RU2416710C1 - Буровая термофрикционная коронка - Google Patents
Буровая термофрикционная коронка Download PDFInfo
- Publication number
- RU2416710C1 RU2416710C1 RU2009131605/03A RU2009131605A RU2416710C1 RU 2416710 C1 RU2416710 C1 RU 2416710C1 RU 2009131605/03 A RU2009131605/03 A RU 2009131605/03A RU 2009131605 A RU2009131605 A RU 2009131605A RU 2416710 C1 RU2416710 C1 RU 2416710C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- cutters
- friction
- friction elements
- crown
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при бурении скважин различного целевого назначения как с отбором, так и без отбора керна в породах до XI категории по буримости. Технический результат - снижение потери тепла трения режущих и фрикционных элементов, а также снижение осевого усилия, при котором происходит нагрев пород забоя до разупрочнения. Буровая коронка для термофрикционного бурения горных пород включает корпус с промывочными каналами, фрикционные элементы, разупрочняющие теплом трения поверхностный слой породы, и резцы, выступающие за плоскость фрикционных элементов. Передняя грань фрикционных элементов перекрыта резцами, предотвращая перед фрикционным элементом смачивание забоя промывочной жидкостью, причем резцы выполнены из термостойкого твердого или сверхтвердого инструментального материала. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при бурении скважин различного целевого назначения как с отбором, так и без отбора керна в породах до XI категории по буримости.
Известна одинарная буровая алмазно-твердосплавная коронка, состоящая из корпуса с промывочными каналами по числу резцов, алмазных секторов и твердосплавных пластин-резцов [I]. Особенностью этой коронки является перекрытие передней грани алмазного сектора лезвием резца и, вследствие этого, отсутствие промывочного канала за резцами. Это позволяет разупрочнить поверхностный слой породы за счет трения твердосплавных резцов и устанавливать резцы от алмазов на таком расстоянии, чтоб они выравнивали нагрузки на алмазы и защищали первые и последующие ряды более хрупких алмазных зерен от ударных нагрузок.
Существенным недостатком этой коронки при бурении твердых пород с максимальными нагрузками является перегрев алмазов и быстрый износ коронки. Увеличение подачи промывочной жидкости не оказывает положительного эффекта, так как вода под торец алмазного сектора практически не попадает, а резец охлаждается только со стороны передней грани, причем очень не эффективно, так как отделяемая стружка породы частично отжимает охлаждающую жидкость. При этом нагрев твердосплавных резцов до 600-800°C приводит к их интенсивному износу.
Наиболее близким по технической сути и достигаемому эффекту является коронка, состоящая из корпуса и припаянных к торцу корпуса фрикционных элементов и резцов, установленных с опережением фрикционных элементов и охлаждаемых спереди и сзади промывочной жидкостью [2]. Достоинство этой коронки заключается в простоте изготовления и эксплуатации. Но основное достоинство этой коронки состоит в том, что фрикционные элементы теплом трения разупрочняют поверхностный слой породы, а резцы срезают этот разупрочненный слой. Существенным недостатком этой коронки является то, что промывочная жидкость, омывая резец сзади, охлаждает только что обнаженный и горячий от резца поверхностный слой породы перед фрикционными элементами. Это приводит к тому, что при последующем фрикционном нагреве дополнительно тратится энергия на нагрев охлажденной породы. Таким образом, может быть поставлена задача более эффективного использования тепла трения режущих и фрикционных элементов.
Поставленная задача решается тем, что в коронке для термофрикционного бурения горных пород, включающей корпус с промывочными каналами, фрикционные элементы, разупрочняющие теплом трения поверхностный слой породы, и резцы, выступающие за плоскость фрикционных элементов, передняя грань фрикционных элементов перекрыта резцами, предотвращая перед фрикционным элементом смачивание забоя промывочной жидкостью, при этом резцы изготовлены из термостойкого твердого или сверхтвердого инструментального материала.
В предлагаемом решении поставленной задачи часть кольцевого забоя, прогретая резцами, продолжает нагреваться трением фрикционных элементов. Поэтому нагрев пород забоя до разупрочнения происходит при значительно меньшем осевом усилии и при более коротком пути трения фрикционного сектора, т.е. длина фрикционного сектора уменьшается. А последнее позволяет увеличивать количество фрикционных, следовательно, и режущих элементов в коронке.
Решение поставленной задачи представляет собой новую совокупность известных технических решений и обладает новыми свойствами. В известной совокупности [1] резец и алмазный сектор недостаточно формируют наилучшие условия работы друг другу. Так резец защищает передние алмазы от механических ударов и перегрузок, но способствует перегреву алмазов. В новой совокупности резцы начинают нагревать породу, а фрикционные элементы продолжают нагревание породы и разупрочняют ее, после чего резцы уже легче внедряются в породу.
