Буровая кольцевая коронка

Изобретение относится к области породоразрушающего инструмента, а именно к буровым коронкам, армированным синтетическими алмазами для бурения скважин с отбором керна. Техническим результатом является повышение эффективности работы коронки за счет увеличения величины проходки коронки и механической скорости бурения. Коронка включает корпус и матрицу, разделенную промывочными пазами на отдельные секторы, оснащенные скважинообразующими, центральными и кернообразующими вставками из сверхтвердого материала и защитными элементами. При этом скважино- и кернообразующие вставки устанавливают с отрицательным углом наклона и с опережением относительно центральных вставок по высоте. Причем износостойкость центральных И_ц, скважинообразующих И_с и кернообразующих И_к вставок связана соотношением И_ц:И_к:И_с=1:(1,10-1,20):(1,25-1,35). Центральные вставки, в зависимости от физико-механических свойств разбуриваемых пород, могут быть установлены как на передней грани сектора, так и со смещением от передней грани, но с опережением относительно скважино- и кернообразующих вставок по направлению вращения. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым коронкам, армированным синтетическими алмазами и предназначенным для разбуривания горных пород, преимущественно, средней твердости.

Известна буровая коронка, включающая корпус и матрицу, разделенную промывочными пазами на отдельные секторы, оснащенные скважинообразующими, центральными и кернообразующими вставками из сверхтвердого материала и защитными элементами, расположенными перед скважино- и кернообразующими вставками (см. авт.св. СССР №625016, кл. Е21В 10/48, 1978 г.).

Недостатком этой коронки является быстрый износ матрицы, что приводит к обнажению алмазных вставок и, как следствие, их сколу и выпадению на забой. Связано это с наличием значительного зазора между защитными элементами и рабочими вставками.

Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является буровая кольцевая коронка, включающая корпус и матрицу, разделенную промывочными пазами на отдельные секторы, оснащенные скважинообразующими, центральными и кернообразующими вставками из сверхтвердого материала и защитными элементами (см. авт.св. СССР №857423, кл. Е21В 10/48, 1981 г.).

Данная коронка только частично устраняет недостатки аналога. Это объясняется большой контактной поверхностью матрицы с забоем скважины из-за использования релита по всей наружной поверхности матрицы. Такое выполнение коронки, повышая износостойкость матрицы, ведет к снижению механической скорости бурения. Другим недостатком прототипа является отсутствие центровки коронки, что ведет к радиальному биению коронки, аномальному износу матрицы и выпадению синтетических алмазных вставок, особенно при высокооборотном бурении, которое является основным и наиболее эффективным способом бурения для алмазного породоразрушающего инструмента.

В связи с изложенным технической задачей изобретения является повышение эффективности работы коронки путем увеличения проходки и механической скорости бурения.

Поставленная техническая задача решается тем, что в буровой кольцевой коронке, включающей корпус и матрицу, разделенную промывочными пазами на отдельные секторы, оснащенные скважинообразующими, центральными и кернообразующими вставками из сверхтвердого материала и защитными элементами, согласно изобретению скважино- и кернообразующие вставки установлены с отрицательным углом наклона и с опережением относительно центральных вставок по высоте, при этом износостойкость центральных И_ц, скважинообразующих И_с и кернообразующих И_к вставок связана соотношением

И_ц:И_к:И_с=1:(1,10-1,20):(1,25-1,35)

Решению поставленной задачи способствует также и то, что

центральные вставки установлены на передней грани каждого сектора;

центральные вставки по направлению вращения коронки смещены относительно скважино- и кернообразующих вставок в сторону задней части сектора.

Изобретение поясняется чертежами, на которых фиг.1 изображает общий вид коронки в продольном разрезе; фиг.2 - вид коронки со стороны рабочего торца; фиг.3 и 4 - виды А и Б на фиг.2.

