Результат интеллектуальной деятельности: Буровая коронка

Техническое решение относится к горному делу и строительству, а именно к буровым инструментам для бурения скважин ударно-вращательным способом, и может быть использовано при бурении скважин в крепких горных породах.

Известен горный бур для ударного бурения по патенту US 4,296,825, кл. Е21С 13/01, опубл. 27.10.1981, содержащий центральную вставку и ряд наружных вставок. Горный бур выполнен с центральным и боковыми промывочными каналами. Центральная вставка установлена за пределами действия наружных вставок. В целях увеличения скорости бурения и срока службы горного бура соотношение расстояния Y между центральной вставкой и одной из наружных вставок, диаметром D бура и опережающей высотой X центральной вставки по отношению к наружным вставкам должно быть в определенных пределах.

Признаки аналога, совпадающие с признаками предлагаемого технического решения, следующие: горный бур армирован наружными вставками и выполнен с центральным и боковыми промывочными каналами.

Недостатком аналога является то, что ось центральной вставки совмещена с осью горного бура. Поэтому при бурении скважин центральная вставка вращается постоянно на одном месте забоя. Исследования показали (см. в сб. «Горный породоразрушающий инструмент», Киев, «Технiка», 1969, с. 112), что в зоне контакта породоразрушающей вставки с породой и, главным образом, в ее поверхностном слое происходит очень сильный нагрев до температуры 800-120°С, что при недостаточном охлаждении нарушает надежность крепления центральной вставки, существенно снижает твердость материала этой вставки, что увеличивает ее износ. Такое исполнение горного бура снижает его ресурс и эффективность работы.

Наиболее близкой по технической сущности и совокупности существенных признаков является буровая коронка по патенту РФ №2535314, кл. Е21В 10/38, опубл. в БИ №34, 2014 г., содержащая корпус с центральным и боковыми каналами для прохода промывочного агента к периферийным породоразрушающим вставкам, установленным в корпусе, и центрирующий врубовый зубок, закрепленный в центральном отверстии, выполненном в опережающей части корпуса. В корпусе по образующей цилиндрической поверхности его центрального отверстия выполнены продольные каналы, которыми указанный центральный канал сообщен с поверхностью центральной опережающей части корпуса, образующие в зоне упомянутого центрального отверстия кулачки.

Общими признаками прототипа и предлагаемого технического решения являются: корпус с центральным и боковыми каналами для прохода промывочного агента к периферийным породоразрушающим вставкам, установленным в корпусе, и наличие цилиндрических врубовых зубков, закрепленных в опережающей части корпуса.

Главным недостатком этой буровой коронки является то, что ось центрирующего врубового зубка совмещена с осью корпуса. Поэтому при бурении скважин центрирующий врубовый зубок вращается на одном месте забоя, что мешает прохождению промывочного агента в образованное врубовое углубление, ухудшая его очистку и охлаждение. Кроме того, с целью создания более благоприятных условий для эффективного скалывания породы периферийными породоразрушающими вставками и улучшения условий центрирования буровой коронки в скважине для уменьшения искривления скважины целесообразно существенно увеличивать диаметр врубового углубления за счет увеличения диаметра центрирующего врубового зубка. Но такое исполнение ухудшает очистку и охлаждение врубового углубления увеличенного диаметра, что снижает надежность и эффективность работы буровой коронки.

Проблема - создание буровой коронки с повышенной эффективностью работы за счет возможности увеличения диаметра врубового углубления, улучшения центрирования ее на забое для уменьшения искривления скважины и с повышенной надежностью ее работы за счет улучшения очистки и охлаждения опережающей части корпуса.

Проблема решается тем, что в буровой коронке, содержащей корпус с центральным и боковыми каналами для прохода промывочного агента к периферийным породоразрушающим вставкам, установленным в корпусе, и цилиндрические врубовые зубки, закрепленные в опережающей части корпуса, согласно техническому решению два цилиндрических врубовых зубка установлены симметрично относительно оси корпуса на одной диаметральной прямой, а на второй диаметральной прямой, расположенной перпендикулярно указанной диаметральной прямой, вблизи оси корпуса установлен дополнительно цилиндрический керновый зубок, выступающая часть которого над опережающей частью корпуса по высоте меньше, чем выступающая часть над опережающей частью корпуса по высоте у каждого из указанных цилиндрических врубовых зубков, при этом устье по крайней мере одного бокового канала выполнено с выходом на опережающую часть корпуса в кольцевой зоне перемещения указанных двух цилиндрических врубовых зубков.

