БУРОВАЯ КОРОНКА
DRILLING BIT

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, используемому при бурении скважин и шпуров преимущественно по выбросоопасным пластам.
Известна коронка для бурения скважин, содержащая корпус с твердосплавными рабочими элементами и хвостовик с резьбой и сегментными выточками на наружной поверхности, расположенными на диаметрально противоположных сторонах хвостовика (см. авт.св. СССР №316846, кл. E21B 10/36, 1971).
К недостаткам данной коронки следует отнести ограниченную область применения, т.к. она предназначена только для бурения скважин. В случае необходимости проведения работ по дегазации метаносодержащих пластов данная коронка вместе с буровым снарядом поднимается на поверхность и вместо нее в скважину спускают специальный инструмент с несколькими радиальными насадками для формирования высоконапорных струй, посредством которых и создают в пластах полости для их дегазации. Такой способ ведения работ связан со значительными непроизводительными операциями, а именно с дополнительными работами по проведению спуско-подъемных операций, что значительно снижает производительность буровых работ.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является буровая коронка, содержащая полый корпус с рабочей головкой, армированной породоразрушающими элементами, и радиальными, и осевыми каналами, и размещенную в полости корпуса с возможностью ограниченного осевого перемещения втулку с осевыми и радиальными каналами (см. авт.св. СССР №697712, кл. E21B 10/42, 1981).
Недостатком прототипа является значительная потеря гидравлической мощности в процессе бурения скважин или шпуров, что связано с лабиринтной схемой промывки. Промывочная жидкость вначале проходит через радиальные каналы втулки, а затем через осевые каналы в корпусе коронки подается на забой. При этом центральная часть забоя не промывается, что ведет к образованию там «шламовой подушки» и значительному «поглощению» осевой нагрузки. Все это ведет к снижению как скорости бурения, так и проходки на коронку. Другим недостатком коронки является сложность изготовления, особенно это касается коронок малого диаметра. Это объясняется ограниченной толщиной стенок корпуса в таких коронках. С одной стороны это требует большой точности, т.к. в противном случае возможен выход канала на наружную или внутреннюю поверхность корпуса, что нарушает всю систему промывки. С другой стороны малая толщина стенок позволяет использовать каналы только небольшого диаметра, создающих значительное гидравлическое сопротивление при промывке.
В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы коронки и ее технико-экономических показателей при одновременном упрощении технологии ее изготовления.
Указанный технический результат достигается тем, что в буровой коронке, содержащей полый корпус с рабочей головкой, армированной породоразрушающими элементами и выполненной с радиальными и осевыми каналами, и размещенную в полости корпуса с возможностью ограниченного осевого перемещения втулку с осевыми и радиальными каналами, согласно изобретению втулка выполнена в виде подпружиненного в осевом направлении стакана с осевым каналом на дне и выступами на боковой поверхности, размещенными в винтовых канавках, выполненных на внутренней поверхности корпуса, при этом радиальные и осевые каналы стакана и корпуса сообщаются между собой в крайнем верхнем и нижнем положении стакана.
Достижению указанного технического результата способствует также и то, что;
- стакан выполнен с седлом под бросовый клапан, образованным стенками осевого канала;
- пружина стакана размещена между его дном и дном корпуса коронки.
Изобретение поясняется чертежом, на котором изображен общий вид коронки в продольном разрезе.
Буровая коронка содержит полый корпус 1 с рабочей головкой 15, выполненной с напорными каналами 2, очистными пазами 3 и армированной породоразрушающими элементами 4. В верхней части корпуса 1 коронки выполнены радиальные каналы 5. В полости корпуса 1 размещена втулка 6 с осевыми 9 и радиальными 12 каналами и с выступами 7 на наружной поверхности, размещенными в винтовых пазах 8 на внутренней поверхности корпуса 1. Выступы 7 являются сменными и жестко соединены со стаканом 6. Между дном стакана 6 и дном корпуса 1 размещена пружина 11, рассчитанная таким образом, чтобы удерживать стакан 6 в режиме бурения в крайнем верхнем положении. Герметизация стакана 6 осуществляется уплотнительными кольцами 13, размещенными на внутренней поверхности корпуса 1 коронки или на наружной поверхности стакана 6. Выполнение напорных каналов 2 через донную часть корпуса 1 позволяет регулировать объем прокачиваемой жидкости при одновременном упрощении технологии их сверления по сравнению с прототипом.
В процессе бурения промывочная жидкость по внутреннему каналу бурильной колонны поступает в полость стакана 6 и через открытый канал 9 в стакане 6 и напорные каналы 2 в корпусе 1 коронки направляется в призабойную зону скважины, омывая весь забой. В это время стакан 6 за счет усилия пружины 11 находится в крайнем верхнем положении, и его радиальные каналы 12 смещены относительно радиальных каналов 5 корпуса 1, а жидкость через них не поступает на забой, что обеспечивается уплотнительными кольцами 13. Для достижения гидромониторного эффекта при бурении скважин по мягким и средней твердости породам корпус 1 коронки может быть оснащен соплами 14, размещенными в осевых каналах 2 рабочей головки 15 корпуса 1. Разрушенная рабочими элементами 4 порода выносится с забоя скважины через шламоотводящие пазы 3. Для удобства сборки коронки корпус 1 ее может быть выполнен разъемным (на чертеже показан штрихпунктиром), при этом верхняя часть корпуса 1 используется как упор для стакана 6.
По достижении заданного интервала прекращают процесс бурения и проводят дегазацию метаносодержащих пластов для повышения безопасности работ как в процессе бурения, так и при разработке месторождения. Для этого через бурильную колонну сбрасывают шаровой клапан 10, который садится в седло на дне стакана 6, образованное стенками осевого канала 9, и перекрывает последний. Под действием промывочной жидкости, давление которой больше, чем в процессе бурения, пружина 11 сжимается и стакан 6 перемещается в крайнее нижнее положение, поворачиваясь вокруг своей оси. Поворот стакана 6 обеспечивается благодаря использованию винтовой канавки 8, по которой перемещаются выступы 7, жестко соединенные с корпусом 1. Использование винтовой канавки 8 позволяет повысить герметичность уплотняемых поверхностей благодаря удалению радиальных каналов корпуса 1 и стакана одних относительно других как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях при осевом перемещении стакана 6. В крайнем нижнем положении происходит совмещение радиальных каналов 5 и 12 соответственно корпуса 1 и стакана 6. При этом весь объем промывочной жидкости направляется через радиальные каналы 12 и 5, и истекающая из них высоконапорная струя промывочной жидкости образует в скважине при медленном вращении колонны полость заданной величины.
Такое выполнение коронки повышает эффективность ее работы и ее технико-экономические показатели при одновременном упрощении технологии ее изготовления.