Алмазная буровая коронка

 

Изобретение относится к породораэрушающему инструменту, а именно к алмазным буровым коронкам. Цель изобретения 2 повышение эффективности работы коронки зо счэт обеспечения объемного разрушения породы. Для этого длины секторов и промыночных каналов связаны выражением lk/lc AD2/K, а длина сектора по окружности определяется по формуле lc л D/(1 - -) AD2/K) п, где 1С, i - соответственно длина сек юра и промывочного канала, мм; D - диаметр коронки, мм; К - крупность алмазов , мкм; А - коэффициент, мкм/мм2 (для вращательного бурения ,8, дня вращателыю-ударного бурения ,9). Выполнение коронки с предлагаемыми параметрами позволяет создавать в породе контактные напряжения, обеспечивающие объемное разрушений породы, причем независимо от диаметра перодорэзрушающего инструмента . 2 ил., 2 габл. Ё

СОЮЗ СОВЕТСК!!Х

СОЦИАЛИCTИ IEСКИХ

РЕСс!УБЛИК

ГОСУДАРСТВFг!! )ЫЙ КОМИ! ЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБР =TLЯИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

С), ОО с, ) (21) 4740690/03 (22) 25.09.89 (46) 23,01.92. Бюл. М 3 (7:) Специальное конструкторское Giopo

Всесоюзного промышленного абье jLIIIQIILII)

"Союзгеотехника" (72) Е. В, Алеутский, А, Т, Киселев, 13. И.

Орлов, А. В. Давбня, В. И, Бугаков и 13, И.

Миненков (53) 622,24.051.72(088.8) (56) Авторское свидетельс! во СССР

М 301423, кл, Е 21 В 10/60, 1968.

Авторское свидетельства СССР

М 594291, кл. Е 21 В 10/60, 1971. (54) АЛМАЗНА)! БУРОВАЯ KOPOI!K/L, (57} Изобретение относигся к породаразрушаюш!ему инструменту, а имен>,о к алмазным буровым коронкам, Цель изобретеиия—

Изобретение относится к области бурения скважин, конкретнее — к коистГ)укцс1!1 породоразрушающега инструмента.

Известны буровые алмазные короны, состоящие из корпуса, алмазосодержащей матрицы, разделенной иа сектора иг)0!. !.)вочными каналами так, что OTI!0LLеill!0 длины сектора к длине про. .ывочиого канала

3:1. Для того, чтобы сохрани)ь указанное c!) отношеи.)е при увеличении диаметра, IÿîI)ходимо увеличивать число секторов, i!It!1 увеличить их размер, что приводит к изменению площади контакта Kopoilvi! с породой, соответственно, к ухудше!нсю породоразрушающих характеристик I.Op0!Iки и к снижению скорости бурения и ресурс !

„;, 5О „„1707180 А1 повьиление эффект! внасти работы коронки за счет абеспече!1ия обьемиага разрушения породы. Для этого длины секторов и прал1ыLIo !ных ла;!алов связаны выражением !

It/It:=AD /1, а длина сектора по окружности определяется по формуле l,= )т D/(1>

-! ЯЗ /K) и, где lt:,!K — соо)ветст)зсил!о дли2 иа сексааа LI !!ромывачнаго канала, мм; D дламегр Kopo!IKL), мм; К вЂ” крупипсть алл10зав, мкм; Л вЂ” коз 1)ф!1цие)!т, м!,м/Ml1 (для

2 вращательного бурения К=1,8, д:я вращагельиа-удариога буреии» 1:=0,9). BLII:олнение KopOIIKL1 с предлагаемь)ми па раметрами иозгюляег саздава)ь в породе контактные иап1)л;кения, абеспечс)ва)а!д!!е объемное разрушв)!ие парады, при I p)h независимо ат диал.етра па!.)O,I;opaapyu!a!OL);eIO инструмента. 2 !1;!., 2 габ)!

K0p0tIKL1llpl повышении); затратах . нерг)ги !!а ади! ицу раэру пенного абьем,) парады. ! !а,,б)олее близка к предлом:.енной

61 рп в-35 Kc! p ) II K<", !)Yë IOtlñç )ощая коргlус, аяиаЗОСадапжао(УК) МатРИЦУ, РаЗДЕЛЕННУ)0 пра,.:ыва !ыл1!1 ка!1ал tl!LI tla сектора, пГ)!1чем л"! Ità ))рсл.! I!30 ных к=--!!а;!и!) в)рое !ревышаег дг,lt:/ сслтарав с «лмаза!.пс )!.)л1и вста!)ка) lи, Ь Этих коронках пла цчдь а !л1аJG! l0c! lL х 3ст )вак 3!! ачител ьиа си!1хсе! ). ип с !1з)1еi!опием диал)етра KOpoHKLI ILIc!10 cTQвак у!!е!!и !Ивается, с00Tьетссвзи !0, у."-л)ивается ILt.îù2äü KOíçOKI OI) BI1KI;I;-ав парада;1, !