Однако тепло от фрикционных элементов передается корпусу коронки, который омывается проточной водой. Поэтому нагрев корпуса коронки приводит к значительным потерям тепловой энергии через промывочную жидкость. Чтобы уменьшить эти потери необходимо теплоизолировать все теплоотводящие поверхности корпуса коронки термозащитным покрытием нового поколения на основе вакуумированных микросфер кремнезема. Кроме того, наряду с термоизоляцией, теплоотток может быть уменьшен за счет выполнения части корпуса коронки выше короночного кольца из прочной стали и более меньшего сечения, чем сечение корпуса коронки.
В этой новой совокупности мы отошли от общепринятого принципа интенсивного охлаждения резца со стороны его переднего и заднего граней. Поэтому, чтобы резец работал успешно в новой совокупности, необходимо, чтобы материал резца был более термостойким, чем твердый сплав, например синтетические термостойкие алмазы или кубический нитрид бора и другие термостойкие инструментальные наноматериалы.
Несмотря на кажущуюся простоту, в новой совокупности известных устройств и технических решений мы добились того, что резцы и фрикционные элементы работают совместно: нагрев пород забоя начинают резцы и завершают фрикционные элементы. В известных фрикционных буровых инструментах они работают отдельно: тепло резания уносится промывочной жидкостью, а фрикционные элементы нагревают уже охлажденный забой. В силу вышесказанного считаем, что наше предложение обладает новизной и изобретательским уровнем.
Предлагаемая коронка для термофрикционного бурения горных пород имеет следующие преимущества по сравнению с прототипом:
- снижены потери тепла, благодаря уменьшению в два раза количества промывочных каналов, следовательно, и подаваемой на забой охлаждающей жидкости, а также благодаря уменьшению сечения теплоотводящей части корпуса коронки и теплоизолирующему покрытию;
- теплота трения резцов не уносится охлаждающей жидкостью, а способствует разупрочнению поверхностного слоя породы забоя;
- уменьшается осевое усилие, при котором происходит нагрев пород забоя до разупрочнения;
- уменьшается путь трения фрикционного сектора, так как часть забоя уже прогрета резцом, а это позволяет уменьшить длину сектора, при котором происходит разупрочнение.
На фиг.1 изображен общий вид буровой коронки для проходки геологоразведочных скважин; на фиг.2 - коронка с термозащитным покрытием; на фиг.3 - коронка с уменьшенным сечением нижней части корпуса.
Коронка состоит из корпуса 1, фрикционных элементов 2, резцов 3, в корпусе коронки изготовлены промывочные каналы 4 и водосливные отверстия 5 для уменьшения тепловой энергии, уносимой с призабойной зоны скважины потоком промывочной жидкости. Это позволяет подавать в зону забоя необходимое, но гораздо меньшее количество воды, чем это требуется для транспортировки бурового шлама по затрубному пространству. Особенностью коронки является отсутствие промывочных каналов между задней частью резцов и фрикционными элементами: резцы непосредственно присоединены к фрикционным элементам.
Коронка работает следующим образом. При вращении буровой коронки под действием осевого усилия и момента вращения резцы 3 начинают вдавливаться в породу. Когда резцы внедрятся на глубину выступа резцов, теплота трения резцов нагреет породу, и фрикционные элементы 2 войдут в контакт с породой и продолжат разогревать поверхностный слой пород забоя скважины совместно с резцами. От фрикционного нагревания поверхностный слой разупрочняется, и резец 3 срезает этот слой, которого подхватывает и уносит через канал 4 промывочная жидкость. Так как для транспортировки продуктов разрушения требуется гораздо больше воды, чем для охлаждения резцов и подъема бурового шлама, то излишняя вода переливается в затрубное пространство через отверстия 5.
Так как тепло от забоя передается через фрикционные элементы корпусу коронки, то эффективно с точки зрения сохранения тепла наносить на все теплоотводящие поверхности корпуса коронки теплостойкие теплозащитные покрытия на основе вакуумированных капсул кремнезема, например изоллата, фиг.2, поз.6. По мере того как будет стираться покрытие, его можно возобновлять новой покраской. Дополнительно к этим мерам по уменьшению теплопотерь через корпус коронки можно нижнюю часть корпуса коронки изготовить с уменьшенным сечением из более прочной марки стали, например из мартенситно-стареющей стали, фиг.3, поз.7. При этом образующиеся по наружному и внутреннему диаметру выемки на нижней части корпуса коронки заполняются теплоизолирующим и герметизирующим материалом, поз.8.
Источники информации
1. А.С. 1760075 СССР, E21B 10/48. Комбинированная буровая коронка [Текст] / Г.В.Арцимович, В.В.Иванов, В.П.Макшаков, Л.Н.Федоров (СССР); заявитель и патентообладатель институт горного дела Севера им. Н.В.Черского СО РАН. - №4745981/03; заявл. 03.10.89; опубл. 07.09.92, Бюл. №33. - 4 с.: ил.
