RU201089U1 - Алмазная коронка для бурения - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области бурения твердых анизотропных горных пород с отбором керна. Алмазная коронка для бурения включает корпус с резьбой, промывочные каналы равной геометрической формы, элементы опорно-центрирующего пояса и неравные алмазосодержащие секторы, которые с углами между осями промывочных каналов должны соответствовать определенному условию. Технический результат обеспечивается наличием алмазосодержащих секторов с углами разной величины между осями промывочных каналов, которые создают эксцентриситет режущей части торца матрицы и обеспечивает более эффективную работу породоразрушающего инструмента при бурении трещиноватых и крупнозернистых пород. 2 ил.

Description

Полезная модель относится к области бурения твердых анизотропных горных пород с отбором керна. Необходимость данного технического решения определяется тем, что при бурении анизотропных горных пород наблюдается искривление скважин, что снижает эффективность буровых работ. В связи с этим важно иметь такой буровой инструмент, который бы позволил решать задачу снижения искривления скважин при бурении анизотропных горных пород.

Для бурения скважин в твердых породах применяются различные типы алмазных коронок с кольцевой алмазосодержащей матрицей, разделенной на сектора промывочными пазами равных размеров (см., например, Буровой инструмент для геологоразведочных скважин: Справочник / Н.И. Корнилов, Н.Н. Бухарев, А.Т. Киселев и др. М.: Недра, 1990, с. 52, 63, рис. 2.11, 2.12). Указанная коронка выполняется с матрицей, которая имеет определенную в зависимости от твердости и абразивности горных пород твердость алмазосодержащих секторов и их насыщенность алмазами. Боковая поверхность матрицы с наружной и внутренней стороны защищены от изнашивания пластинами из твердого и сверхтвердого материала.

Недостатком данного технического решения является его низкая эффективность как средства снижающего искривление скважин.

Для снижения искривления скважины известна конструкция алмазной коронки (патент на полезную модель №148333, Е21В 10/02, опубликовано 10.12.2014 г.), которая содержит корпус с резьбой, матрицу с алмазосодержащими секторами одной геометрической формы и размеров и промывочные каналы двух типов - узкий и широкий, что обеспечивает эксцентриситет торца матрицы, а также различную насыщенность алмазами секторов матрицы. У данной коронки на одной из половин торца матрицы выполнены два широких промывочных канала, между которыми по разную от широких промывочных каналов сторону имеется не равное количество алмазосодержащих секторов. Узкие промывочные каналы разделяют сектора матрицы коронки по обе стороны от широких промывочных пазов.

Наличие двух широких промывочных каналов и алмазосодержащих секторов между широкими промывочными каналами, обеспечивает эксцентриситет торца матрицы, исключает какой-либо существенный перекос алмазной коронки при бурении, а значит и дополнительный изгиб колонкового набора.

Недостатком данной полезной модели является низкий ресурс из-за того, что различные по размеру промывочные каналы при бурении создают различные по величине гидравлические сопротивления на выходе бурового раствора из коронки: минимальные гидравлические сопротивления возникают в широких промывочных каналах, а максимальные в узких промывочных каналах, а в результате алмазосодержащие секторы, между которыми выполнены узкие промывочные каналы, охлаждаются при бурении недостаточно и поэтому более интенсивно изнашиваются, что снижает ресурс коронки.

Известна алмазная коронка для бурения (RU №171734, Е21В 10/02, опубликовано 13.06.2017 г.), включающая корпус с резьбой, элементы опорно-центрирующего пояса, промывочные каналы одинаковой площади поперечного сечения и алмазосодержащие секторы трех геометрических форм в виде сегментов кольца - неизмененных и измененных первого и второго типа, при этом первый тип измененных алмазосодержащих секторов имеет больший внутренний диаметр, чем у неизмененных секторов, и второй тип алмазосодержащих секторов, имеющих одинаковый внутренний диаметр с неизмененными секторами, но меньший внешний диаметр, при этом суммарная ширина двух алмазосодержащих секторов первого и второго типа больше, чем ширина неизмененного сектора, и они расположены последовательно в одной из половин торца матрицы.

Недостатком данной конструкции является наличие измененных алмазосодержащих секторов матрицы двух типов, имеющих меньшие внутренние или наружные диаметры, что приводит к снижению их агрегатной прочности и при бурении, например, трещиноватых или крупнозернистых пород может приводить к слому или сколу части алмазосодержащего сектора матрицы коронки.

За прототип принята алмазная коронка (патент на полезную модель №161061, опубликовано 10.04.2016) которая содержит корпус с резьбой, матрицу с алмазосодержащими секторами одной геометрической формы, разделенными промывочными каналами различной ширины - несколькими узкими и двумя широкими, не равное количество алмазосодержащих секторов по разную от широких промывочных каналов сторону, отличающаяся тем, что в пределах широких промывочных каналов установлены перегородки, полностью перекрывающие каналы, при этом в перегородках выполнены по два отверстия, каждое из которых примыкает к алмазосодержащим секторам широкого промывочного канала и площадью, равной площади узкого промывочного канала.

Наличие двух широких промывочных пазов и алмазосодержащих секторов между широкими промывочными пазами, обеспечивая эксцентриситет торца матрицы, исключает какой-либо существенный перекос алмазной коронки при бурении, а значит и дополнительный изгиб колонкового набора.

