Алмазная буровая коронка
Владельцы патента RU 2745546:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" (RU)
Изобретение относится к области создания бурового породоразрушающего инструмента для вращательного бурения скважин с отбором керна. Алмазная буровая коронка содержит корпус с матрицей, разделенной на алмазосодержащие секторы промывочными торцевыми каналами. При этом торцевые каналы выполнены с чередованием взаимосвязи с вертикальными наружными и внутренними боковыми каналами и только с вертикальными внутренними боковыми каналами, при этом глубина вертикальных внутренних боковых каналов составляет 2/3-1/2 глубины вертикальных наружных боковых каналов. Изобретение направлено на повышение ресурса бурового породоразрушающего инструмента при вращательном бурении с отбором керна. 3 ил.
Изобретение относится к области создания бурового породоразрушающего инструмента для вращательного бурения скважин с отбором керна.
Известна алмазная буровая коронка, включающая корпус и матрицу, разделенную промывочными пазами на армированные алмазными элементами рабочие секторы с поперечным сечением в виде прямоугольника и прямоугольных трапеций, наклонные грани которых направлены в противоположные стороны [RU №2430233 от 20.04.2010, опубл. 27.09.2011].
Известна импрегнированная алмазная буровая коронка, содержащая кольцевой корпус и алмазоносный рабочий слой, разделенный промывочными пазами на сектора W-образного профиля [В.В. Нескоромных Разрушение горных пород при проведении геологоразведочных работ. Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2015 г. стр. 354, рис. 7. 2].
Недостатком аналогов является низкий ресурс породоразрушающего инструмента из-за слабого охлаждения центральной части алмазосодержащего сектора.
Наиболее близким техническим решением является конструкция алмазной однослойной коронки, в состав которой входит корпус с матрицей, разделенной промывочными каналами на секторы, и объемные алмазы, размещенные в каждом секторе одним слоем радиальными рядами [UA №108942 от 25.06.2015, опубл. 25.06.2015].
В данном техническом решении происходит преждевременное снижение ресурса коронки за счет недостаточного охлаждения и очистки алмазосодержащего сектора.
Предлагаемое изобретение направлено на повышение ресурса породоразрушающего инструмента.
Указанный технический результат достигается тем, что алмазная буровая коронка содержащая корпус с матрицей, разделенной на алмазосодержащие секторы промывочными торцевыми каналами, которые выполнены с чередованием взаимосвязи с вертикальными наружными и внутренними боковыми каналами и только с вертикальными внутренними боковыми каналами, при этом глубина вертикальных внутренних боковых каналов составляет 2/3-1/2 глубины вертикальных наружных боковых каналов.
Совокупность признаков заявляемого изобретения, не обнаружены в известных технических решениях, что предполагает соответствие заявляемой алмазной буровой коронки критерию новизны.
Соответствие изобретательскому уровню подтверждается тем, что при подаче промывочной жидкости через внутренние боковые каналы, за счет торцевых каналов, выполненных с чередованием взаимосвязи с вертикальными наружными и внутренними боковыми каналами и только с вертикальными внутренними боковыми каналами приводит к созданию гидроподпора и росту давления под торцом коронки, что будет способствовать активному проникновению жидкости под торец сектора. А глубина вертикальных внутренних боковых каналов, которая составляет 2/3-1/2 глубины вертикальных наружных боковых каналов, позволит реализовать равномерное распределение жидкости под торцом коронки.
Уменьшение глубины вертикальных наружных боковых каналов приводит к гидравлическому сопротивлению, а увеличение - к падению давления.
В результате повышается ресурс породоразрушающего инструмента при вращательном бурении за счет достаточной, равномерной очистки и охлаждения алмазосодержащей рабочей части матрицы.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 показан общий вид заявляемой алмазной буровой коронки;
на фиг. 2 показан вид с торца заявляемой алмазной буровой коронки;
на фиг. 3 дана схема течения жидкости при реализации заявляемой конструкции алмазной буровой коронки.
Где: 1 - корпус; 2 - алмазосодержащий сектор; 3 - вертикальный внутренний боковой канал; 4 - вертикальный наружный боковой канал; 5 - торцевой канал.
