Буровая 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 путем увеличения величины ее проходки. 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 отставанием относительно центральных вставок по высоте. Причем диаметр центральных, скважинообразующих и кернообразующих вставок соответственно d_ц, d_c и d_к связаны соотношением: d_ц=(1,15-1,25)d_к, при этом d_с=d_к. При этом центральные вставки, в зависимости от физико-механических свойств разбуриваемых пород, могут быть установлены вертикально, горизонтально и под отрицательным углом наклона и с радиальным смещением в сторону скважинообразующих вставок. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым коронкам, армированным синтетическими алмазами и предназначенными преимущественно для разрушения твердых пород.

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 этого - к 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 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.).

Основным недостатком данной коронки является неравномерный износ вооружения, а именно выход скважино- и кернообразующих вставок при еще работоспособном состоянии центральных вставок. Это объясняется нерациональной схемой размещения вставок на торце коронки. Другим недостатком прототипа является отсутствие центровки коронки, что ведет к радиальному биению матрицы, аномальному ее износу и выпадению синтетических алмазных вставок, особенно при высокооборотном бурении, которое является основным показателем режима бурения для алмазного породоразрушающего инструмента, определяющим эффективность его работы. Так, общепризнано, что скорость бурения алмазным породоразрушающим инструментом прямо пропорциональна частоте вращения бурового вала.

В связи с изложенным технической задачей изобретения является повышение эффективности работы коронки путем увеличения ее проходки.

Поставленная техническая задача решается тем, что в буровой 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 центральные вставки установлены с опережением относительно скважино- и кернообразующих вставок по высоте и по направлению вращения, при этом скважино- и кернообразующие вставки, соответственно d_c и d_к, установлены с отрицательным углом наклона и имеют одинаковый диаметр, который связан с диаметром центральных вставок d_ц соотношением: d_ц=(1,15-1,25)d_к.

Решению поставленной задачи способствует также и то, что:

- центральные вставки размещены на передней грани каждого сектора;

- центральные вставки установлены с отрицательным углом наклона от 0 до 90°;

- центральные вставки коронки смещены в радиальном направлении в сторону скважинообразующих вставок.

Изобретение поясняется чертежами, на которых фиг.1 изображает общий вид коронки в продольном разрезе; фиг.2 - вид коронки со стороны рабочего торца; фиг.3, 4 и 5 вид - А, С и В на фиг.2 и фиг.6 - другой вариант размещения вставок.

Предложенная буровая коронка содержит цилиндрический корпус 1 с матрицей 2, разделенную промывочными пазами 3 на отдельные секторы 4. Каждый сектор 4 армирован скважинообразующими 5, центральными 6 и кернообразующими 7 породоразрушаюшими вставками, при этом диаметры центральных, скважинообразующих и кернообразующих вставок, соответственно d_ц, d_c и d_к, связаны соотношением: d_ц=(1,15-1,25)d_к или d_с, т.к. диаметры скважино- и кернообразующих вставок 5 и 7 одинаковы. 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 от 0 до 90° и с отставанием относительно центральных вставок 6 по высоте. При такой схеме установки вставок 5, 6 и 7 в центральной части кольцевого забоя образуется кольцевой паз, который центрирует коронку и образует дополнительную плоскость обнажения, при этом центральные вставки 6 испытывают значительные нагрузки и для их усиления используются вставки большего диаметра. Наличие дополнительной плоскости обнажения, образованной центральными вставками 6, способствует снижению энергоемкости процесса разрушения породы и благоприятно сказывается на увеличении как скорости бурения, так и проходки на коронку. Кроме того, смещение скважино- и кернообразующих вставок 5 и 7 относительно центральных вставок 6 по ходу вращения коронки способствует снятию с них динамических нагрузок и повышению их работоспособности. Одновременно с этим расположение вставок 5 и 7 с отрицательным углом наклона повышает и надежность их крепления в матрице 2 благодаря увеличению площади обхвата матричным материалом и способствует более эффективному разрушению благодаря образованию заднего угла резания. Кроме того, при таком расположении вставок 5 и 7 разрушение породы осуществляется боковой поверхностью вставок, которая для стержней из искусственных алмазов является более прочной по сравнению со средней частью. Это также способствует повышению проходки на коронку. Угол наклона вставок 5 и 7 выбирается в зависимости от физико-механических свойств горных пород. При этом для обеспечения равностойкости вставок 5 и 7 величина угла наклона скважинообразующих вставок 5, как наиболее нагруженных, должна быть несколько больше, чем у кернообразующих вставок 7. Другим вариантом выравнивания ресурсов работы вставок 5 и 7 является смещение центральных вставок 6 в радиальном направлении в сторону скважинообразующих вставок 5 при одновременном обеспечении полного перекрытия забоя скважины вставками 5, 6 и 7 (фиг.6). Центральные вставки 6 могут располагаться с отрицательным углом наклона (фиг.3) - преимущественно при бурении по абразивным породам, горизонтально (фиг.4) - при бурении по малоабразивным породам и вертикально (фиг.5) - при бурении по хрупким породам. Схема расположения центральных вставок 6 относительно скважино- и кернообразующих вставок 5 и 7 также определяется физико-механическими свойствами горных пород. В коронках, предназначенных для разбуривания абразивных пород, центральные вставки 6 располагаются на определенном удалении от промывочного паза 3, что предохраняет их от преждевременного выпадения из-за аномального износа матрицы. В коронках, предназначенных для разбуривания твердых трещиноватых пород, центральные вставки 6 располагаются на передней грани промывочного паза 3. Это обеспечивает лучшее охлаждение вставок и отвод сколотых частиц породы непосредственно в промывочный паз 3 с дальнейшим удалением этих частиц в затрубное пространство, минуя торец матрицы 2.

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 и калибровку стенок скважины и керна. При этом благодаря установке центральных вставок 6 с опережением относительно скважино- и кернообразующих вставок 5 и 7 по высоте на забое образуется кольцевой паз, который центрирует коронку, снижая ее радиальное биение. Благодаря образованию ступенчатого забоя скважино- и кернообразующие вставки 5 и 7 работают в более облегченных условиях, что увеличивает ресурс их работы. Этому способствует и снятие с них динамических нагрузок благодаря смещению их относительно центральных вставок 6 в сторону, противоположную направлению вращения коронки. Одновременно с этим образование ступенчатого забоя способствует и уменьшению энергоемкости разрушения породы, что благоприятно сказывается на проходке коронки.

В целом это позволяет повысить технико-экономические показатели работы коронок, а именно ресурс их работы, и тем самым снизить стоимость буровых работ.

1. Буровая 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 центральные вставки установлены с опережением относительно скважино- и кернообразующих вставок по высоте и по направлению вращения, при этом скважино- и кернообразующие вставки, соответственно d_c и d_к, установлены с отрицательным углом наклона и имеют одинаковый диаметр, который связан с диаметром центральных вставок d_ц соотношением: d_ц=(1,15-1,25)d_к.

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

3. Буровая коронка по п.1, отличающаяся тем, что центральные вставки установлены с отрицательным углом наклона от 0 до 90°.

4. Буровая коронка по п.1, отличающаяся тем, что центральные вставки коронки смещены в радиальном направлении в сторону скважинообразующих вставок.