Буровая коронка

Изобретение относится к области создания бурового породоразрушающего инструмента для вращательного бурения скважин.

Известно буровое долото типа PDC (polycrystalline diamond cutters), состоящее из корпуса, лопастей с размещенными в них фиксированными резцами PDC [RU №2530960 от 21.09.2012, опубл. 20.10.2014].

Известно буровое долото, состоящее из корпуса с резьбой, предназначенной для соединения с колонной бурильных труб и съемной головки, оснащенной круглыми резцами [US №20180320449 от 30.04.2018, опубл. 8.11.2018].

Недостатком аналогов является преждевременный выход породоразрушающего инструмента из строя из-за одностороннего износа и сколов режущей кромки круглых резов, выступающих из рабочей части лишь одной стороной режущей кромки.

Наиболее близким техническим решением является конструкция бурового долота компании Smith Bits типа PDC, состоящего из корпуса, лопастей с размещенными в них фиксированными резцами и вращающимися резцами типа ONYX 360 и ONYX II, которые установлены с возможностью вращения в процессе бурения на 360° в наиболее нагруженных частях торца долота, на периферии [В.В. Нескоромных. Разрушение горных пород при проведении геологоразведочных работ.М.: Инфра-М, 2016 г. стр. 214, рис. 5.25].

Недостатком данного технического решения является невозможность установки вращающихся резцов ближе к центру торца долота, где сконцентрированы высокие силы сопротивления со стороны забоя, что сокращает его ресурс за счет аномального износа фиксированных резцов.

Предлагаемое изобретение направлено на повышение ресурса бурового породоразрушающего инструмента при вращательном бурении за счет равномерного износа режущей кромки резцов PDC вследствие возможности вращения резцов вокруг своей.

Указанный технический результат достигается тем, что все: и внутренние кернообразующие, и внешние скважинообразующие резцы типа PDC размещаются с возможностью вращения вокруг своей оси на двух осях, каждая из которых имеет форму кольца и установлена по наружному и внутреннему радиусам торцевой части матрицы коронки.

Буровая коронка, включающая корпус с матрицей и породоразрушающие круглые резцы типа PDC, установленные в матрице с возможностью вращения вокруг своей оси, согласно изобретению, резцы разделены на внутренние кернообразующие и внешние скважинообразующие, причем каждая группа резцов установлена на закрепленных в матрице осях с возможностью вращения в противоположные друг относительно друга стороны. Оси вращения резцов, соединены между собой элементами, а расстояние от центра каждой оси до близлежащей кромки матрицы составляет

где: Н - толщина матрицы коронки.

Нижний слой буровой коронки оснащен упруготвердым материалом.

Совокупность признаков заявляемого изобретения, а именно наличие двух групп резцов: внутренних кернообразующих и внешних скважинообразующих, каждая из которых установлена на закрепленных в матрице осях в форме кольца с возможностью вращения в противоположные друг относительно друга стороны не обнаружены в известных технических решениях, что предполагает соответствие заявляемой буровой коронки критерию новизны.

Соответствие изобретательскому уровню подтверждается тем, что в процессе бурения скважинообразующие и кернообразующие резцы, за счет крутящих нагрузок, прикладываемых к коронке, осуществляют вращение вокруг оси коронки и одновременно, в результате продольного перемещения коронки при углублении забоя скважины, а также за счет сил трения и прижатия скважинообразующих резцов к стенкам скважины, а кернообразующих резцов к керну, вращение вокруг своей оси, что приводит к возможности воздействия на породу последовательно всей периферией режущей кромки резцов.

В результате повышается ресурс бурового породоразрушающего инструмента при вращательном бурении за счет равномерного износа режущей кромки резцов PDC.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 показан продольный разрез заявляемой буровой коронки;

на фиг. 2 показан вид с торца заявляемой буровой коронки;

на фиг. 3 дана схема реализации крепления вращающихся круглых резцов типа PDC в матрице буровой коронки.

На фиг. 1, 2 и 3 обозначено:

1 - наружные скважинообразующие резцы; 2 - внутренние кернообразующие резцы; 3 - матрица коронки; 4 - ось вращения наружных скважинообразующих резцов; 5 - ось вращения внутренних кернообразующий резцов; 6 - элементы каркаса осей вращения резцов; 7 -центрирующие резцы втулки; 8 - упруготвердый материал (металлокерамика, резина).

Предлагаемая буровая коронка для вращательного бурения включает корпус с матрицей 3. В матрице 3 располагаются, соединенные между собой элементами каркаса 6, две оси вращения (4 и 5) так, чтобы расстояние от центра оси до близлежащей кромки матрицы составляло где Н - толщина матрицы коронки, что способствует равномерному распределению резцов по рабочей поверхности матрицы 3 и позволяет надежно фиксировать оси вращения (4 и 5) без возможность выпадения из матрицы 3. Расстояние до близлежащей кромки матрицы менее приводит к ненадежной фиксации осей матрицы и смещению резцов относительно центра матрицы, а увеличение приводит к концентрации нагрузки в средней части матрицы.

Поперечный диаметр осей определяется нагрузками, возникающими в процессе работы коронки. Оси имеют форму кольца и спекаются вместе с матрицей, что дает преимущество равномерного распределения воспринимаемых в процессе бурения нагрузок от осей на матрицу. На осях закреплены с возможностью вращения вокруг своей оси круглые резцы типа PDC. На оси вращения 4 размещены скважинообразующие наружные резцы 1, на оси 5 - кернообразующие внутренние резцы 2. Наружные и внутренние резцы центрированы втулками 7 и смещены относительно друг друга так, чтобы перекрывалась вся рабочая площадь матрицы. Нижний слой коронки оснащен упруготвердым материалом 8.

В процессе бурения резцы, находящиеся на внутренней 5 и внешней 4 осях вращения и центрированные втулками 7, за счет крутящих нагрузок, прикладываемых к коронке с матрицей 3, осуществляют вращение вокруг оси коронки. Оси вращения резцов имеют форму кольца и соединены между собой элементами каркаса 6. Скважинообразующие резцы 1 обеспечивают заданный диаметр скважины. Кернообразующие резцы 2 обеспечивают получение керна. С целью предохранения втулок 7 от износа шламом, образовавшегося в процессе бурения, нижний слой коронки оснащен упруготвердым материалом 8. В результате углубления забоя скважины и, как следствие, продольного перемещения коронки, за счет сил трения и прижатия скважинообразующих резцов 1 к стенкам скважины, а кернообразующих резцов 2 к керну, под действием крутящего момента происходит вращение всех резцов вокруг своей оси. За счет равномерного расположения каждой группы резцов на отдельных осях, расположенных по внешнему и внутреннему радиусу коронки, обеспечивается эффективное использование всей поверхности резцов и не создается препятствия их вращению в противоположные друг относительно друга стороны.

Осуществляя вращение вокруг своей оси, резцы имеют возможность контактировать с породой всей режущей кромкой, таким образом реализуется равномерное изнашивание резца по всей режущей грани, а не только одной ее части, что повышает ресурс коронки при применении ее во вращательном бурении скважин.