2. Пат. 2247217 С2 Российская Федерация, МПК7 E21B 10/46, 7/14. Термомеханический породоразрушающий инструмент [Текст] / Бродов Г.С., Ермаков С.А., Федоров Л.Н.; заявитель и патентообладатель институт горного дела Севера им. Н.В.Черского СО РАН. - №2003111120/03; заявл. 17. 04. 2003; опубл. 27.02. 2005, Бюл. №6. - 6 с.: ил.
Claims (3)
1. Буровая коронка для термофрикционного бурения горных пород, включающая корпус с промывочными каналами, фрикционные элементы, разупрочняющие теплом трения поверхностный слой породы, и резцы, отличающаяся тем, что передняя грань фрикционных элементов перекрыта резцами, предотвращая перед фрикционным элементом смачивание забоя промывочной жидкостью, причем резцы выполнены из термостойкого твердого или сверхтвердого инструментального материала.
2. Буровая коронка по п.1, отличающаяся тем, что теплоотводящие поверхности корпуса коронки выполнены с термозащитным покрытием, содержащим вакуумированные капсулы кремнезема.
3. Буровая коронка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что нижняя часть корпуса коронки выполнена с кольцевой выемкой по наружному и внутреннему диаметру с возможностью размещения в этих выемках гидро- и теплоизолирующих элементов, причем нижняя часть корпуса коронки выполнена из материала с более высоким пределом прочности, чем корпус коронки, например из мартенситно-стареющей стали.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009131605/03A RU2416710C1 (ru) | 2009-08-20 | 2009-08-20 | Буровая термофрикционная коронка |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009131605/03A RU2416710C1 (ru) | 2009-08-20 | 2009-08-20 | Буровая термофрикционная коронка |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2009131605A RU2009131605A (ru) | 2011-02-27 |
RU2416710C1 true RU2416710C1 (ru) | 2011-04-20 |
Family
ID=44051381
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009131605/03A RU2416710C1 (ru) | 2009-08-20 | 2009-08-20 | Буровая термофрикционная коронка |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2416710C1 (ru) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109798073B (zh) * | 2019-04-11 | 2023-10-13 | 吉林大学 | 一种利用摩擦热能碎岩的孕镶金刚石钻具 |
CN113431484A (zh) * | 2021-05-20 | 2021-09-24 | 张澍 | 一种具有调节齿轮的一体化变频电机 |
-
2009
- 2009-08-20 RU RU2009131605/03A patent/RU2416710C1/ru not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2009131605A (ru) | 2011-02-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2721914C2 (ru) | Режущий элемент с множеством скошенных поверхностей и режущим торцом определенной формы, и буровые режущие инструменты, содержащие такие режущие элементы | |
RU2389861C2 (ru) | Буровое долото | |
CN101652532B (zh) | 具有延长的基体高度的取芯钻头 | |
US4444281A (en) | Combination drag and roller cutter drill bit | |
US20120261188A1 (en) | Method of high power laser-mechanical drilling | |
US4006788A (en) | Diamond cutter rock bit with penetration limiting | |
US6253864B1 (en) | Percussive shearing drill bit | |
US12011773B2 (en) | Cutting elements with reduced variable back rake angle | |
US20120125687A1 (en) | Hard Rock Rotary Drill Bit and Method of Drilling Using Crowned Cutter Elements | |
Durrand et al. | Thick PDC, shaped cutters for geothermal drilling: a fixed cutter solution for a roller cone drilling environment | |
RU2528349C2 (ru) | Фрезерная насадка для резца со вставками из поликристаллического алмазного композита | |
CN107429539B (zh) | 被配置成减轻金刚石台故障的切割元件、包括这种切割元件的钻地工具以及相关方法 | |
US9828810B2 (en) | Mill-drill cutter and drill bit | |
CN102852462B (zh) | 一种复合镶齿刀翼式金刚石全面钻头 | |
RU2416710C1 (ru) | Буровая термофрикционная коронка | |
CN104364460A (zh) | 用于钻头的保径切割器保护 | |
RU2416709C1 (ru) | Коронка терморезцовая | |
US20150285005A1 (en) | Rupture Cutters with High Penetration Utility | |
US11401749B2 (en) | Cutting element with reduced friction | |
CN104727752B (zh) | 一种聚晶金刚石复合齿及其制造方法和一种钻头 | |
US20150233188A1 (en) | Downhole Mills and Improved Cutting Structures | |
RU2535314C1 (ru) | Буровая коронка | |
RU2468175C1 (ru) | Коронка терморезцовая с герметизатором забоя | |
WO2015111016A1 (en) | Drill bit for drilling a borehole | |
CN114893128A (zh) | 一种用于石油钻井的钻头及其制备工艺 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140821 |