) 1;3!)ССтИЫХ КОРанл )Х На УЧ;1,.!аа!от

L13МЕ! lt. I)г! Е П/!0щади Ко ! ГаКTB ЭЛ>1а3L)В

П0Р0,".,Ой с! РИ P03!14×I!Ой !1Х KP 0! )001(1 ; ê0

1707180

0г

Ic/I<= 1/Л вЂ”, К (1) где P — коэффициент (для вращательного бурения /1,=-1,8, для вращательно-ударного буpoния А=-0,9 мк(л/мм; г, 30

D — диаметр коронки, мм;

K — крупность алмазов, мкм; л длина сектора по окружности выбрана из (00TII0ILlOIIll5l

35 (2) Ic

0г (1+А0 ).n п -- 11сла секторов коронки.

Ссат.1ашения (1) «(2) паэваля10Т полу и, гь 1,замеры anr,tàçocoäåðæëùåão сектора

i1 гlioot.,ыга.но(0 I;attano так, чтобы площадь контакта ап(1ззав с породой оставалась пос1.0;IIIн0й при разл11ч11ых диаметрах, числе секторов l1 крупности алмазов. Объемное ра -р, шен(10 породы происходит при дасти:I;еltl1(t hаl1ТаV гliblt.111 1lапр51жеll1151Mи tlа тра ница ра""å"ö-порода величины, раиной ок=

=-(0,6-0,9) Г,> — твердости породы по штампу, 0I.p0qe(IetIIioA по методу Л. И. Шрейнера.

Величина PLLI для пород И вЂ” XII категорий по буримасти лежит в пределах Р>(>= 1,0 — 8,0

ГПа.

Б та жа время максимальное контактll0 на:1ря;::,ение не должно превышать предел проч> аст(1ап(",аэнага зер1га 0 4,5-5,0

Гпа. Эта валичи>1а лежит в пределах объем1 аг0 разрушения бальLLIIlícTèà горных парад li (лажет быть (1ринята эа предельно данустимуl0 вели>INIIQ контактного напряличесгва в контактном слое при постая11ной массе, 11едостатками известных коронок является увеличение площади контакта алмазов с породой при увеличении диаметра

Gypt:tI»>a, чго приводит к необходимости уве- 5 личе11ия оссвой нагрузки. Оптимальная осевая нагрузка, обеспечивающая объемное разрушение парады.для этих KopottoK, npe(Iышае(D0 м аго раэ прочность бурового с I:.I-.ëäë, iio снижает производительность 10 буpo IIIFi, !. апь10 изабрете11ия является повышен;10 механической скорости бурения и ресурса коронки путам стабилизации

t;0!I I 3 1най площади алмаз-порода так, что- 15 б>, I II3 контакте алмаз-порода создатьудель;,! I011апр51женил, достаточные для абьемного

1>аэрушеtittë породы.

Поставленная цель достигается тем, что

v, алмазной буровой коронке, содержащей 20 ,I1IIyc, апмаэасадержащую матрицу, разд:пеt 1 ttуto про(лывочными канала(ли на сок(011», ат11ошение длины сектора к длине прамыва i IOIO vàttçëà определяется выраж е t I I i o t.1; 25

1с

zD д2 (1+А ) и жения, Для достижения таких контактных напряжений при бурении серийньпли алмазными коронками необходима осевая нагрузка, на порядок превышающая прочность материалов бурового снаряда. Так как прочность материалов, применяемых при изготовлении бурового снаряда, имеет предел— предельна и осевая нагрузка, Имея предельную нагрузку и предел паачнасти парады, получают предельную площадь контакга алмазов с породой, В табл. 1 приведены результаты бурения коронками с различнои площадью контакта. Снижение площади контакта в 1,б раза приводит к росту удельных напряжен>1й в 1,6 раза. механической скорости в 2,2 раза. Из табл. 1 видно, что указанным выше условиям объемного разрушения удовлетворяют коронки с площадью контакта 3,53,9 тлм . Эти коронки показали наилу вшие результаты при бурении. Укаэанную величину площади контакта принима1ат эа предельно допустиму1о для всех типоразмеров коронок.

Величина контактной п(ощади зависит ат крупности алмазов, ат их количества в контактном слое (табл,1). При постоянной площади контакта количество алмазов изменяется в зависимости от их крупности— ат площади контакта отдельного алмаза.

Размер алмазов, их количество приходящееся на один сектор, апределя1от раз(лер этого сектора. Конструктивные размеры коронки определяют размеры алмаэосодержащега сектора и промывочного канала.

Размер сектора! и1 определяет их количество, но при постоянной площади кснтакта общая площадь м-секторов дал>жна остаВаться пОстОяннОЙ.

