EA009234B1 - Буровой породоразрушающий инструмент - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к технике бурения скважин. Техническим результатом изобретения является контактное взаимодействие коронок по форме двойного конуса с образованием опорной поверхности между ними, создание прироста давлений промывочной жидкости внутри инструмента, использование её в качестве осевой нагрузки и подачи силового потока под сектора матрицы. Буровой породоразрушающий инструмент содержит наружную и съемную внутреннию коронки, корпуса с матрицами и промывочными каналами, внутренняя часть корпуса наружной коронки выполнена виде соосных по вертикали конусов, взаимодействующих с ответными конусами нижней части корпуса внутренней коронки образующих опорную поверхность между ними, матрица наружной коронки выполнена ступенчатой и разделена на сектора, промывочные каналы наружной коронки горизонтально расположены ниже верхней ступени матрицы. Корпус внутренней коронки имеет продольно-осевую камеру с ярусно расположенными уступами, причем камера радиальными каналами гидравлически ориентирована под соответствующие верхние и нижние ступени матрицы наружной коронки. В нижней части продольно-осевой камеры выполнена переходящая в осевую полость матрицы с расходящимися от неё промывочными каналами внутренней коронки, проходящими в концентричный проем в верхней части матрицы, связанный с пазами нижней ступени матрицы наружной коронки.

Description

Изобретение относится к технике бурения скважин и предназначено для использования в буровом породоразрушающем инструменте, преимущественно алмазном.

Известен вставной породоразрушающий инструмент, включающий наружный и внутренний корпуса с шлице-пазовым соединением между ними и породоразрушающим органом, присоединенным к нижней части внутреннего корпуса. Техника и технология геологоразведочных работ; организация производства. ВИЭМС, М, 1980.

Недостаток известного породоразрушающего инструмента заключается в сложности приведения инструмента в рабочее состояние из-за наличия в конструкции шлицево-пазового соединения.

Известен также буровой породоразрушающий инструмент, состоящий из наружной и съемной внутренней коронки, включающей корпуса с прикрепленными к ним матрицами и промывочными каналами. Авторское свидетельство СССР № 1231205, кл.Е 21В 10/48, 1986.

Указанный инструмент по технической сущности наиболее близок к предлагаемому изобретению и может быть принят в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является то, что форма взаимодействия наружной и внутренней коронки по цилиндрической поверхности не обеспечивает устойчивости работы инструмента в собранном виде, затруднительна постановка съемной внутренней коронки в рабочее положение и извлечение её оттуда, что снижает надежность действий инструмента.

Кроме того, в данной конструкции инструмента не предусмотрены возможности накопления энергии промывочной жидкости для создания осевой нагрузки и повышения интенсивности разрушения горных пород, несовершенна система охлаждения инструмента и удаления шлама.

Задача изобретения - создание надежного в действии бурового породоразрушающего инструмента, позволяющего повысить эффективность процесса углубки скважин.

Технический результат изобретения - контактное взаимодействие внутренней и наружной коронки по форме двойного конуса соосно совмещенных по вертикали с образованием опорной поверхности между ними, возможность создания прироста давлений промывочной жидкости внутри инструмента и использование её в качестве осевой нагрузки, подачи силового потока по горизонтали под сектора матрицы во встречном направлении вращению инструмента.

Это достигается тем, что в буровом породоразрушающем инструменте, содержащим наружную и съемную внутреннию коронки, включающие корпуса с прикрепленными к ним матрицами и промывочными каналами согласно изобретению, внутренняя часть корпуса наружной коронки выполнена в виде соосных по вертикали конусов контактно взаимодействующих с ответными конусами нижней части корпуса внутренней коронки с образованием опорной поверхности между ними, причем совокупно меньшие основания верхних конусов совмещены с большими основаниями нижних конусов, матрица наружной коронки выполнена ступенчатой с продольным разделением на сектора, верхняя ступень полупазами во внешнюю сторону, нижняя ступень пазами, промывочные каналы наружной коронки горизонтально расположены ниже верхней ступени матрицы и касательно выведены под встречные передние грани секторов по ходу вращения, при этом корпус внутренней коронки имеет продольно-осевую камеру с ярусно расположенными уступами, обращенными во внутрь камеры с боковыми наклонными отверстиями, причем камера посредством проведенных на каждом ярусе гранично над уступами радиальными каналами гидравлически ориентирована под соответствующие верхние и нижние ступени матрицы наружной коронки, в верхнем положении радиальные каналы связаны с кольцевой выемкой, размещенной на внешней стенке корпуса внутренней коронки с возможностью сообщения с промывочными каналами наружной коронки, в нижнем положении радиальные каналы проведены имеющими выход под сектора матрицы в направлении обратном вращению инструмента, в нижней части продольно-осевой камеры с ярусно расположенными уступами, обращенными во внутрь камеры выполнена переходящей в осевую полость матрицы, с расходящимися от нее к периферии по торцу промывочными каналами внутренней коронки, проходящими в концентричный проем, выполненный в верхней части матрицы и связанный с пазами нижней ступени матрицы наружной коронки.

