Результат интеллектуальной деятельности: АЛМАЗНАЯ БУРОВАЯ КОРОНКА

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 корпус и матрицу, разделенную промывочными пазами на армированные режущими элементами рабочие секторы с переменной длиной (см. авт. св. СССР №1135892, кл. Е21В 10/48, 1978 г.).

Данная коронка только частично устраняет недостатки аналога. Это объясняется значительным уменьшением кернообразующих частей рабочих секторов, некачественной очисткой забоя от шлама и недостаточным охлаждением матрицы промывочной жидкостью.

Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является алмазная буровая коронка, включающая корпус с присоединительной резьбой, матрицу, разделенную промывочными пазами на армированные режущими элементами рабочие секторы с вогнутыми торцами, и размещенные в промывочных пазах пустотелые вставки, открытые со стороны забоя скважины и выполненные в поперечном сечении в форме кольцевых сегментов с выпуклыми торцами, конгруэнтными вогнутым торцам секторов (см. патент РФ №2287657, кл. Е21В 10/48, 2006 г.).

К недостаткам данной коронки следует отнести некачественную очистку забоя от шлама и недостаточное охлаждение матрицы промывочной жидкостью, значительно снижающие как проходку на коронку, так и скорость бурения.

В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы коронки путем увеличения проходки и механической скорости бурения за счет лучшего охлаждения матрицы и более качественной очистки забоя от шлама.

Указанный технический результат решается тем, что в алмазной буровой коронке, включающей корпус, матрицу, разделенную промывочными пазами на армированные режущими элементами рабочие секторы с вогнутыми торцами, и размещенные в промывочных пазах пустотелые вставки, открытые со стороны забоя скважины и выполненные в поперечном сечении в форме кольцевых сегментов с выпуклыми торцами, конгруэнтными вогнутым торцам секторов, согласно изобретению, каждый сектор матрицы выполнен с горизонтальными каналами, сообщенными с полостью пустотелых вставок, причем горизонтальные каналы выполнены конической формы, большее основание которых ориентировано в сторону вращения коронки.

Достижению указанного технического результата способствует также и то, что горизонтальные каналы в каждом секторе матрицы сообщены с полостью корпуса дополнительными каналами.

Изобретение поясняется чертежом, на котором фиг.1 изображает общий вид коронки в продольном разрезе А-А на фиг.2; фиг.2 - вид коронки со стороны рабочего торца.

Предложенная буровая коронка содержит цилиндрический корпус 1 с присоединительной резьбой 2 и матрицу 3, разделенную промывочными пазами 4 на рабочие секторы 5, армированные режущими элементами, преимущественно естественными или искусственными алмазами б. В промывочных пазах 4 размещены и жестко соединены с корпусом 1 пустотелые вставки 7, открытые со стороны забоя скважины. Вставки 7 выполнены в поперечном сечении в форме кольцевых сегментов с выпуклыми торцами 8, конгруэнтными наружным вогнутым торцам пустотелых вставок 7. Каждый сектор 5 матрицы 3 выполнен в верхней части с горизонтальными каналами 9, сообщенными с полостью пустотелых вставок 7, причем горизонтальные каналы 9 выполнены конической формы, большее основание которых ориентировано в сторону вращения коронки. Горизонтальные каналы 9 в каждом секторе 5 матрицы 3 сообщены с полостью корпуса 1 дополнительными каналами 10.

Выполнение рабочих секторов 5 с вогнутыми торцами 8 обеспечивает равноворуженность коронки по всей ширине матрицы 3 за счет увеличения длины как скважино - так кернообразующих участков рабочих секторов 5. В импрегнированных коронках это достигается за счет увеличения объема алмазосодержащей матрицы, а в однослойных коронках - за счет большего насыщения алмазами 6, в первую очередь, вогнутой передней грани 9 рабочих секторов 5.

Использование в качестве промывочных пазов 4 пустотелых вставок 7 с выпуклыми торцами обеспечивает надежную фиксацию как самих пустотелых вставок 7, так и рабочих секторов 5, испытывающих значительные изгибающие усилия. Предложенная форма выполнения пустотелых вставок 7 и рабочих секторов 5 обеспечивает их взаимную блокировку.

Выполнение секторов 5 с горизонтальными каналами 9, сообщенными с полостью пустотелых вставок 7, обеспечивает постоянное охлаждение рабочих секторов 5 по всей их длине, причем в первую очередь, их набегающей грани, которая подвержена наибольшему нагреву. При этом благодаря выполнению горизонтальных каналов 9 конической формы, большее основание которых ориентировано в сторону вращения коронки, на выходе канала создается зона разряжения. Это способствует эффективному перетоку промывочной жидкости под торцом коронки и удалению шлама из под торца секторов 5 коронки и тем самым снижает энергоемкость процесса разрушения породы за счет исключения повторного измельчения шлама. Этому также способствует и то, что горизонтальные каналы 9 в каждом секторе 5 матрицы 3 сообщены с полостью корпуса 1 дополнительными каналами 10.

Принцип работы коронки заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента режущие элементы 6 внедряются в породу и производят ее разрушение. Промывочная жидкость подхватывает разрушенную породу и выносит ее на поверхность. При этом благодаря наличию конических горизонтальных каналов 9, сообщающих полости вставок 7, обеспечивается эффективное охлаждение секторов 5 матрицы 3 по всей их длине. Этот эффект особо усиливается при бурении на высоких оборотах за счет увеличения скорости прохождения жидкости через горизонтальные каналы.

Таким образом, предложенное конструктивное выполнение коронки позволяет повысить технико-экономические показатели работы коронок, а именно проходку и скорость бурения как за счет повышения надежности крепления рабочих секторов и самих пустотелых вставок, улучшения охлаждения режущих элементов и более высокой насыщенности рабочей части сектора режущими элементами.