоском торце, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности бурения по перемежающимся по твердости породам, каждый сектор в вертикальной плоскости выполнен в виде равнобокой трапеции, обращенной большим основанием в сторону корпуса коронки, площадь которой равна площади промывочного паза, при этом выступы на торце секторов выполнены конической формы, а высота и ширина выступов равны соответственно 0,2-0,3 и 0,4- 0,5 высоты и толщины цилиндрической части матрицы.

Использование: бурение скважин вращательным способом. Сущность изобретения: коронка содержит корпус и алмазосодержащую матрицу. Последняя разделена промывочными пазами на секторы, на торцах которых выполнены выступы конической формы. Высота и ширина выступов равны соответственно от 0,2 до 0,3 и от 0,4 до 0,5 высоты и толщины цилиндрической части матрицы. Каждый сектор в вертикальной плоскости выполнен в виде равно- бокой трапеции, большее основание которой обращено в сторону корпуса. Площадь трапеции рана площади промывочного паза.3 ил.

Фиг. i

Фчг.2

Фаг.З