Отличительные признаки изобретения контактное конусное взаимодействие наружной и внутренней коронки с образованием опорной поверхности между ними обеспечивает устойчивую работу инструмента в собранном виде, беспрепятственную постановку в рабочее положение и извлечение съемной внутренней коронки, а также создание через боковые наклонные отверстия роста перепада давления промывочной жидкости в продольно-осевой камере с ярусно расположенными уступами и её приложением через уступы в матрицу внутренней коронки и через опорную поверхность в ступенчатую матрицу наружной коронки, достигается формирование и передача осевой нагрузки непосредственно в районе углубки скважин, чем уменьшается величина механической осевой нагрузки, передаваемой с поверхности земли, её потери во время передачи, снижаются энергозатраты процесса бурения.

Подачей силового потока промывочной жидкости из продольно-осевой камеры с ярусно расположенными уступами, обращенными во внутрь камеры через радиальные каналы, проведенные гранично над уступами в каждом ярусе под соответствующие верхние и нижние ступени матрицы наружной коронки, в верхнем положении радиальные каналы связаны с кольцевой выемкой, размещенной на внешней стенке корпуса внутренней коронки с возможностью сообщения с промывочными каналами наруж

- 1 009234 ной коронки по горизонтали под встречные передние грани секторов матрицы, в нижнем положении радиальные каналы проведены имеющими выход под сектора матрицы, в направлении обратном вращению инструмента достигается увеличение глубины зоны разрушения горной породы, снижение контактной удельной нагрузки между ней и матрицей инструмента, появляется контактная встречная скорость между секторами матрицы и силовым потоком промывочной жидкости, что наряду с объемным омыванием снизу вверх повышает скорость охлаждения и отвода промывочной жидкости со шламом от секторов ступенчатой матрицы наружной коронки, что повышает эффективность процесса углубки скважин.

Разделением верхней ступени матрицы наружной коронки на сектора полупазами во внешнюю сторону, нижней ступени пазами, повышается эффективность подачи силового потока промывочной жидкости и удаление шлама от инструмента в процессе бурения скважин.

Выполнением в нижней части продольно-осевой камеры с ярусно расположенными уступами обращенными во внутрь камеры переходящей в осевую полость матрицы, с расходящимися от неё к периферии по торцу промывочными каналами внутренней коронки, проходящими в концентричный проем, выполненный в верхней части матрицы и связанный с пазами нижней ступени матрицы наружной коронки, создается гидравлическая система разрушения горной породы, охлаждения и вынос шлама из-под торца внутренней коронки.

На фиг. 1 изображен общий вид бурового породоразрушающего инструмента, на фиг. 2 разрез по ΛΑ на фиг. 1, на фиг. 3 разрез по Б-Б на фиг. 1 и на фиг. 4 вид с торца матрицы.

Буровой породоразрушающий инструмент состоит из наружной коронки, включающей корпус 1 с кольцевой выточкой 2, в верхней части корпус 1 соединен с переходником 3, нижний торец которого имеет выступы 4, расположенные диаметрально противоположно. К корпусу 1 прикреплена ступенчатая матрица состоящая из верхней 5 и нижней 6 ступени, при этом верхняя ступень 5 продольно разделена на сектора 7 полупазами во внешнюю сторону 8, нижняя ступень 6 на сектора 9 пазами 10. Промывочные каналы 11 наружной коронки горизонтально расположены ниже верхней ступени 5 матрицы и касательно выведены под встречные передние грани секторов 7 по ходу вращения. Внутренняя часть корпуса 1 выполнена в виде соосных по вертикали конусов 12 и 13, контактно взаимодействующих с образованием опорной поверхности между ними 14 с ответными конусами нижней части корпуса 15 внутренней коронки, причем совокупно меньшие основания верхних конусов 12 совмещены с большими основаниями нижних конусов 13. К корпусу 15 прикреплена матрица 16 и корпус 15 имеет продольно-осевую камеру с ярусно расположенными уступами обращенными во внутрь камеры 17 с боковыми наклонными отверстиями 18, причем камера 17 посредством проведенных на каждом ярусе гранично над уступами 19 и 20 радиальными каналами, соответственно, 21 и 22 гидравлически ориентирована под соответствующие верхние 5 и нижние 6 ступени матрицы наружной коронки, в верхнем положении радиальные каналы 21 связаны с кольцевой выемкой 23, размещенной на внешней стенке корпуса 15 внутренней коронки, с возможностью сообщения с промывочными каналами 11 наружной коронки, в нижнем положении радиальные каналы 22 проведены имеющими выход под сектора 9 матрицы в направлении обратном вращению инструмента. В нижней части продольно-осевой камеры 17 выполнена переходящая в осевую полость 24 матрицы 16, с расходящимися от нее к периферии по торцу промывочными каналами 25 внутренней коронки, проходящими в концентричный проем 26 выполненный в верхней части матрицы 16 и связанный с пазами 10 нижней ступени 6 матрицы наружной коронки.

