ГОЛОВКА БУРИЛЬНАЯ

Полезная модель относится к устройствам для бурения скважин с отбором керна, в частности к головкам бурильным.
Известны головки бурильные, содержащие корпус с промывочными каналами и лопастями, боковая поверхность которых оснащена калибрующими вставками, а профиль армирован резцами PDC, корпус имеет внутреннюю полость для установки кернорвателя, а также присоединительную резьбу для соединения с керноотборным снарядом (каталог продукции открытого акционерного общества «ВБМ-групп»: «Буровые долота, калибраторы, центраторы», с.46, 2010 г.).
Недостатком указанных головок бурильных является их низкая износостойкость при бурении с отбором керна, вследствие того что не реализована возможность размещения наибольшего количества резцов на лопастях, особенно при бурении твердых пород.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому устройству является бурильная головка, содержащая корпус с промывочными каналами и лопастями, боковая поверхность которых оснащена калибрующими вставками, а профиль армирован резцами PDC, таким образом, что на каждой лопасти расположено по два ряда резцов, корпус имеет внутреннюю полость для установки кернователя, а также присоединительную резьбу для соединения с керноотборным снарядом. При этом каждый резец второго ряда расположен между двумя резцами первого ряда (каталог продукции Совместного предприятия закрытого акционерного общества «УДОЛ»: «Инструмент для отбора керна», с.13, 2010 г.
Недостатком бурильной головки, выбранной в качестве прототипа, является то, что при отборе такой бурильной головкой керна в твердых породах возникают вибрации, которые разрушают резцы PDC, снижая показатель стойкости бурильной головки. Возникновение вибраций происходит за счет того, что головка бурильная не имеет элементов, играющих роль стабилизаторов.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое устройство заключается в повышении эффективности работы головки бурильной, путем достижения технического результата - снижения вибрации головки бурильной при отборе керна.
Поставленная задача решается с помощью головки бурильной, содержащей корпус с промывочными каналами и лопастями, боковая поверхность которых оснащена калибрующими вставками, а профиль армирован резцами, таким образом, что на каждой лопасти расположено по два ряда резцов, корпус имеет внутреннюю полость для установки кернователя, а также присоединительную резьбу для соединения с керноотборным снарядом.
Согласно предлагаемому техническому решению каждый резец второго ряда размещен строго за резцом первого ряда и находится ниже относительно профиля головки бурильной или на одном уровне с соответствующим резцом первого ряда, но предпочтительнее выполнение резцов второго ряда ниже на величину, выбираемую из интервала 0…0,15d, где d - диаметр резцов первого ряда.
В качестве резцов могут быть использованы резцы из любого износостойкого материала (алмазные PDC резцы, твердосплавные резцы, резцы из твердого сплава, импрегнированного алмазной крошкой и т.д.), но предпочтительнее использование алмазных PDC резцов, гораздо менее склонных к истиранию.
Калибрующие вставки могут быть выполнены из любого износостойкого материала (PDC, твердый сплав, твердый сплав с импрегнированной алмазной крошкой и т.д.).
Количество лопастей может варьироваться от четырех и более, в зависимости от геологических условий применения головки бурильной.
Диаметр резцов второго ряда может быть равен диаметру резцов первого ряда или отличаться от него в зависимости от геологических условий применения головки бурильной.
Угол установки резцов первого ряда варьируется, преимущественно, в пределах от 15 до 45° в зависимости от твердости буримой породы, а также от места расположения резца в бурильной головке.
Угол установки резцов второго ряда может быть равен углу установки резцов первого ряда или отличаться от него.
При работе заявляемого инструмента, резец первого ряда выполняет основную работу по разрушению породы, в то время как резец второго ряда выполняет вспомогательную функцию - ограничивает внедрение первого резца в породу в случае резкого увеличения осевой силы либо при возникновении осевых вибраций. Таким образом, улучшаются условия работы резца первого ряда, снижаются контактные напряжения на границе «резец-порода», и увеличивается износостойкость резца.
В случае износа породоразрушающего резца первого ряда, часть работы по разрушению породы выполняет резец второго ряда. В этом случае резец второго ряда также ограничивает внедрение резца первого ряда в породу в случае резкого увеличения осевой силы либо при возникновении осевых вибраций.
Таким образом, достигается технический результат - снижение вибрации головки бурильной при отборе керна, и, следовательно, обеспечивается решение задачи, на выполнение которой направлено заявляемое техническое устройство, а именно, повышается эффективность работы головки бурильной.
Сравнение предлагаемого устройства с прототипом выявляет наличие нескольких отличительных признаков:
- иное расположение резцов второго ряда относительно резцов первого ряда;
- другие материалы изготовления резцов.
Наличие данных признаков свидетельствует о соответствии предлагаемого технического решения критерию «новизна».
В заявке приведены все средства, с помощью которых возможно осуществление полезной модели, что соответствует критерию «промышленная применимость».
Сущность технического решения поясняется чертежами.
На фиг.1 (а, б) изображены аксонометрический вид и осевой разрез головки бурильной с восемью лопастями, на фиг.2 - схематично изображено расположение резцов в головке бурильной, где 1 - резец первого ряда, 2 - резец второго ряда, α - угол установки резцов первого ряда, β - угол установки резцов второго ряда, Δ - разновысотность резцов первого и второго ряда; на фиг.3 - изображена головка бурильная в действии; на фиг.4 - изображен процесс разрушения породы еще не изношенными резцами, на фиг.5 - изображен процесс разрушения породы частично изношенными резцами.
Устройство состоит из корпуса 3 (фиг.1а), лопастей, профиль которых армирован резцами PDC 4. На боковых поверхностях лопастей расположены калибрующие вставки 5, Для вывода буровой промывочной жидкости в корпусе бурильной головки предусмотрены промывочные каналы 6 (фиг.1б). Для предохранения корпуса от эрозии, в месте выхода промывочного отверстия расположены твердосплавные насадки 7. В корпусе бурильной головки выполнена расточка 8 для расположения кернорвателя керноотборного снаряда. Бурильная головка присоединяется к керноотборному снаряду с помощью резьбы 9, которая, как правило, является конической.
Устройство работает следующим образом. От корпуса керноотборного снаряда 10 (фиг.3) бурильной головке 11 передаются осевая сила и вращающий момент. Под действием этих сил бурильная головка резцами 4 внедряется в породу 12 и разрушает ее. Поток буровой промывочной жидкости 13,выходя через твердосплавную насадку 7, омывает забой и удаляет частицы разрушенной породы из призабойной зоны, одновременно с этим охлаждая резцы. Таким образом, бурильная головка углубляется в породу, формируя в центральной части фрагмент породы цилиндрической формы - керн 14, который, минуя кернорватель 15, заходит в полость керноприемной трубы 16,в которой керн впоследствии доставляется на поверхность.