В целях избавления от гидравлических проблем в данном прототипе включены перегородки. Они выполнены из металла и едины с корпусом коронки, но при этом их толщина очень мала, что обеспечивает перекрытие каналов, но определяет высокую изнашиваемость этих перегородок по высоте в процессе бурения.

В перегородках выполнены отверстия для прохода бурового раствора.

Недостатком данного прототипа является то, что в коронку вводятся дополнительные элементы, снижающие надежность всей конструкции. Еще одним недостатком данного прототипа является то, что при производстве и установке перегородок увеличиваются затраты на его производство.

Задачей полезной модели является повышение эффективности бурения скважин за счет снижения интенсивности естественного искривления.

Достигается это тем, что алмазная коронка для бурения, включающая корпус с резьбой, промывочные каналы равной геометрической формы, элементы опорно-центрирующего пояса и неравные алмазосодержащие секторы, с углами β; β₁; β₂; β₃; β₄; β₅ между осями промывочных каналов должны соответствовать условию: β>β₁>β₂>β₃>β₄>β₅ с последовательностью размещения как: β; β₁; β₂; β₃; β₄; β₅; β₄; β₃; β₂; β₁;

Т.к. каждый угол β; β₁; β₂; β₃; β₄; β₅ последовательно меньше, чем предыдущие, то на половине торца коронки с меньшими углами обхвата β₂; β₃; β₄; β₅ будет находиться большее число промывочных каналов одной геометрической формы, что приведет к разности площадей алмазосодержащих секторов матрицы коронки и, в конечном итоге, к возникновению эксцентриситета режущей части торца матрицы.

Наличие неравных углов обхвата β; β₁; β₂; β₃; β₄; β₅ алмазосодержащих секторов матрицы коронки приводит к неравномерному распределению сил сопротивления резанию скалыванию и обеспечивает в процессе бурения вращение алмазной коронки с вращением вокруг собственной оси и вокруг оси скважины с недопущением ориентированного перекоса ее торца на забое под действием дестабилизирующих сил. Таким образом, обеспечивается стабилизация направления скважины с уменьшением интенсивности естественного искривления скважин.

Устройство иллюстрируется на фиг 1-2.

Предлагаемая коронка состоит из корпуса 1 с резьбой 2, элементов опорно-центрирующего пояса 3 с пластинами из сверхтвердого материала 7, алмазосодержащих секторов матрицы 4 с пластинами из сверхтвердого материала 6, разделенных промывочными каналами равной геометрической формы 5. При этом алмазосодержащие секторы матрицы 4 имеют неравные размеры с углами обхвата β; β₁; β₂; β₃; β₄; β₅, которые включают в себя алмазосодержащие секторы и половины прилегающих к ним промывочных каналов, при этом β>β₁>β₂>β₃>β₄>β₅. Таким образом, промывочные каналы располагаются в матрице коронки так, что обеспечивается эксцентриситет торца матрицы.

Предлагаемая коронка работает следующим образом.

При бурении, когда алмазная коронка воспринимает действие осевого усилия, передающегося посредством резьбы 2 и корпуса 1, алмазы алмазосодержащих секторов матрицы 4 внедряются в горную породу. За счет неравного размера алмазосодержащих секторов матрицы 4 в торце коронки, с углами обхвата β; β₁; β₂; β₃; β₄; β₅ которые включают в себя алмазосодержащие секторы и половины прилегающих к ним промывочных каналов, при этом β>β₁>β₂>β₃>β₄>β₅, неравномерно распределяются промывочные каналы равной геометрической формы 5, что приводит к возникновению сил, способствующих прижатию корпуса 1 алмазной коронки к стенке скважины, которую, в свою очередь, защищают от износа элементы опорно-центрирующего пояса 3 с пластинами из сверхтвердого материала 7 и пластины из сверхтвердого материала 6 в алмазосодержащих секторах матрицы 4.

Поскольку при бурении данная коронка активно прижимается и фрезерует стенку скважины, во избежание износа коронки и снижения фрезерующей способности элементы опорно-центрирующего пояса и поверхность боковых секторов матрицы с углами обхвата β и β₁ имеют повышенную концентрацию защищающих от износа пластин из сверхтвердого материала в соотношении F_б/F_М, а остальные элементы опорно-центрирующего пояса и поверхность секторов матрицы в соотношении F_М/F_б где F_б - площадь алмазосодержащих секторов на половине торца с меньшим количеством промывочных каналов, а F_М - площадь алмазосодержащих секторов на половине торца с большим количеством промывочных каналов.

Подобное усиление боковой поверхности и поверхности матрицы коронки защищает ее от неравномерного износа и фрезерования наружной поверхности матрицы.

Предлагаемое техническое решение имеет выдержанные внутренний и внешний диаметр по всей поверхности матрицы коронки, и таким образом обеспечивает более эффективную работу породоразрушающего инструмента при бурении трещиноватых и крупнозернистых пород за счет более высокой агрегатной прочности алмазосодержащих секторов матрицы, сохраняя, при этом, стабилизирующий эффект.

Claims (1)

1. Алмазная коронка для бурения, включающая корпус с резьбой, промывочные каналы равной геометрической формы, элементы опорно-центрирующего пояса и неравные алмазосодержащие секторы, отличающаяся тем, что алмазосодержащие секторы с углами β; β₁; β₂; β₃; β₄; β₅ между осями промывочных каналов должны соответствовать условию: β>β₁>β₂>β₃>β₄>β₅ с последовательностью размещения как β; β₁; β₂; β₃; β₄; β₅; β₄; β₃; β₂; β₁.

Images