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 буровая коронка, включающая корпус, алмазосодержащую матрицу, соединенную с корпусом приварочным слоем и разделенную промывочными пазами на отдельные секторы (см. авт. св. СССР №594291, кл. Е21В 10/48, 1975 г.).

Недостатком этой коронки является малая механическая скорость бурения, особенно при бурении по малоабразивным породам вследствие быстрого заполирования алмазов.

Известна также алмазная буровая коронка, включающая корпус с присоединительной резьбой и алмазосодержащую матрицу, разделенную промывочными пазами на секторы и содержащую абразивный материал (см. авт. св. СССР №1402659, кл. Е21В 10/48, 1988 г.).

Данная коронка, благодаря использованию абразивного материала, позволяет избежать заполирования алмазов. Однако она не обеспечивает надежного соединения матрицы с корпусом особенно при значительной высоте матрицы и наличии вибрации бурового инструмента. Все это снижает эффективность работы известной коронки.

Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является алмазная буровая коронка, включающая корпус с присоединительной резьбой и матрицу, разделенную промывочными пазами на секторы и содержащую абразивный материал, размещенный в емкостях, имеющих со стороны резьбы коническую форму, верхняя часть которых снабжена штифтом для жесткого соединения с корпусом; причем емкости расположены внутри матрицы и выполнены с втулкой для выпуска абразивного материала, выходная часть которой в исходном положении перекрыта матричным материалом (см. патент РФ 2468178, кл. Е21В 10/48, 2011 г.).

К недостаткам данной коронки следует отнести сравнительно высокую энергоемкость процесса разрушения породы. Это связано с неравномерным распределением абразивного материала под торцом коронки, приводящим в ряде случаев, особенно при бурении наклонных скважин, к аномальному износу матрицы.

В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы коронки путем снижения энергоемкости процесса разрушения породы.

Указанный технический результат достигается тем, что в алмазной буровой коронке, включающей корпус с присоединительной резьбой и алмазосодержащую матрицу, разделенную промывочными пазами на секторы и содержащую абразивный материал, размещенный в емкостях, имеющих со стороны резьбы коническую форму, верхняя часть которых снабжена штифтом для жесткого соединения с корпусом; причем емкости расположены внутри матрицы и выполнены с втулкой для выпуска абразивного материала, выходная часть которой в исходном положении перекрыта матричным материалом, согласно изобретению рабочий торец секторов выполнен с несколькими соосно расположенными канавками, а емкости для абразивного материала выполнены с несколькими втулками, выходная часть которых расположена на торцах выступов, образованных между соосными канавками.

Достижению поставленного технического результата способствует также и то, что:

- выходные торцы втулок расположены в передней по ходу вращения части торца выступов между соосными канавками;

- выходная часть втулок на разных секторах расположена на разном расстоянии от торца матрицы.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид коронки в продольном разрезе; на фиг.2 - вид со стороны рабочего торца; на фиг.3 - узел 1 на фиг.1 в увеличенном масштабе.

Предложенная буровая коронка содержит корпус 1 с присоединительной резьбой 2 и матрицу 3, разделенную промывочными пазами 4 на рабочие секторы 5 и содержащую абразивный материал 6. Абразивный материал 6, например кварцевый песок, размещен в емкостях 7, расположенных внутри матрицы 3. имеющих со стороны резьбы 2 коническую форму, верхняя часть которых снабжена штифтами 9 для жесткого соединения с корпусом 1. Рабочие торцы секторов 5 выполнены с несколькими соосно расположенными канавками 8, которые могут располагаться как концентрично, так и с эксцентриситетом относительно оси коронки. При этом емкости 7 для абразивного материала 6 выполнены с несколькими втулками 11, число которых соответствует числу кольцевых выступов 10, образованных соосными канавками 8. Выходная часть втулок 11 расположена в передней по ходу вращения рабочей части торца выступов 10, что обеспечивает гарантированную подачу абразивного материала 6 под всю рабочую площадку выступов 10. Выходная часть каждой втулки 11 в исходном положении перекрыта матричным материалом и удалена от плоскости забоя на определенную высоту, величина которой определяется физико-механическими свойствами разбуриваемых пород. Эта высота от h₁ до h₂ уменьшается и увеличивается соответственно по мере уменьшения и увеличения абразивности разбуриваемых пород. Чем менее абразивные породы и быстрее происходит заполирование алмазов, тем меньше должно быть расстояние от торца втулки 11 до торца матрицы 3, и наоборот, чем абразивнее породы, тем выше от торца матрицы 3 располагается торец втулки 11. Кроме того, этим расстоянием можно регулировать количество подаваемого абразивного материала путем смещения торцов втулок 11 от торца выступов 10 на разных секторах 5. При этом наружную поверхность емкости 7 для абразивного материала 6 предпочтительно выполнять биконической формы. Размещение биконической емкости 7 в матрице 3 повышает надежность их сцепления и обеспечивает высокую надежность крепления матрицы 3 с корпусом 1 благодаря созданию замкового соединения между верхним конусом биконической емкости 7 с матрицей 3.

Принцип работы алмазной коронки заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента режущие элементы матрицы 3 внедряются в породу и разрушают ее. Разрушенная порода через пазы 4 удаляется на дневную поверхность. В процессе работы происходит износ матрицы 3 и при износе ее на заданную величину обнажаются выходные торцы втулок 11 и абразивный материал 6 из емкостей 7, равномерно расположенных по всей окружности матрицы 3, начинает поступать под торец коронки, способствуя самозатачиванию режущих элементов матрицы 3 и уменьшению их заполирования. При этом благодаря расположению выходных торцов втулок 11 на разном расстоянии от забоя можно обеспечить дозированную подачу абразивного материала 6 под торец коронки.

Таким образом, предложенная конструкция коронки позволяет повысить эффективность работы коронки путем обеспечения надежного соединения матрицы с корпусом и предохранения режущих элементов матрицы от заполирования в процессе всего времени работы коронки.