АЛМАЗНАЯ БУРОВАЯ КОРОНКА

Полезная модель относится к породоразрушающему инструменту, а именно к алмазным буровым коронкам, армированным природными или синтетическими алмазами, и может найти применение при бурении геологоразведочных скважин.
Известна алмазная буровая коронка, включающая корпус и алмазосодержащую матрицу, разделенную промывочными пазами на кернообразующие сектора и скважинообразующие сектора при этом длины одной пары секторов не равны длинам другой пары секторов, (Патент РФ, М. кл. Е 21 В 10/48 №49085 «Алмазная буровая коронка»).
Однако данная конструкция буровой коронки не обеспечивает стабилизацию направления скважины в процессе бурения вследствие: нерационального отношения суммарной площади поперечного сечения кернообразующие и скважинообразующих секторов к площади поперечного сечения матрицы, не оптимальной схемы расположения секторов и нерационального диаметра корпуса коронки. За прототип принята алмазная буровая коронка, включающая корпус и алмазосодержащую матрицу, разделенную промывочными пазами на кернообразующие сектора, смещенные относительно среднего радиуса матрицы внутрь корпуса и скважинообразующие сектора, смещенные к периферии (Патент РФ М. кл. Е 21 В 10/48 №2170321 «Алмазная буровая коронка»). Недостатком этой буровой коронки является то, что вследствие нерациональной площади поперечного сечения скважинообразующих и кернообразующих секторов и не оптимального диаметра корпуса коронки не достигается достаточное уменьшение контактной площади торцовой поверхности матрицы и надежной стабилизации коронки при бурении.
Предлагаемое техническое решение направлено на повышение степени стабилизации направления скважины. Задача полезной модели - создание конструкции коронки, обеспечивающей повышение стабилизации направления скважины и эффективности бурения. Технический результат - повышение степени стабилизации направления скважины и снижение энергозатрат процесса бурения путем уменьшения контактной площади рабочей поверхности матрицы с горной породой и выбора рациональных схемы расположения рабочих секторов в коронке и диаметра корпуса коронки.
Поставленная задача решается тем, что в алмазной буровой коронке, включающей корпус и алмазосодержащую матрицу, разделенную промывочными пазами на кернообразующие сектора, смещенные относительно среднего радиуса матрицы внутрь корпуса, и скважинообразующие сектора, смещенные
к периферии, суммарная площадь поперечного сечения кернообразующих и скважинообразующих секторов составляет 0,6÷0,7 площади поперечного сечения матрицы, а передняя и задняя грани секторов образуют угол с вершиной, лежащей на окружности с диаметром равным 0,15÷0,20 наружного диаметра коронки, при этом гладкая часть корпуса выполнена с диаметром, равным 0,90÷0,95 диаметра матрицы.
На фиг.1 изображена коронка, общий вид, на фиг.2 - вид со стороны рабочего торца. Алмазная буровая коронка содержит алмазосодержащую матрицу 1, корпус 2, кернообразующие сектора 3, промывочные пазы 4 и скважинообразующие секторы 5 с передней и задней гранями 6.
Схема расположения кернообразующих и скважинообразующих секторов в коронке такова, что их передние и задние грани 6 образуют угол γ с вершиной, лежащей на окружности с диаметром d, равным 0,15÷0,20 наружного диаметра D коронки.
Благодаря тому, что суммарная площадь поперечного сечения кернообразующих и скважинообразующих секторов составляют 0,6÷0,7 площади поперечного сечения матрицы при бурении уменьшается общая нагрузка на коронку при сохранности оптимальной удельной нагрузки, что способствует повышению степени стабилизации направления скважины.
Причем при значениях отношения суммарной площади поперечного сечения кернообразующих и скважинообразующих секторов к площади поперечного сечения матрицы менее 0,6 происходит интенсивный износ коронок, а при значении этого отношения более 0,7 дальнейшее повышение стабилизации уже не происходит.
Вследствие того, что передняя и задняя грани секторов образуют угол с вершиной, лежащей на окружности с диаметром, равным 0,15÷0,20 наружного диаметра коронки обеспечиваются оптимальные условия для насыщенности секторов алмазами, охлаждения алмазов и полного выноса разбуренного шлама.
При диаметре окружности d меньше 0,15 D ширина промывочных пазов уменьшается, ухудшаются условия охлаждения алмазов и затрудняется
вынос разбуренного шлама из-под торца коронки. При увеличении диаметра окружности d больше 0,2 D ширина промывочных пазов увеличивается, однако уменьшается площадь рабочих секторов, а, следовательно, и насыщенность коронки алмазами. Вследствие этого уменьшается и ресурс коронки.
Благодаря тому, что гладкая часть корпуса коронки выполнена с диаметром равным 0,90÷0,95 диаметра матрицы, устраняется в значительной мере зазор между корпусом коронки и стенкой скважины на значительной высоте корпуса, что повышает степень стабилизации направления скважины при бурении.
При значениях диаметра корпуса менее 0,9 диаметра матрицы стабилизация направления скважины не наблюдается, а при значениях диаметра корпуса более 0,95 диаметра матицы дальнейшее повышение степени стабилизации уже не происходит.
Алмазная буровая коронка работает следующим образом: при создании окружного и осевого усилий происходит разрушение породы алмазной буровой коронкой, промывочная жидкость проходит внутрь корпуса 2, омывает матрицу 1, кернообразующие сектора 3 и скважинообразующие сектора 5 и через промывочные пазы 4 выносит шлам в затрубное пространство и далее на поверхность.
Благодаря такому выполнению коронки осевое и окружное усилие, передаваемые на алмазную буровую коронку обеспечивают эффективное разрушение пород забоя при минимальном значении осевого усилия и одновременное сохранение заданного направления скважины с установленными допусками на его отклонение.
Изготовление алмазных коронок по данному техническому решению возможно по серийной технологии, принятой в ТулНИГП, где была изготовлена экспериментальная партия таких коронок. В результате лабораторных испытаний алмазных коронок, изготовленных по техническому решению авторов, путем сравнительного бурения по блокам гранита установлено, что применение этих коронок позволяет повысить степень стабилизации направления скважин и механическую скорость бурения на 40-50% по сравнению с аналогичным показателем база сравнения - коронок 02И3
Технико-экономическая эффективность предлагаемого технического решения заключается в проведении скважины в заданную точку подсечения залежей полезного ископаемого при определенной производительности бурения. Экономический эффект на одну коронку составляет 3000,0 руб.