Корпус 15 также снабжен механизмом фиксации состоящим из головки 27 с отверстиями 28, возвратной втулки 29, пружины 30 и стопоров 31.

Буровой породоразрушающий инструмент работает следующим образом.

Первоначально в скважину на бурильных (обсадных) трубах (на черт. не показано) спускают соединенный с переходником 3 корпус 1 наружной коронки с прикрепленной к нему ступенчатой матрицей состоящей из верхней 5 и нижней 6 ступени. После этого по внутренней полости бурильных (обсадных) труб под действием собственного веса или действием нисходящего потока промывочной жидкости спускают корпус 15 внутренней коронки с прикрепленной к нему матрицей 16. При совмещении соосных по вертикали конусов 12 и 13 корпуса наружной коронки с ответными конусами корпуса внутренней коронки, последний опирается на опорную поверхность 14, а стопора 31 разжимаемые пружинами 30 попадают в кольцевую выточку 2 переходника 3, и буровой породоразрушающий инструмент займет рабочее положение в собранном виде.

В начале процесса бурения скважин от переходника 3 вращение и осевая нагрузка через корпус 1 передается на ступенчатую матрицу, состоящую из верхней 5 и нижней 6 ступени, в то же время вращение от переходника 3 через выступы 4 передается и стопорам 31 взаимодействующих с ними, чем обеспечивается синхронное вращение наружной и внутренней коронок. Одновременно с передачей вращения подается и промывочная жидкость, которая протекая через отверстия 28, головки 27 и боковые наклонные отверстия 18, в продольно-осевой камере 17 создает рост перепада давления и взаимодействуя с уступами 19 и 20 создают осевую нагрузку на матрицу 16 внутренней коронки, а через опорную поверхность 14 на ступенчатую матрицу наружной коронки, сохраняя рабочее положение инструмента. При этом сформировавшийся в продольно-осевой камере 17 силовой поток промывочной жидкости разделяется на три потока, первый - через радиальные каналы 21, кольцевую выемку 23 и промывочные каналы

- 2 009234 попадает под передние грани секторов 7, выводя шлам по полупазам 8, второй - по радиальным каналам 22 подается в направлении обратном вращению под сектора 9 нижней ступени 6 матрицы, третий протекая через осевую полость 24 и промывочные каналы 25 внутренней коронки, разрушает породу и охлаждая матрицу 16 выносит шлам через концентричный проем 26 связанный с пазами 10 нижней ступени 6 матрицы.

В случае необходимости извлечения внутренней коронки, спускают ловитель на канате (на черт. не показано) который захватывает за головку 27 и тянет вверх, возвратная втулка 29 перемещаясь по корпусу 15 сдвигает стопоры 31 во внутрь корпуса, последний освобождается и извлекается на поверхность.

Предлагаемое техническое решение позволяет создать надежный в действии буровой породоразрушающий инструмент и повысить эффективность процесса углубки скважин.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   Буровой породоразрушающий инструмент, содержащий наружную и съемную внутренние коронки, включающие корпуса с прикрепленными к ним матрицами и промывочными каналами, отличающийся тем, что внутренняя часть корпуса наружной коронки выполнена в виде соосных по вертикали конусов, контактно взаимодействующих с ответными конусами нижней части корпуса внутренней коронки с образованием опорной поверхности между ними, причем совокупно меньшие основания верхних конусов совмещены с большими основаниями нижних конусов, матрица наружной коронки выполнена ступенчатой с продольным разделением на сектора, верхняя ступень полупазами во внешнюю сторону, нижняя ступень пазами, промывочные каналы наружной коронки горизонтально расположены ниже верхней ступени матрицы и касательно выведены под встречные передние грани секторов по ходу вращения, при этом корпус внутренней коронки имеет продольно-осевую камеру с ярусно расположенными уступами, обращенными вовнутрь камеры с боковыми наклонными отверстиями, причем камера посредством проведенных на каждом ярусе гранично над уступами радиальными каналами гидравлически ориентирована под соответствующие верхние и нижние ступени матрицы наружной коронки, в верхнем положении радиальные каналы связаны с кольцевой выемкой, размещенной на внешней стенке корпуса внутренней коронки с возможностью сообщения с промывочными каналами наружной коронки, в нижнем положении радиальные каналы проведены имеющими выход под сектора матрицы в направлении, обратном вращению инструмента, в нижней части продольно-осевой камеры с ярусно расположенными уступами, обращенными вовнутрь камеры, выполнена переходящая в осевую полость матрицы, с расходящимися от нее к периферии по торцу промывочными каналами внутренней коронки, проходящими в концентричный проем, выполненный в верхней части матрицы и связанный с пазами нижней ступени матрицы наружной коронки.