Алмазная буровая коронка
Изобретение относится к области породоразрушающего инструмента, а именно к буровым коронкам с алмазным вооружением для бурения скважин с отбором керна. Обеспечивает повышение эффективности работы коронки, увеличение проходки и механической скорости бурения. Алмазная буровая коронка включает корпус и матрицу, разделенную промывочными пазами на армированные режущими элементами рабочие секторы в радиальном сечении в виде прямоугольника и прямоугольных трапеций, наклонные стороны которых направлены в противоположные стороны. Все рабочие секторы в сечении, перпендикулярном радиусу коронки, выполнены в виде прямоугольной трапеции, наклонная грань которых расположена с набегающей стороны, при этом рабочие секторы с прямоугольным сечением армированы вставками из синтетических сверхтвердых материалов, причем вставки расположены в зоне пересечения наклонной и торцевой поверхностей прямоугольных секторов с окружностью, делящей торец сектора на две равные по толщине части. Сумма меньших оснований прямоугольных трапеций в радиальном направлении может быть не более ширины торца матрицы. Наклонная набегающая грань каждого сектора может быть армирована алмазами меньшей фракции по сравнению с горизонтальным участком торцевой поверхности. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.
Изобретение относится к области породоразрушающего инструмента, а именно к буровым коронкам с алмазным вооружением для бурения скважин с отбором керна.
Известна алмазная буровая коронка, включающая корпус и матрицу, разделенную промывочными пазами на отдельные секторы, армированные алмазами (см. авт. св. СССР №308181, кл. Е21В 10/48, 1970 г.).
Недостатком этой коронки является малая механическая скорость бурения, обусловленная большой площадью поверхности алмазосодержащей матрицы, что приводит к значительному увеличению объема разрушенной породы. Другим недостатком данной коронки является необходимость создания высоких осевых нагрузок на коронку, что ведет к ускоренному износу бурильной колонны и увеличению числа ее обрывов.
Известна также алмазная буровая коронка, включающая кольцевой корпус, матрицу, разделенную промывочными пазами на алмазосодержащие секторы в виде прямоугольных трапеций с острыми углами при большом основании, причем острый угол каждого последующего сектора расположен со стороны, противоположной острому углу прямоугольной трапеции предыдущего сектора (см. авт. св. СССР №719192, кл. Е21В 10/46, 1981 г.)
К недостаткам данной коронки следует отнести увеличение контактной поверхности по мере износа матрицы, что ведет к снижению как механической скорости бурения, так и проходки.
Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является алмазная буровая коронка, включающая корпус и матрицу, разделенную промывочными пазами на армированные режущими элементами рабочие секторы в радиальном сечении в виде прямоугольника и прямоугольных трапеций, наклонные стороны которых направлены в противоположные стороны (см. патент РФ №2230174, кл. Е21В 10/48, 2004 г.).
Данная коронка обеспечивает более равномерное использование вооружения матрицы, что позволяет увеличить проходку на коронку. Однако она не обеспечивает высокой механической скорости бурения, что снижает технико-экономические показатели данной коронки.
В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы коронки путем увеличения проходки и механической скорости бурения за счет обеспечения объемного разрушения породы.
Указанный технический результат достигается тем, что в алмазной буровой коронке, включающей корпус и матрицу, разделенную промывочными пазами на армированные режущими элементами рабочие секторы с поперечным сечением в виде прямоугольника и прямоугольных трапеций, наклонные стороны которых направлены в противоположные стороны, согласно изобретению, все рабочие секторы в сечении, перпендикулярном радиусу коронки, выполнены в виде прямоугольной трапеции, наклонная грань которых расположена с набегающей стороны, при этом рабочие секторы с прямоугольным сечением армированы вставками из синтетических сверхтвердых материалов, причем вставки расположены в зоне пересечения наклонной и торцевой поверхностей прямоугольных секторов с окружностью, делящей торец сектора на две равные по толщине части.
Достижению указанного технического результата способствует также и то, что:
- сумма меньших оснований прямоугольных трапеций в радиальном направлении не более ширины торца матрицы;
- наклонная набегающая грань каждого сектора армирована алмазами меньшей фракции по сравнению с горизонтальным участком торцевой поверхности.