Между алмазосодержащими секторами 2 расположены торцевые каналы 5. Глубина вертикальных внутренних боковых каналов 3 составляет 2/3-1/2 глубины вертикальных наружных боковых каналов 4. Таким образом, промывочная система коронки состоит из чередования торцевых каналов 5, взаимосвязанных с вертикальными наружными 4 и внутренними 3 боковыми каналами (тип А, фиг. 2) и торцевых каналов 5, взаимосвязанных только с вертикальными внутренними боковыми каналами 3 (тип В, фиг. 2).
Вертикальные боковые каналы 3 и 4 соединяют внутреннюю часть коронки с наружной ее частью. При подаче промывочной жидкости по вертикальным внутренним боковым каналам 3, жидкость попадает под торец коронки, а оттуда выходит вместе со шламом через вертикальные наружные боковые каналы 4. При попадании промывочной жидкости в вертикальные внутренние боковые каналы 3, общий поток промывочной жидкости равномерно распределяется в пределах внутренней окружности коронки и за счет давления поступающей жидкости проникает в торцевые каналы 5.
В торцевых каналах 5, взаимосвязанных только с вертикальными внутренними боковыми каналами 3, жидкость, не имея прямого выхода наружу, но подверженная давлению, распределяется под смежными секторами 2, а оттуда устремляется в ближайший торцевой канал 5, взаимосвязанный с вертикальным наружным боковым каналом 4. В торцевых каналах 5, взаимосвязанных с вертикальными наружным 4 и внутренним 3 боковыми каналами, жидкость, выходящая из-под смежных секторов 2, смешивается со скоростным потоком, поступившим из вертикального внутреннего бокового канала 3, и выносится, захваченная этим потоком, в вертикальный наружный боковой канал 4 (см. фиг. 3), при выходе жидкости из-под сектора 2 в торцевой канал 5, взаимосвязанный с вертикальным наружным 4 и внутренним 3 боковыми каналами (вид А, фиг. 2), происходит разряжение жидкости. К тому же, за счет того, что торцевой канал 5 (вид А, фиг. 2) одновременно взаимосвязан и с вертикальным наружным 4 и с внутренним 3 боковыми каналами, в нем осуществляется беспрепятственное течение жидкости с внутренней в наружную часть коронки, что приводит к формированию высокоскоростного напора, увлекающего за собой жидкость, выходящую из-под смежного сектора 2.
Таким образом, предложенная конструкция промывочной системы алмазной буровой коронки реализует эффект эжекции, направляя жидкость из одного торцевого канала 5 в другой, торцевой канал 5 между забоем и сектором 2, что способствует активному проникновению жидкости под торец сектора. В результате увеличивается объем и скорость потока жидкости, проходящей под наиболее нагретой и загрязненной алмазосодержащей частью секторов 2 коронки, что увеличивает ресурс инструмента за счет улучшенной очистки и охлаждения алмазосодержащих секторов.
На фиг. 3 цветом указана скорость течения жидкости. В торцевых каналах 5, взаимосвязанных с вертикальными наружным 4 и внутренним 3 боковыми каналами, скорость течения жидкости выше (красный, желтый цвета линий тока), чем в торцевых каналах 5, взаимосвязанных только с вертикальными внутренним 3 боковым каналом (синий).
Предлагаемая конструкция промывочной системы может быть реализована в алмазных однослойных коронках, в импрегнированных коронках с W-образным профилем торца сектора и другом породоразрушающем инструменте, имеющем связь между промывочными торцевыми каналами за счет зазора под сектором.
Алмазная буровая коронка содержит корпус с матрицей, разделенной на алмазосодержащие секторы промывочными торцевыми каналами, отличающаяся тем, что торцевые каналы выполнены с чередованием взаимосвязи с вертикальными наружными и внутренними боковыми каналами и только с вертикальными внутренними боковыми каналами, при этом глубина вертикальных внутренних боковых каналов составляет 2/3-1/2 глубины вертикальных наружных боковых каналов.