Совокупность указанных признаков предлагаемого технического решения позволяет, по сравнению с прототипом, увеличить диаметр врубового углубления, что создает более благоприятные условия для эффективного скалывания породы периферийными породоразрушающими вставками, улучшает условия центрирования буровой коронки на забое для уменьшения искривления скважины за счет образования соосного с корпусом кольцевого врубового углубления на забое скважины и центрального керна, что повышает достоверность геологического исследования при разведочном бурении скважин и уменьшает образование негабаритов горной породы на рудниках при использовании скважин в качестве взрывных. Такое исполнение повышает эффективности работы буровой коронки.

При этом повышается и надежность работы буровой коронки за счет улучшения очистки и охлаждения опережающей части корпуса промывочным агентом, поступающим через устье по крайней мере одного бокового канала, которое имеет выход на опережающую часть корпуса в кольцевую зону перемещения указанных двух цилиндрических врубовых зубков.

Целесообразно образующую цилиндрической поверхности указанного цилиндрического кернового зубка совместить с осью корпуса, что повышает эффективность разрушения центрального керна в крепких горных породах.

Сущность технического решения поясняется примером конструктивного исполнения буровой коронки и чертежами фиг. 1-3, где на фиг. 1 показана буровая коронка, вид на ее переднюю часть, на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1 при бурении забоя скважины с образованием кольцевого врубового углубления и центрального керна, на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1.

Буровая коронка содержит корпус 1 (фиг. 1-3) с центральным каналом 2 и боковыми каналами 3 для прохода промывочного агента к периферийным породоразрушающим вставкам 4, установленным в корпусе 1, и два цилиндрических врубовых зубка 5, закрепленных в опережающей части корпуса 1, которые установлены симметрично относительно оси 6 корпуса 1 на одной диаметральной прямой 7 для образования соосного с корпусом 1 кольцевого врубового углубления 8 на забое скважины и центрального керна 9 (фиг. 2). На второй диаметральной прямой 10, расположенной перпендикулярно диаметральной прямой 7, вблизи оси корпуса 1 установлен дополнительно цилиндрический керновый зубок 11, выступающая часть которого над опережающей частью корпуса 1 по высоте меньше, чем выступающая часть над опережающей частью корпуса 1 по высоте у каждого из цилиндрических врубовых зубков 5 для образования и последующего разрушения центрального керна 9. Установка цилиндрического кернового зубка 11 на второй диаметральной прямой 10 обеспечивает равную удаленность его от цилиндрических врубовых зубков 5, что повышает надежность их работы. При этом устье 12 по крайней мере одного бокового канала 3 имеет выход на опережающую часть корпуса 1 в кольцевой зоне 13 перемещения цилиндрических врубовых зубков 5 (фиг. 1,2), что, по сравнению с прототипом, повышает надежность буровой коронки за счет улучшения очистки и охлаждения опережающей части корпуса 1 промывочным агентом и, как следствие, повышает эффективность ее работы. Целесообразно образующую цилиндрической поверхности цилиндрического кернового зубка 11 совместить с осью 6 корпуса 1, что повышает эффективность разрушения центрального керна 9 в крепких горных породах. Корпус 1 имеет ударный торец 14 (фиг. 3).

Буровая коронка работает в совокупности с погружным пневмоударником. Ударный торец 14 корпуса 1 передает энергию удара от пневмоударника периферийным породоразрушающим вставкам 4, двум цилиндрическим врубовым зубкам 5 и цилиндрическому керновому зубку 11 (фиг. 1, 2). Происходит разрушение забоя скважины. При этом цилиндрические врубовые зубки 5 образуют соосное с корпусом 1 кольцевое врубовое углубление 8 на забое скважины и центральный керн 9. Такое исполнение, в отличие от прототипа, существенно уменьшает площадь забоя для его разрушения периферийными породоразрушающими вставками 4, что создает благоприятные условия для более эффективного скалывания породы, а образование кольцевого врубового углубления 8 и центрального керна 9 создает дополнительную опору двум цилиндрическим врубовым зубкам 5 для уменьшения радиальных колебаний корпуса 1, что снижает искривление скважин и повышает эффективность работы буровой коронки. Цилиндрический керновый зубок 11 разрушает центральный керн 9. Так как устье 12 по крайней мере одного бокового канала 3 имеет выход в кольцевую зону 13 перемещения указанных зубков 5 (фиг. 1, 3), то это улучшает очистку и охлаждение опережающей части корпуса 1 промывочным агентом и, как следствие, повышает надежность и эффективность работы буровой коронки. Для бурения скважин в крепких горных породах образующую цилиндрической поверхности цилиндрического кернового зубка 11 целесообразно совместить с осью 6 корпуса 1, что повысит эффективность разрушения центрального керна 9 и, как следствие, надежность и эффективность работы буровой коронки.