ТВЁРДОСПЛАВНАЯ БУРОВАЯ КОРОНКА

Техническое решение относится к области породоразрушающего инструмента, а именно к буровым коронкам с твердосплавным вооружением для бурения скважин с отбором керна.
Известна буровая коронка, включающая корпус, твердосплавные вставки и промывочные каналы (см. патент РФ №2462578). Недостатком этой коронки является не рациональная толщина твердосплавной пластины, что снижает качество изделия и технико-экономические показатели при бурении.
Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является буровая твердосплавная коронка, включающая корпус, твердосплавные пластины и промывочные каналы (см. Породоразрушающий инструмент. Справочник Н.И. Корнилов, B.C. Травкин, Л.К. Берестень и др., М. Недра 1979, 359 с, стр. 151).
Недостатком этой коронки является не рациональная схема установки твердосплавных пластин в корпусе, что обуславливает ее малую эффективность при бурении.
В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы коронки за счет увеличения проходки и скорости бурения.
Указанный технический результат достигается тем, что в твердосплавной буровой коронке включающей корпус, твердосплавные пластины и промывочные каналы, толщина твердосплавной пластины определяется по зависимости
,
где толщина твердосплавной пластины, м;
K - коэффициент пропорциональности (К=0,2÷0,6);
h - глубина внедрения твердосплавной пластины в породу, м;
σ - предел текучести горной породы, Мпа;
β - угол приострения твердосплавной пластины, градус;
φ - угол трения резца о породу, градус
а плоскость набегающей части пластины составляет острый угол с осевой продольной плоскостью.
Благодаря тому, что толщина твердосплавной пластины определяется по зависимости
где t - толщина твердосплавной пластины, м;
K - коэффициент пропорциональности (K=0,2÷0,6);
h - глубина внедрения твердосплавной пластины в породу, м;
σ - предел текучести горной породы, Мпа;
β - угол приострения твердосплавной пластины, градус;
φ - угол трения резца о породу, градус
уменьшается износ вследствие изгиба твердосплавных пластин и повышается проходка на коронку при бурении.
Согласно теории бурения (см. Будюков Ю.Е., Слюсарь И.Е. Аналитическое определение рациональной осевой нагрузки на резцовую коронку. - записки ЛГИ, т. 71, вып. 2. - Л, 1976 - с. 51-54). Глубина внедрения пластинчатого резца определяется по зависимости
где h - глубина внедрения твердосплавной пластины в породу, м;
P - осевая нагрузка на твердосплавную пластину, Н;
b - ширина твердосплавной пластины, м;
σ - предел текучести горной породы, МПа;
β - угол приострения твердосплавной пластины, градус;
φ - угол трения резца (пластины), градус.
Ширина твердосплавной пластины определяется по формуле
где b - ширина твердосплавной пластины, м;
K - коэффициент пропорциональности (K=0,2÷0,6);
t - толщина твердосплавной пластины, м.
Подставив выражение (2) и (3) в формулу (1) после преобразований получим
где t - толщина твердосплавной пластины, м;
K - коэффициент пропорциональности (K=0,2÷0,6);
h - глубина внедрения твердосплавной пластины в породу, м;
σ - предел текучести горной породы, Мпа;
β - угол приострения твердосплавной пластины, градус;
φ - угол трения резца о породу, градус.
Используя зависимость (4) можно рассчитать рациональную толщину твердосплавной пластины, при которой износ этой пластины будет минимальным, а проходка на коронку будет максимальной.
Вследствие того, что плоскость набегающей части пластины составляет острый угол с осевой продольной плоскостью при работе коронки на забое образовавшаяся разрушенная горная порода (буровой шлам) транспортируется набегающей частью твердосплавной пластины в затрубное пространство и подхватывается там потоком промывочной жидкости и уносится к устью скважины, благодаря чему не происходит вторичное разрушение частиц горной породы (бурового шлама) на забое скважины, что обуславливает повышение проходки на коронку и механической скорости при бурении ею.
Техническое решение поясняется чертежами, на которых фиг. 1 изображает общий вид коронки в разрезе, на фиг. 2 - вид коронки со стороны рабочего торца.
1
Твердосплавная буровая коронка, имеющая наружный диаметр D и внутренний диаметр D, состоит из корпуса 1, твердосплавных пластин 2, имеющих толщину t, между которыми расположены промывочные каналы 3.
Принцип работы коронки заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента твердосплавные пластины 2 внедряются в горную породу и разрушают ее. Вследствие выбора рациональной толщины пластины «t» по зависимости (4) все пластины коронки работают устойчиво и без вибраций и сколов, что способствует повышению стойкости коронки. Одновременно вследствие того, что набегающая часть пластины 2 составляет острый угол α с осевой продольной плоскостью разрушенная порода транспортируется в затрубное пространство, где она подхватывается потоком промывочной жидкости, поступающей через бурильные трубы и корпус коронки на забой, и уносится к устью скважины, полностью очистив забой, что способствует повышению проходки на коронку и механической скорости бурения ею.
Таким образом, предложенная зависимость для выбора рациональной толщины пластины и схема расположения твердосплавных пластин способствует повышению проходки на коронку и механической скорости бурения и увеличивает эффективность работы буровой коронки.
Технико-экономическая эффективность предлагаемого технического решения заключается в повышении эксплуатационной стойкости коронки и механической скорости бурения ею.