АЛМАЗНАЯ БУРОВАЯ КОРОНКА

Полезная модель относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым коронкам, армированным объемными и подрезными породоразрушающими алмазными резцами и предназначенным для бурения скважин с отбором керна.
Полезная модель применима при направленном бурении скважин, бурении с существующей вероятностью искривления стволов скважин, бурении скважин с применением снарядов со съемным керноприемником.
Известна алмазная буровая коронка, содержащая цилиндрический корпус с присоединительной резьбой и алмазосодержащую матрицу, разделенную промывочными каналами на секторы различной длины (а.с. СССР №1631402, МКП Е 21 В 10/48, 13.10.1988). На внутренней поверхности цилиндрического корпуса выполнена продольная проточка, сообщенная с большим промывочным каналом. На внешней поверхности цилиндрического корпуса над большим промывочным каналом закреплены дополнительные подрезные алмазы.
Данная алмазная буровая коронка имеет следующие недостатки:
- для эффективного разрушения горных пород данной алмазной буровой коронкой требуется повышенное осевое усилие, что приводит к изгибу колонны бурильных труб, искривлению ствола скважины и нерациональному износу дорогостоящих породоразрушающих алмазных резцов;
- промывочные каналы различной длины данной алмазной буровой коронки не обеспечивают равномерного поступления промывочной жидкости на забой горной породы. Неравномерное поступление промывочной жидкости на забой скважины снижает эффективность выноса шлама в затрубное пространство;
- продольная проточка, выполненная на внутренней поверхности цилиндрического корпуса данной алмазной буровой коронки не способна обеспечить эффективной очистки забоя горной породы от выбуренного шлама, ввиду того, что при высоких параметрах режима бурения скважин скорость образования шлама намного выше скорости выноса шлама в затрубное пространство.
Известна буровая коронка, содержащая цилиндрический корпус с присоединительной резьбой и алмазосодержащую матрицу, разделенную промывочными каналами на две пары секторов, образующих внешний и внутренний рабочие контуры алмазосодержащей матрицы (а.с. СССР №1795072, МКП Е 21 В 10/48, 15.02.1993, бюл. №6). Промывочные каналы направлены в сторону, противоположную вращению буровой коронки. Образующие поверхности промывочных каналов выполнены в виде отрезка логарифмической кривой y=lnX, и входной частью промывочного канала, направленной под углом, меньшим 90°. Породоразрушающие алмазные резцы на секторах расположены по линиям, конгруэнтным боковым поверхностям, образующим промывочные каналы, причем каждая последующая линия расположения породоразрушающих алмазных резцов
отстоит от предыдущей на расстоянии не менее 2d, а породоразрушающие алмазные резцы на каждой последующей линии смещены вдоль этой линии на величину не менее 1/6d, где d - поперечный размер пород оразрушающего алмазного резца.
Данная буровая коронка имеет следующие недостатки:
- для эффективного разрушения горных пород данной буровой коронкой требуется повышенное осевое усилие, которое приводит к изгибу колонны бурильных труб и искривлению ствола скважины;
- промывочные каналы данной буровой коронки обеспечивают только призабойную циркуляцию промывочной жидкости. Дальнейшее движение промывочной жидкости с выбуренным шламом в затрубное пространство затруднено ввиду малой величины зазора между стенками скважины и буровой коронкой.
Наиболее близким по своей сущности и достигаемому результату к предлагаемой алмазной буровой коронке является алмазная буровая коронка, содержащая цилиндрический корпус с присоединительной резьбой и алмазосодержащую матрицу, разделенную промывочными каналами на сектора, образующие внешний и внутренний рабочие контуры алмазосодержащей матрицы и состоящие из ступенчатой и выдвинутой в сторону забоя пилотной частей (заявка РФ на изобретение №99105444, МКП Е 21 В 10/46, 27.12.2000, бюл. №36). Ступенчатая и пилотная части выполнены в виде отдельных секторов, расположенных чередующимися в шахматном порядке, при этом выдвинутые пилотные сектора относительно среднего
радиуса алмазосодержащей матрицы смещены во внутрь цилиндрического корпуса, а ступенчатые к периферии, образующие гидравлические камеры, сопряженные с промывочными каналами.
Прототип имеет следующие недостатки:
- гидравлические камеры, сопряженные с промывочными каналами способствуют повышению дифференциального давления в области забоя горной породы, что в свою очередь приводит к снижению эффективности процесса бурения скважин;
- расположение секторов чередованием в шахматном порядке приводит к возникновению в процессе бурения скважин дополнительных опрокидывающих моментов сил, действующих на каждый сектор. Это является причиной неравномерного разрушения забоя породы и искривления стволов скважин.
Технический результат заявляемой полезной модели - повышение эффективности процесса бурения скважин в совокупности с уменьшением искривления стволов скважин и эффективной очисткой забоя от выбуренного шлама.
