Буровая коронка
Изобретение относится к бурению, в частности к породоразрушающему инструменту, предназначенному для бурения преимущественно по твердым породам. Коронка содержит корпус с кольцевой расточкой, телескопически соединенные короночные кольца со шлицами на контактирующих поверхностях и ступенчато расположенными рабочими торцами, армированными породоразрушающими элементами, и узлом фиксации короночных колец от осевого перемещения относительно корпуса. Узел фиксации нижнего короночного кольца выполнен в виде заполненной жидкостью камеры с каналами, перекрытыми в исходном положении клапаном со стержнем. Нижний конец стержня закреплен в теле нижнего короночного кольца и смещен от его рабочего торца в сторону, противоположную от забоя. Противоположный конец стержня установлен с зазором относительно верхней стенки камеры. Кольцевая расточка выполнена в виде кольцевого паза, открытого со стороны забоя скважины. Повышаются технико-экономические показатели коронки. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к коронкам, предназначенным преимущественно для бурения по твердым породам.
Известна буровая коронка, включающая короночное кольцо с пазами на торце, в которых закреплены породоразрушающие вставки, содержащие твердосплавные резцы в виде тонкостенных пластин, закрепленных на передней грани опорной пластины посредством оберточной пластины (см. Корнилов Н.И. и др. Породоразрушающий инструмент для геологоразведочных скважин. М.: Недра, 1979 г., с.168-170).
Недостатком этой коронки является малая область применения, т.к. она эффективно работает только по абразивным породам. При бурении же перемежающихся пород технико-экономические показатели работы резко снижаются. Другим недостатком этой коронки является незначительная проходка из-за малой вооруженности.
Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является буровая коронка, содержащая корпус с кольцевой расточкой на внутренней поверхности, телескопически соединенные короночные кольца со шлицами на контактирующих поверхностях и ступенчато расположенными рабочими торцами, армированными породоразрушающими элементами, и узлом фиксации короночных колец от осевого перемещения относительно корпуса (см. авт. св. СССР №155776, кл. E21B 10/02, 1963 г.).
В данной коронке благодаря использованию двухъярусного вооружения решена проблема увеличения проходки по сравнению с аналогом. К недостаткам ее следует отнести малую эффективность из-за сложности ввода в работу породоразрушающих элементов верхнего яруса после отработки рабочих элементов нижнего яруса буровой коронки. Это связано с неравномерной нагруженностью узла фиксации нижнего яруса, выполненного в виде нескольких срезных элементов. Особенно сильно это сказывается при бурении наклонных скважин и при необходимости искусственного искривления ствола скважины из-за невозможности равномерной и одновременной нагрузки резцов нижнего яруса, а также конструктивными и технологическими причинами. Другим недостатком ее является возможность попадания шлама в полость между торцевыми поверхностями нижнего яруса и нижним торцом кольцевой расточки корпуса. Это может стать причиной не срабатывания узла фиксации нижнего короночного кольца. Еще одним серьезным недостатком известной коронки является высокая вероятность скола породоразрушающих элементов, в качестве которых используются, как правило, мелкие твердосплавные резцы. Это связано с тем, что при срезе стопорных штифтов, соединяющих нижнее короночное кольцо с корпусом, происходит удар, который полностью воспринимается породоразрушающими элементами верхнего короночного кольца. Все эти недостатки известной коронки снижают его технико-экономические показатели работы.
В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение технико-экономических показателей буровых коронок.
Указанный технический результат достигается тем, что в буровой коронке, содержащей корпус с кольцевой расточкой на внутренней поверхности, телескопически соединенные короночные кольца со шлицами на контактирующих поверхностях и ступенчато расположенными рабочими торцами, армированными породоразрушающими элементами, и узлом фиксации короночных колец от осевого перемещения относительно корпуса, согласно изобретению узел фиксации нижнего короночного кольца выполнен в виде заполненной жидкостью камеры с каналами, перекрытыми в исходном положении клапаном со стержнем, нижний конец которого закреплен в теле нижнего короночного кольца и смещен от его рабочего торца в сторону, противоположную от забоя, а противоположный конец стержня установлен с зазором относительно верхней стенки камеры, при этом узел фиксации размещен в кольцевой расточке корпуса с возможностью взаимодействия с верхним торцом нижнего короночного кольца.
Решению поставленной задачи способствует также и то, что кольцевая расточка в корпусе выполнена в виде кольцевого паза, открытого со стороны забоя скважины.
Изобретение поясняется чертежом, на котором фиг.1 изображает общий вид коронки в разрезе в продольном разрезе, на фиг.2 и 3 - соответственно узлы А и Б на фиг.1 в увеличенном масштабе.