Изобретение поясняется чертежами, на которых фиг.1 изображает общий вид коронки со стороны ее рабочего торца; на фиг.2, 3 и 4 - схема выполнения секторов разного профиля в радиальной плоскости; на фиг.5 - форма рабочего сектора в продольном сечении; на фиг.6 - схема поражения забоя тремя секторами разного профиля.
Предложенная алмазная буровая коронка содержит цилиндрический корпус 1 с присоединительной резьбой (не показана) и матрицу 2, разделенную промывочными пазами 3 на рабочие секторы, армированные режущими элементами, преимущественно естественными или искусственными алмазами. Рабочие секторы выполнены с различным поперечным сечением. Часть секторов выполнена с поперечным сечением в виде прямоугольника 4, а другая часть - в виде прямоугольных трапеций 5 и 6 с острыми углами при большом основании. При этом наклонные стороны трапеций 5 и 6 имеют противоположное направление. У секторов 5 наклонная боковая грань образует острый угол с осью коронки, вершина которого расположена со стороны резьбы коронки, а у секторов 6 - со стороны забоя скважины. Размеры секторов 5 и 6 выбирают таким образом, чтобы сумма меньших оснований прямоугольных трапеций (a1+a2) в радиальном направлении не более ширины - В торца матрицы
Все рабочие секторы 4, 5 и 6 в сечении, перпендикулярном радиусу коронки, выполнены в виде прямоугольной трапеции (см. фиг.5), наклонная грань 7 которых расположена с набегающей стороны. Наклонная набегающая грань 7 каждого сектора армирована алмазами меньшей фракции по сравнению с горизонтальным участком 9 торцевой поверхности коронки. Такая армировка создает зону предварительного разрушения более мелкими алмазами, которая затем успешно разрушается более крупными алмазами, используемыми для армировки горизонтальной части торца 9 каждого сектора 4, 5 и 6, обеспечивая объемное разрушение породы. Этому же способствует и армировка рабочих секторов с прямоугольным сечением 4 вставками 8 в виде штырей из синтетических сверхтвердых материалов. Вставки 8 расположены в зоне пересечения наклонной 7 и торцевой 9 поверхностей прямоугольных секторов 4 с окружностью 10, делящей торец сектора на две равные по толщине части, причем вставки 8 устанавливают заподлицо с горизонтальным участком 9 торца секторов 4.
Принцип работы коронки заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента режущие элементы секторов 4, 5 и 6 внедряются в породу и производят ее разрушение. При этом благодаря предложенной схеме выполнения рабочих секторов 4, 5 и 6 с наклонной набегающей гранью 7, армировке секторов алмазами различных фракций, а также использованию штырей 8 из сверхтвердого материала для вооружения прямоугольных секторов 4 и создания дополнительных плоскостей обнажения, а также схеме их расположения в зоне, предварительно ослабленной действием вооружения наклонных граней 7 секторов, создаются условия для объемного разрушения породы, значительно снижающие энергоемкость процесса бурения. Разрушенная порода выносится на поверхность промывочной жидкостью, подаваемой через промывочные пазы 3.
Предложенное конструктивное выполнение коронки позволяет повысить ее технико-экономические показатели, а именно проходку и скорость бурения за счет снижения энергоемкости процесса разрушения породы.
1. Алмазная буровая коронка, включающая корпус и матрицу, разделенную промывочными пазами на армированные режущими элементами рабочие секторы в радиальном сечении в виде прямоугольника и прямоугольных трапеций, наклонные стороны которых направлены в противоположные стороны, отличающаяся тем, что все рабочие секторы в сечении, перпендикулярном радиусу коронки, выполнены в виде прямоугольной трапеции, наклонная грань которых расположена с набегающей стороны, при этом рабочие секторы с прямоугольным сечением армированы вставками из синтетических сверхтвердых материалов, причем вставки расположены в зоне пересечения наклонной и торцевой поверхностей прямоугольных секторов с окружностью, делящей торец сектора на две равные по толщине части.
2. Буровая коронка по п.1, отличающаяся тем, что сумма меньших оснований прямоугольных трапеций в радиальном направлении не более ширины торца матрицы.
3. Буровая коронка по п.1, отличающаяся тем, что наклонная набегающая грань каждого сектора армирована алмазами меньшей фракции по сравнению с горизонтальным участком торцевой поверхности.
