Результат интеллектуальной деятельности: БУРОВАЯ КОРОНКА

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к коронкам, предназначенным преимущественно для бурения скважин большого диаметра с отбором керна.

Известна буровая коронка, включающая короночное кольцо с промывочными пазами на торце, армированном породоразрушающими твердосплавными вставками (см. авт. св. СССР №157945, кл. Е21В 10/02, 1962 г.).

Недостатком этой коронки является узкая область применения, т.к. она эффективно работает только с использование гидро- и пневмоударников. Другим недостатком коронки является несовершенство системы очистки забоя от шлама.

Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является буровая коронка, содержащая переходник, соединенный с тремя концентрично установленными трубчатыми элементами, центральный из которых армирован породоразрушающими элементами (см. авт. св. СССР №2269634, кл. Е21В 10/02, 2006 г.).

В данной коронке благодаря использованию составного корпуса, образованного переходником и тремя трубчатыми элементами, успешно решен вопрос очистки забоя от шлама. К недостаткам ее следует отнести ограниченную область применения, а именно бурение по сильно трещиноватым породам. Применение ее для разбуривания монолитных пород малоэффективно.

В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы коронки при бурении по монолитным породам и расширение области ее применения.

Указанный технический результат достигается тем, что в буровой коронке, содержащей переходник, соединенный с тремя концентрично установленными трубчатыми элементами, центральный из которых армирован породоразрушающими элементами, согласно изобретению центральный трубчатый элемент установлен с возможностью осевого перемещения, выполнен с радиальными продольными пазами, в которых размещены стопорные штифты, фиксирующие его относительно наружных и внутренних трубчатых элементов, которые оснащены породоразрушающими элементами, причем породоразрушающие элементы всех трубчатых элементов установлены под разными углами к вертикальной плоскости.

Достижению указанного технического результата способствует также и то, что:

- породоразрушающие элементы на среднем трубчатом элементе установлены с опережением относительно породоразрушающих элементов других трубчатых элементов;

- переходник со стороны нижнего торца выполнен с кольцевым пазом для размещения центрального трубчатого элемента, между верхним торцом которого и дном кольцевого паза переходника размещена пружина сжатия.

Изобретение поясняется чертежами, на которых фиг.1 изображает общий вид коронки в продольном разрезе, на фиг.2 и 3 - схема расположения резцов на торце трубчатых элементов в зависимости от физико-механических свойств разбуриваемых пород.

Буровая коронка включает переходник 1 с присоединительной резьбой 9, соединенный с тремя концентрично установленными трубчатыми элементами 2, 3 и 4, рабочие торцевые поверхности которых армированы породоразрушающими элементами 5. В зависимости от диаметра скважин могут быть использованы два центральных трубчатых элемента. Породоразрушающие элементы 5 установлены под разными углами к вертикальной плоскости, причем угол наклона их зависит от физико-механических свойств разбуриваемых пород. Так, при бурении по породам средней твердости и выше породоразрушающие элементы 5 на средних трубчатых элементах 3 устанавливают под углом α₂, близким к вертикали, а скважино- и кернообразующие элементы 5 устанавливают с отрицательным углом резания (см. фиг.2). При этом угол отклонения от вертикальной плоскости α₁ у скважинообразующих породоразрушающих элементов 5 больше, чем у α₃ кернообразующих элементов 5. При бурении же по более мягким породам угол отклонения породоразрушающих элементов 5 от вертикальной плоскости больше у центральных α₂, а наименьший угол отклонения α₁ - у скважинообразующих породоразрушающих элементов 5 (см. фиг.3). При этом во всех случаях центральные породоразрушающие элементы 5 установлены с опережением по высоте относительно скважино - и кернообразующих породоразрушающих элементов 5. Величина опережения центральных породоразрушающих элементов 5, как и угол их наклона, также определяется физико-механическими свойствами разбуриваемых пород, чем тверже разбуриваемые породы, тем меньше величина опережения, и наоборот. Тип породоразрушающих элементов 5 также определяется физико-механическими свойствами разбуриваемых пород. При бурении по более твердым породам могут использоваться вставки с синтетическими алмазами, а при бурении по более мягким породам - твердосплавные резцы. Для снижения энергоемкости процесса разрушения породы центральные породоразрушающие элементы 5 установлены с возможностью осевого перемещения. С этой целью средний трубчатый элемент 3 подпружинен пружиной сжатия 6 в осевом направлении и выполнен с продольными пазами 7, в которых размещены стопорные штифты 8, фиксирующие его относительно наружного и внутреннего трубчатых элементов 2 и 4 и предохраняющие его от выпадения. Переходник 1 со стороны нижнего торца выполнен с кольцевым пазом 10 для размещения центрального трубчатого элемента 3, между верхним торцом которого и дном кольцевого паза 10 переходника 1 размещена пружина сжатия 6.

Принцип работы коронки заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента центральные породоразрушающие элементы 5 внедряются в породу, образуя опережающий забой. Затем в работу вступают скважино- и кернообразующие породоразрушающие элементы 5, которые разрушают забой при наличии дополнительной плоскости обнажения, образованной центральными породоразрушающими элементами 5. Это значительно облегчает работу скважино- и кернообразующих породоразрушающих элементов 5, работающих в более тяжелых условиях по сравнению с центральными, т.к. испытывают дополнительную нагрузку со стороны соответственно стенок скважины и керна. Разрушенная порода выносится на поверхность промывочной жидкостью, прокачиваемой через колонну бурильных труб и переходник 1 коронки. В процессе бурения осевую нагрузку на скважино- и кернообразующие породоразрушающие элементы 5 передают через наружный и внутренний трубчатый элементы 2 и 4, а на центральные породоразрушающие элементы 5 - через пружину 6. Это позволяет автоматически регулировать величину выступания центральных породоразрушающих элементов 5 над скважино- и кернообразующими породоразрушающими элементами 5 в зависимости от физико-механических свойств разбуриваемых пород и тем самым расширить эффективную область применения коронки.

Такое выполнение коронки обеспечивает минимизацию энергоемкости процесса разрушения породы, а следовательно, и более высокие механическую скорость бурения и проходку. Это позволяет повысить производительность буровых работ, а следовательно, и их эффективность работы, и тем самым снизить себестоимость метра бурения.