Предложенная буровая коронка содержит цилиндрический корпус 1 с матрицей 2, разделенную промывочными пазами 3 на отдельные секторы 4. Каждый сектор армирован скважинообразующими 5, центральными 6 и кернообразующими 7 породоразрушаюшими вставками, при этом износостойкость центральных 6, скважинообразующих 5 и кернообразующих 7 вставок соответственно - И_ц, И_с и И_к связана соотношением И_ц:И_к:И_с=1:(1,10-1,20):(1,.25-1,35). При таком соотношении износостойкости вставок 5, 6 и 7 обеспечивается их равностойкость, обеспечиваемая использованием вставок с различными прочностными характеристиками или размерами. Наружная и внутренняя поверхности матрицы дополнительно армированы защитными элементами 8 из твердого сплава, преимущественно, в виде релита. Скважино- и кернообразующие вставки 5 и 7 установлены с отрицательным углом наклона и с опережением относительно центральных вставок 6 по высоте. При такой схеме установки вставок 5, 6 и 7 в центральной части кольцевого забоя образуется кольцевой выступ, который центрирует коронку. Образовавшийся кольцевой выступ затем разрушается центральными вставками 6. Величина опережения скважино- и кернообразующих вставок 5 и 7 над центральными вставками 6 задается в зависимости от физико-механических свойств разбуриваемых пород. Также в зависимости от физико-механических свойств разбуриваемых пород выбираются количество центральных вставок 6 и схема их размещения. При бурении по породам средней твердости количество центральных вставок может быть сокращено по сравнению со скважино- и кернообразующими вставками 5 и 7. В этом случае центральные вставки 6 могут устанавливаться не в каждом секторе 4. При бурении по более твердым породам центральными вставками 6 армируются все секторы 4. Схема размещения центральных вставок 6 также определяется физико-механическими свойствами разбуриваемых пород. В коронках, предназначенных для бурения по породам средней твердости, центральные вставки 6 целесообразно устанавливать со смещением их относительно скважино- и кернообразующих вставок 5 и 7 в сторону, противоположную направлению вращения коронки. В коронках, предназначенных для бурения по более твердым и абразивным породам, центральные вставки 6 целесообразно устанавливать впереди скважино- и кернообразующих вставок 5 и 7. Оптимальным в таких коронках является расположение центральных вставок 6 на передней грани секторов 4. При такой схеме расположения центральных вставок 6 разрушенные кусочки кольцевого целика породы попадают сразу же в промывочные пазы 3 и выносятся в затрубное пространство, благодаря чему снижается износ матрицы 2. Установка скважино- и кернообразующих вставок 5 и 7 с отрицательным углом наклона способствует уменьшению контактной поверхности вставок с забоем скважины и, как следствие, увеличению механической скорости бурения. Одновременно с этим такая схема установки вставок увеличивает их площадь контакта с матрицей 2, что способствует повышению надежности крепления вставок, что имеет особое значение для скважино- и кернообразующих вставок 5 и 7, работающих в наиболее трудных условиях, т.к. они одновременно с разрушением забоя скважины участвуют также и в калибровке стенок скважины и керна.

Принцип работы коронки заключается в следующем.

Под действием осевой нагрузки и крутящего момента породоразрущающие вставки 5, 6 и 7 совместно с защитными элементами 8 производят разрушение породы. При этом благодаря установке скважино- и кернообразующих вставок 5 и 7 с опережением по высоте относительно центральных вставок 6 на забое образуется кольцевой выступ, который центрирует коронку, снижая ее радиальное биение и как следствие этого - аномальный износ матрицы 2. Образующийся на забое кольцевой выступ разрушается центральными вставками 6. Благодаря образованию ступенчатого забоя центральные вставки 6 работают в более облегченных условиях, что позволяет уменьшить их количество. Это, в свою очередь, способствует, с одной стороны, уменьшению контактной поверхности вставок с забоем и, следовательно, увеличению механической скорости бурения, а с другой стороны - уменьшению расхода дорогостоящего материала и, как следствие, снижению стоимости буровых коронок. Одновременно с этим образование ступенчатого забоя способствует и уменьшению энергоемкости разрушения породы, что благоприятно сказывается на проходке коронки. Для обеспечения равностойкости вставок 5, 6 и 7, работающих в разных условиях, эти вставки выбираются с разными прочностными свойствами. Так скважино- и кернообразующие вставки 5 и 7, участвующие одновременно в разрушении забоя и калибровке стенок скважины и керна, выбираются с большей износостойкостью по сравнению с центральными вставками 6.

Такая конструкция коронки в целом позволяет повысить технико-экономические показатели ее работы, а именно проходку и скорость бурения.

1. Буровая кольцевая коронка, включающая корпус и матрицу, разделенную промывочными пазами на отдельные секторы, оснащенные скважинообразующими, центральными и кернообразующими вставками из сверхтвердого материала и защитными элементами, отличающаяся тем, что скважино - и кернообразующие вставки установлены с отрицательным углом наклона и с опережением относительно центральных вставок по высоте, при этом износостойкость центральных И_ц, скважинообразующих И_с и кернообразующих И_к вставок связаны соотношением:

И_ц:И_к:И_с=1:(1,10-1,20):(1,25-1,35).

2. Буровая кольцевая коронка по п.1, отличающаяся тем, что центральные вставки установлены на передней грани каждого сектора.

3. Буровая кольцевая коронка по п.1, отличающаяся тем, что центральные вставки по направлению вращения коронки смещены относительно скважино - и кернообразующих вставок в сторону задней части сектора.