Буровая коронка включает корпус 1 с кольцевой расточкой 11, выполненной в виде кольцевого паза, открытого со стороны забоя скважины, телескопически установленные верхнее и нижнее короночные кольца 2 и 3 со шлицами 4 и 5 на контактирующих поверхностях и ступенчато расположенными рабочими торцами, армированными породоразрушающими элементами 6. Короночные кольца 2 и 3 соединены с корпусом 1 узлом фиксации их от осевого перемещения. При этом узел фиксации нижнего короночного кольца 3 выполнен в виде заполненной несжимаемой жидкостью камеры 7 с каналами 8, перекрытыми в исходном положении клапаном 9 со стержнем 10. Нижний конец стержня 10 закреплен в теле нижнего короночного кольца 3 и смещен на заданную величину от его рабочего торца в сторону, противоположную от забоя, а противоположный конец стержня 10 установлен с зазором относительно верхней стенки камеры 7. При этом узел фиксации нижнего короночного кольца 3 размещен в кольцевой расточке 11 корпуса 1 с возможностью взаимодействия с его верхним торцом.
Принцип работы коронки заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента породоразрушающие элементы 6 нижнего короночного кольца 3 внедряются в породу и разрушают ее. Разрушенная порода выносится на поверхность промывочной жидкостью, прокачиваемой через колонну бурильных труб и корпус 1 коронки. При этом осевая нагрузка от бурильной колонны передается через узел фиксации в виде камеры 7, заполненной несжимаемой жидкостью, а крутящий момент передается от корпуса 1 на нижнее короночное кольцо 3 через шлицевое соединение 4-5 между верхним и нижним короночными кольцами 2 и 3. При износе породоразрушающих элементов 6 нижнего короночного кольца 3 на заданную величину нижний торец стержня 10 входит в контакт с забоем и начинает перемещаться вверх. А так как верхний торец стержня 10 установлен с зазором относительно верхней стенки камеры 7, то он беспрепятственно перемещается вверх и клапан 9 открывает канал 8, через который происходит слив жидкости из камеры 7. При этом нижнее короночное кольцо 3 плавно и беспрепятственно смещается относительно короночного кольца 2 вверх и вся осевая нагрузка воспринимается верхним короночным кольцом 2. Возможен вариант выполнения стержня 10 полым или с продольным пазом на боковой поверхности по всей его высоте (не показано). Дальнейшее разрушение породы осуществляется только породоразрушающими элементами 6 верхнего короночного кольца 2. При этом породоразрушающие элементы 6 нижнего короночного кольца 3 не воспринимают осевую нагрузку и участвуют только в калибровке стенок скважины и керна.
Монтаж коронки осуществляется следующим образом. Соединяют камеру 7 с нижним короночным кольцом 3 и устанавливают камеру 7 в кольцевой расточке 11 корпуса 1. После этого нижнее короночное кольцо 3 фиксируют его от осевого перемещения верхним короночным кольцом 2, съемные вставки 12 которого посредством штифтов 13 соединяют с корпусом 1. При этом совмещают шлицы 4 и 5 короночных колец 2 и 3 для передачи крутящего момента от верхнего короночного кольца 2 к нижнему короночному кольцу 3. Затем через обратный клапан (не показан) заполняют камеру 7 несжимаемой жидкостью, коронку соединяют с бурильной колонной и спускают на забой.
Применение предложенной коронки позволяет значительно повысить надежность ввода в работу верхнего короночного кольца без повреждения его породоразрушающих элементов 6 при бурении не только вертикальных, но и наклонных скважин и тем самым повысить производительность буровой коронки и снизить стоимость буровых работ.
1. Буровая коронка, содержащая корпус с кольцевой расточкой, телескопически соединенные короночные кольца со шлицами на контактирующих поверхностях и ступенчато расположенными рабочими торцами, армированными породоразрушающими элементами, и узлом фиксации короночных колец от осевого перемещения относительно корпуса, отличающаяся тем, что узел фиксации нижнего короночного кольца выполнен в виде заполненной жидкостью камеры с каналами, перекрытыми в исходном положении клапаном со стержнем, нижний торец которого закреплен в теле нижнего короночного кольца и смещен от его рабочего торца в сторону, противоположную от забоя, а противоположный конец стержня установлен с зазором относительно верхней стенки камеры, при этом узел фиксации размещен в кольцевой расточке корпуса с возможностью взаимодействия с верхним торцом нижнего короночного кольца.
2. Буровая коронка по п.1, отличающаяся тем, что кольцевая расточка в корпусе выполнена в виде кольцевого паза, открытого со стороны забоя скважины.