Технический результат алмазной буровой коронки, включающей цилиндрический корпус с присоединительной резьбой и алмазосодержащую матрицу, разделенную промывочными каналами на секторы, причем, одни секторы смещены от центра цилиндрического корпуса и образуют внешний рабочий контур алмазосодержащей матрицы, другие секторы смещены к центру цилиндрического корпуса и образуют внутренний рабочий контур
алмазосодержащей матрицы, достигается тем, что длины одной пары секторов не равны длинам другой пары секторов, при этом на внутренней стороне цилиндрического корпуса алмазной буровой коронки напротив секторов, образующих внешний рабочий контур алмазосодержащей матрицы, выполнены внутренние продольные проточки в виде лопастей с наклоном в сторону противоположную вращению алмазной буровой коронки, а на внешней стороне цилиндрического корпуса алмазной буровой коронки напротив секторов, образующих внутренний рабочий контур алмазосодержащей матрицы, выполнены внешние продольные проточки в виде лопастей с наклоном в направлении вращения алмазной буровой коронки.
Благодаря тому, что длины одной пары секторов, образующих внешний рабочий контур алмазосодержащей матрицы не равны длинам другой пары секторов, образующих внутренний рабочий контур алмазосодержащей матрицы, форма торцевой части алмазной буровой коронки приобретает овальную форму с уменьшенной площадью рабочей части, что обеспечивает дополнительное пространство для проникновения промывочной жидкости в забойную зону, снижает величину осевого усилия, требуемого для эффективного процесса бурения скважин, приводит к уменьшению изгиба колонны бурильных труб, способствует снижению искривления ствола скважины и уменьшает нерациональный износ дорогостоящих породоразрушающих алмазных резцов.
Благодаря лопастной форме исполнения внутренних продольных проточек, образующие которых направлены в противоположную вращению алмазной буровой коронки сторону, освобождается пространство для активного квазитурбинного движения потока промывочной жидкости к забою скважины, что обеспечивает активное взаимодействие промывочной жидкости с забоем горной породы, снижение возможности заклинивания керна выбуренной горной породы обломками и частицами, отколовшимися в процессе работы, улучшение очистки забоя от шлама и охлаждение породоразрушающих алмазных резцов алмазной буровой коронки.
Так влияют признаки формулы изобретения на достижение поставленного технического результата.
Полезная модель поясняется чертежами. На фиг.1 показан общий вид заявляемой алмазной буровой коронки. На фиг.2 представлен вид со стороны рабочего торца предлагаемой алмазной буровой коронки.
Алмазная буровая коронка содержит цилиндрический корпус 1 с присоединительной резьбой 2, алмазосодержащую матрицу 3 разделенную промывочными каналами 4 на две пары секторов 5, 6 таким образом, чтобы забой скважины был полностью перекрыт в процессе бурения скважин. Секторы 5, 6 содержащие породоразрушающие алмазные резцы 7, 8, смещены от центра цилиндрического корпуса 1. Длины одной пары секторов 5 не равны длинам секторов другой пары 6.
На внутренней стороне цилиндрического корпуса алмазной буровой коронки 1 напротив секторов 5, образующих внешний рабочий контур
алмазосодержащей матрицы 3, выполнены внутренние продольные проточки 9 в виде лопастей с наклоном в сторону противоположную вращению алмазной буровой коронки. На внешней стороне цилиндрического корпуса алмазной буровой коронки 1 напротив секторов 6, образующих внутренний рабочий контур алмазосодержащей матрицы 3, выполнены внешние продольные проточки 10 в виде лопастей с наклоном в направлении вращения алмазной буровой коронки.
Внутренние 9 и внешние 10 продольные проточки обладают пониженным гидравлическим сопротивлением, лучшей транспортирующей способностью и обеспечивают дополнительное пространство для беспрепятственной и активной циркуляции промывочной жидкости, с целью своевременной очистки забоя скважины от шлама.
Предлагаемая алмазная буровая коронка работает следующим образом. В процессе вращения бурильной колонны породоразрушающие алмазные резцы 7, 8 алмазной буровой коронки разрушают забой скважины по всей его площади. Образующийся в процессе разрушения шлам поступает в промывочные каналы 4, подхватывается активным потоком промывочной жидкости, создаваемым благодаря внутренним лопастным продольным проточкам 9, и выносится в затрубное пространство. Эффективности выноса шлама в затрубное пространство способствуют внешние лопастные продольные проточки 10, образующие которых направлены в сторону вращения алмазной буровой коронки. При вращении алмазной буровой коронки, внешние лопастные продольные проточки 10 оказывают
дополнительное активное воздействие на движение жидкости вверх от забоя скважины.
Достижение технического результата приводит к повышению эффективности бурения скважин, снижению искривления стволов скважин, уменьшению нерационального износа породоразрушающих алмазных резцов.
На основании данных по экономическим показателям разведочного бурения скважин на одном из участков ГРЭ-324 ПГО «Сосновгеология» {Нескоромных В.В., Костин Ю.С. Теоретические основы механики разрушения и проектирования техники и технологии направленного бурения анизотропных пород. - Иркутск: ИрГТУ, 2000. - С.206-213], стоимость бурения 1 м скважины увеличивается пропорционально интенсивности искривления ствола скважины. Данная зависимость объясняется затратами, связанными с корректировкой направлений стволов скважин, отклонившихся в процессе работы. При этом повышение производительности буровых работ в совокупности с ростом интенсивности искривления стволов скважин было экономически невыгодным. Следовательно, необходимо использовать методы снижения искривления стволов скважин в сочетании с высокой производительностью буровых работ, чему способствует достижение технического результата.