КОРОНКА ДЛЯ БУРЕНИЯ С ГИДРООТТАЙКОЙ
BORE BIT WITH HYDRODEFROSTATION

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, используемому при бурении скважин и шпуров при гидравлическом оттаивании мерзлых пород.
Известна коронка для бурения скважин, содержащая корпус с твердосплавными рабочими элементами и хвостовик с резьбой и сегментными выточками на наружной поверхности, расположенными на диаметрально противоположные сторонах хвостовика (см. авт. св. СССР №316846, кл. E21B 10/36, 1971 г.).
К недостаткам данной коронки следует отнести значительные потери очистного агента из-за невозможности надежной герметизации зазора между контактирующими торцами корпуса коронки и присоединительной буровой штанги.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является коронка для бурения с гидрооттайкой, содержащая полый корпус с рабочей головкой, армированной твердосплавными пластинами, хвостовиком с присоединительным узлом и промывочными каналами в рабочей головке и хвостовике (см. авт. св. СССР №693001, кл. E21B 10/36, 1979 г.).
Недостатком прототипа является малая надежность и низкая эффективность при работе в режиме гидрооттайки вечномерзлых грунтов, а также технологическая сложность перевода коронки в режим гидрооттайки. Связано это с тем, что как и в аналоге сложно обеспечить герметизацию узла контакта корпуса с бурильной колонной, а из-за этого неизбежны значительные потери очистного агента. Сложность перевода коронки в режим гидрооттайки связана с необходимостью создания значительного осевого усилия для отвинчивании бурильной колонны от хвостовика. Этот недостаток усугубляется при работе в неоднородных породах, что особенно характерно для грунтов в зоне вечной мерзлоты. Еще одним недостатком коронки является резьбовое соединение бурильной колонны с хвостовиком, что не всегда оправдано, т.к в целом ряде случаев коническое соединение коронки с бурильной колонной является более эффективным, в частности при бурении ударно-вращательным способом. Это ограничивает область применения коронки.
В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы коронки с гидрооттайкой, упрощение перевода коронки в этот режим и расширение области ее применения.
Указанный технический результат достигается тем, что в коронке для бурения скважин с гидрооттайкой, содержащей полый корпус с рабочей головкой, армированной твердосплавными пластинами, хвостовиком с присоединительным узлом и промывочными каналами в рабочей головке и хвостовике, согласно изобретению она снабжена размещенной в полости корпуса подпружиненной втулкой с радиальными каналами и направляющим узлом, обеспечивающим совмещение радиальных каналов хвостовика и втулки при переводе коронки в режим гидрооттайки, при этом канал корпуса выполнен с уступом, а пружина установлена между уступом в канале корпуса и нижним торцом втулки.
Достижению указанного технического результата способствует также и то, что:
- направляющий узел выполнен в виде шлицевого соединения втулки с хвостовиком;
- направляющий узел выполнен в виде стержня на наружной поверхности втулки и паза под стержень на внутренней поверхности хвостовика;
- коронка снабжена ограничителем хода втулки;
- ограничитель хода втулки выполнен в виде резьбовой втулки, размещенной в полости хвостовика, выполненного с ответной резьбой;
- ограничитель хода втулки выполнен в виде стержня, соединенного с хвостовиком корпуса и выступающего за его внутренний диаметр.
Изобретение поясняется чертежами, на которых фиг.1 изображает коронку в рабочем положении, фиг.2 - то же в процессе инъекции теплоносителя в мерзлый грунт (в процессе гидрооттайки); на фиг.3 - вариант выполнения направляющего узла.
Буровая коронка содержит полый корпус 1 с рабочей головкой 2, армированной твердосплавными пластинами 3, хвостовиком 4 с узлом для соединения с бурильной колонной 5 и промывочными каналами 6 и 7 в рабочей головке 2 и хвостовике 4. Коронка снабжена размещенной в полости 8 корпуса 1 подпружиненной втулкой 9 с радиальными каналами 10 и направляющим узлом, обеспечивающим совмещение радиальных каналов 7 и 10 хвостовика 4 и втулки 9 при переводе коронки в режим гидрооттайки. При этом канал 8 корпуса 1 выполнен с уступом 11 под пружину сжатия 12, установленной между уступом 11 и нижним торцом втулки 9. Направляющий узел коронки может быть выполнен в виде шлицевого соединения втулки 9 с хвостовиком 4; где выступы 15 одного элемента входят во впадины 16 другого элемента. Предусмотрен вариант выполнения направляющего узла в виде стержня 18 на наружной поверхности втулки 9 и паза 19 под стержень 18 на внутренней поверхности хвостовика коронки, причем стержень выступает за его внутренний диаметр и взаимодействует с верхним торцом втулки 9 при нахождении коронки в режиме гидрооттайки.
Для гарантированного совмещения радиальных каналов 7 и 10 соответственно хвостовика 4 и втулки 9 коронка снабжена ограничителем хода втулки 9. Ограничитель хода может быть выполнен в виде резьбовой втулки 14, размещенной в полости хвостовика 4, выполненной с ответной резьбой, или в виде стержня 13, соединенного с хвостовиком корпуса 1. Для герметизации зазора между хвостовиком 4 корпуса 1 и втулкой 9 используются уплотнительные кольца 17.
В процессе бурения промывочная жидкость по внутреннему каналу бурильной колонны 5 поступает в центральный канал 8 коронки и через промывочные каналы 6 направляется в призабойную зону скважины. В это время втулка 9 за счет перепада давления, создаваемого разностью поперечных сечений каналов 6 и 8, находится в крайнем нижнем положении и ее радиальные каналы 10 смещены относительно радиальных каналов 7 хвостовика 4 и жидкость через них не поступает на забой, что обеспечивается уплотнительными кольцами 17.
По окончании процесса бурения бурильная колонна отсоединяется от вертлюга бурового станка и к ней подводится вода-теплоноситель для продолжительной инъекции в мерзлые породы, причем теплоноситель подается через трубы с меньшим давлением. Это давление должно быть меньше усилия пружины 12. Благодаря этому пружина 12 отжимает втулку 9 в крайнее верхнее положение, которое задается ограничителями 13 и 14. В этом положении радиальные каналы 7 и 10 хвостовика 4 втулки 10 совпадают по высоте, а совмещение каналов 7 и 10 по окружности обеспечивается шлицевым соединением хвостовика 4 и втулки 9. В результате совмещения каналов 7 и 10 вода-теплоноситель подается из полости бурильной колонны 5 через каналы 7 и 10 в грунт для гидрооттайки пород. Следует особо отметить, что перевод коронки из рабочего положения в режим гидрооттайки осуществляется автоматически, без приложения крутящего момента. Это позволяет использовать конусное соединение коронки с буровой штангой, что обеспечивает, с одной, стороны высокую герметичность соединения, а с другой стороны, - расширяет и область применения буровой коронки, например позволяет применять коронку с погружными ударными механизмами, такими как гидро- и пневмоударники. Применение погружных механизмов в ряде случаев позволяет значительно повысить технико-экономические показатели бурения.
Такое выполнение коронки расширяет область ее применения, повышает эффективность работы коронки с гидрооттайкой, расширяет область ее применения и значительно упрощает перевод коронки из одного режима работы в другой.