Алмазная буровая коронка

Изобретение относится к буровой технике и предназначено для использования в качестве алмазных коронок и долот, армированных синтетическими или природными алмазами, для бурения скважин. Позволяет повысить эксплуатационную стойкость алмазной коронки и механическую скорость бурения. Коронка включает корпус и алмазосодержащую матрицу. Рабочий сектор коронки по ходу вращения делится на набегающую и сбегающие части в пропорции (1,4-1,6):(0,6-0,4), которые армированы алмазами различного размера. Набегающая часть сектора армирована алмазами меньшего размера, а сбегающая часть армирована алмазами большего размера. Прочности на сжатие алмазов набегающей и сбегающей частей сектора связаны соотношением: P₁=K·P₂, где P₁ - прочность на сжатие алмазов набегающей части сектора коронки; Р₂ - прочность на сжатие алмазов сбегающей части сектора коронки; К - коэффициент, зависящий от физико-механических свойств буримых горных пород (К=1,1-1,6). 2 ил.

 

Изобретение относится к буровой технике и предназначено для использования в качестве алмазных коронок и долот, армированных синтетическими или природными алмазами, для бурения скважин.

Известна алмазная буровая коронка, содержащая корпус и разделенную промывочными каналами на рабочие сектора алмазосодержащую матрицу с равномерным распределением алмазов одинаковой прочности в секторе (см. США патент 3112803, 175-329, приоритет 02.01.1962 г.). Недостатком этой буровой коронки является сложная технология изготовления и то, что при бурении происходят зашлифование и повышенный износ коронки. Это приводит к снижению механической скорости бурения коронкой и преждевременному снятию ее с эксплуатации,

Наиболее близким аналогом к заявленному техническому решению является описанная в свидетельстве на полезную модель РФ № 20121, М.кл. 7 Е 21 В 10/46, 2001 г. - алмазная буровая коронка, включающая корпус и разделенную промывочными каналами на рабочие секторы алмазосодержащую матрицу, рабочий сектор которой по ходу вращения делится по длине окружности среднего радиуса на набегающую и сбегающую части с разной концентрацией алмазов в них, в которой в известной мере устранены указанные выше недостатки.

Основными недостатками этой конструкции коронки являются повышенный износ набегающей части сектора и невысокая механическая скорость бурения.

Предлагаемое техническое решение направлено на повышение эксплуатационной стойкости алмазной коронки и механической скорости бурения ею за счет более рационального размещения в рабочем секторе коронки алмазов по их размерам и прочности и связанного с этим повышения эффективности разрушения породы и выноса разрушенной породы (шлама) с забоя.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в алмазной буровой коронке, включающей корпус и алмазосодержащую матрицу, разделенную промывочными каналами на рабочие сектора с набегающей и сбегающей частями, рабочий сектор по ходу вращения делится на набегающую и сбегающие части в пропорции (1,4÷1,6):(0,6÷0,4), которые армированы алмазами различного размера, причем набегающая часть сектора армирована алмазами меньшего размера, а сбегающая часть армирована алмазами большего размера. При этом прочности на сжатие алмазов набегающей и сбегающей частей сектора связаны соотношением:

P₁=K·P₂.

где Р₁ - прочность на сжатие алмазов набегающей части сектора коронки;

Р₂ - прочность на сжатие алмазов сбегающей части сектора коронки;

К - коэффициент, зависящий от физико-механических свойств буримых горных пород (К=1,1÷1,6).

Благодаря тому, что рабочий сектор по ходу вращения делится на набегающую и сбегающие части в пропорции (1,4÷1,6):(0,6÷0,4), которые армированы алмазами различного размера, причем набегающая часть сектора армирована алмазами меньшего размера, а сбегающая часть армирована алмазами большего размера, при бурении зернами меньшего размера обеспечивается образование зоны предразрушения в горной породе и улучшаются условия работы алмазных зерен большего размера, вследствие чего они проникают в породу на заданную глубину и регулируют глубину резания алмазами меньшего размера. Это способствует повышению эффективности разрушения горной породы и увеличению механической скорости бурения коронкой.

При большем значении соотношения (1,4÷1,6):(0,6÷0,4) улучшения условий выноса разрушенной породы из под торца работающей коронки не наблюдается, а при меньшем значении этого соотношения происходит повышенный износ секторов коронки.

Благодаря тому, что прочности на сжатие алмазов набегающей части и сбегающей частей сектора коронки связаны соотношением:

P₁=K·P₂,

где P₁ - прочность на сжатие алмазов набегающей части сектора коронки;

Р₂ - прочность на сжатие алмазов сбегающей части сектора коронки;

К - коэффициент, зависящий от физико-механических свойств буримых горных пород (К=1,1÷1,6), износостойкость набегающей части сектора коронки при бурении значительно возрастает по сравнению со сбегающей частью сектора, и создаются благоприятные условия для выноса разрушенной породы (шлама) с забоя скважины из-за увеличения зазора между изношенной частью сектора коронки и стенками скважины за счет возникновения и развития клинового эффекта. Это способствует повышению эксплуатационной стойкости коронки и механической скорости бурения ею.

Алмазная буровая коронка показана на фиг.1, 2, где фиг.1 - горизонтальная проекция коронки, фиг.2 - продольный разрез коронки по А-А.

Алмазная буровая коронка состоит из корпуса 1, алмазосодержащей матрицы 2, разделенной промывочными каналами 3 на рабочие секторы 4 с набегающей частью 5 и сбегающей частью 6, алмазов 7 меньшего размера и алмазов 8 большего размера.

Алмазная буровая коронка работает следующим образом: при создании осевого и окружного усилий происходит разрушение горной породы алмазной буровой коронкой, при этом промывочная жидкость внутри корпуса 1 проходит, касаясь матриц 2 через промывочные каналы 3 под рабочий сектор 4 с набегающей частью 5 и сбегающий частью 6, омывает его с торца и с боков и попадает в расширенный зазор между сбегающей частью сектора и стенками скважины и вследствие возникновения и развития клинового эффекта полностью выносит частицы разрушенной породы с забоя, в том числе и крупные, что исключает возможность вторичного измельчения их.

Благодаря такому выполнению алмазной буровой коронки осевые и окружные усилия, передаваемые на нее, обеспечивают эффективное разрушение горной породы и ее удаление с забоя при минимальном износе рабочей части коронки.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого технического решения заключается в повышенной эксплуатационной стойкости коронки и механической скорости бурения ею горных пород.

Экономический эффект на одну коронку составляет 1500 руб.

Алмазная буровая коронка, включающая корпус и алмазосодержащую матрицу, разделенную промывочными каналами на рабочие сектора с набегающими и сбегающими частями, отличающаяся тем, что рабочий сектор коронки по ходу вращения делится на набегающую и сбегающие части в пропорции 1,4-1,6:0,6-0,4, которые армированы алмазами различного размера, причем набегающая часть сектора армирована алмазами меньшего размера, а сбегающая часть армирована алмазами большего размера, при этом прочности на сжатие алмазов набегающей и сбегающей частей сектора связаны соотношением:

P₁=K·P₂.

где P₁ - прочность на сжатие алмазов набегающей части сектора коронки;

Р₂ - прочность на сжатие алмазов сбегающей части сектора коронки;

К - коэффициент, зависящий от физико-механических свойств буримых горных пород (К=1,1-1,6),