На фиг. 1 представлена коронка, вид с торца; на фиг. 2 — то же, продольный осевой разрез.

Коронка содержит корпус 1, матрицу 2, алмазосадержащие сектора 3, легкаизнашивающийся абразивный безалмазный поддерживающий слой 4, IpoMblPo lllblB каналы 5, Отношение 1 длины сектора алмазосодержащегс слоя к длине IK амывачнога канала:

Ic/Ik =

1 дО

К длина сектора по окружности выбрана из соотношения:

1707180 где D — диаметр коронки; К вЂ” крупносrl алмазов; и — число секторов; Л вЂ” коз фицнент, хаРактеРизУющий отношение lo/!.: nI » минимальном диаметре коронки и максимальной крупности алмазов.

Коэффициент определен следующим образом. При изменении диаметра коронки

Ов и крупности армирующих алмазов Ка ««I:ленное значение этого соотношения будет меняться пропорционально квадрату диаметров Dg /Do и крупности алмазов г

Киакс/Кв > г.К

1 (д oe »макс

2, /

Do Кв где Оо- минимальный диаметр применяемых коро ок (36 мм);

Кмакс — максимальная крупносгь алмазов 2000/1600 мкм;

Ов — выбранный диаметр коронки;

Ка — выбранный размер (крупность) алмазов;

Ао — соотношение размеров сектора и промывочного канала при минимальном диаметре коронки — 36 мм.

Для коронки диаметром 36х22 мм при заданном числе секторов 4 и максимальном значении крупности алмазов 2000/1600 (среднее 1800) расчетная длина по окружности алмазосодержащего сектора 1с= 12,37 мм, промывочного канала I»=15.9 мм. Начальное соотношение при разных числах сектооов !с/4=1/1,28, А =1,20. Так как величины Кмакс и Do постоЯнны, А1=

1,30, 36

Тогда А = 1,28х1,38= 1,77 = 1,8.

При вращательно-ударном бурении нагрузка на коронку повышается наложением ударных и лпульсов, Отсюда, площадь контакта увеличивается, соответственно величина А снижается до 0,9.

В табл. 2 приведены расчетные длины секторов и промывочных каналов для коронок, армированных алмазами крупностью

2000/1600 мкм, предназначенных для вращательного бурения. Аналогичный расчет можно выполнить для вращатсльно-ударного бурения, а также для коронок, арми >ованных ал.лазами другой крупности. Во всех случаях величина площади контакта алмазов с породой остается постоянной, независимо 0Т количества секторов и круиносви алмазов, и находится в пределах, достаточных для обьемного разрушения породы.

Площадь контакта алмазов с породой рассчитывают по формуле:

5 D !сЯв П

Я

8К

",где 0а — площадь контакта одного алмаза.

Коро«ка работает следующим образом, 10

Усгановленная на забое коронка получает крутящий момент и осевую нагрузку чеи з колонну бурильных труб. При вращательно-ударном бурении на коронку накладывают дополнительные ударные импульсы

15 от ударного механизма, Энергия удара достигает 25 Дж, что эквивалентно увеличению осевой нагрузки на 20 кН. Под действием этих нагрузок на контакте алмазпорода создают удельные контактные напряжения, пропорциональные величине площади контакта, Если контактные напряжения превышают предел прочности породы, происходит выкол ес объема под алмазом. При передвижении алмаза цикл повторяется.

Предложенные конструктивные параметры коронки позво lAIoT создавать в породе контактные напряжения, достаточные для ее обьемного разрушения, не выходя за пределы допустимых по прочности бурового вала и инструмента осевых нагрузок.

Формула изобретения

Алмазная буровая коронка, включающая корпус и алмазосодержащую матрицу, разделснную промывочными каналами на секторы, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности ее работы за счет обеспечения объемного разрушениsl породы, длины промывочного канала I» и сектора1с по окружности связаны выражением

АО

К при этом длина сектсра определяется по формуле лО

02 (1+Ao ).Д гас D — qa äìåòð коронки, мм;

50 I; — крупность алмазов, мкм;

А — l,озффициент (для вращательнсго бурения А=1 8, для вращательно-ударного бу,"ения А=0,9), мкм/мм; г. п — число секторов.

Таблица 1 коронка 76 мм с шестью секторами.

Таблица 2

Продолжение табл. 2

* При реализации конструкции коронки размер округляют до целого.

** Отношение взято обратным I

1707 100

lf !J8. /

CGстаа!<,ель Д,Xpщ4иii

Редактор И.Ванюшкина Техред 1Л 1Лорге.наn l oððåêTîð С.Черни

Заказ 240 Гира Ф. Подписное

БНИ1ПИ Государственного комитета по нзобретенилм ii открытилл при Г0<Т СССР

113035, Москла, X-35, Раушскал наб., 4/5

Г1роизлодстаенно-издательски комбинаг "Патент", г. Ужгород, ул Гагарина, 101