Алмазная коронка для бурения

Полезная модель относится к области бурения геологоразведочных скважин в твердых анизотропных горных породах. Необходимость данного технического решения определяется тем, что при бурении анизотропных горных пород наблюдается искривление скважин, что снижает эффективность буровых работ, особенно при бурении глубоких скважин. Предлагаемая полезная модель способна решить проблему искривления скважин проходимых в анизотропных горных породах.
Для снижения искривления скважины известна конструкция алмазной коронки с опорными центрирующими элементами, расположенными на ее корпусе в виде опорного пояса (Будюков Ю.Е., В.И. Власюк, В.И. Спирин Алмазный инструмент для бурения направленных и многоствольных скважин. Тула, ЗАО «Гриф и К», 2007 г., стр. 56, рис. 2.6.). Наличие опорно-центрирующего пояса у данной коронки снижает угол перекоса коронки в скважине, но также не исключает искривления в процессе бурения.
Для бурения скважин в твердых анизотропных горных породах известны различные типы конструкций алмазных коронок с кольцевой алмазосодержащей матрицей обеспечивающей, одновременно, смещение режущей части торца матрицы.
Аналогом заявляемой полезной модели была принята алмазная коронка для бурения (RU №160827, Е21В 10/02, опубликовано 04.10.2016 г.), которая содержит корпус с резьбой, матрицу с алмазосодержащими секторами равных размеров и форм, с не равным их количеством, разделенными промывочными каналами различной ширины, алмазосодержащие сектора матрицы и элементы опорно-центрирующего пояса, расположенные на половине торца коронки с широкими промывочными каналами, дополнительно оснащены вставками в виде пластин из сверхтвердого материала.
Недостатком представленной конструкции является наличие опорно-центрирующих элементов пояса алмазной коронки расположенных за пределами части матрицы с широкими промывочными каналами, т.к. в процессе бурения эта часть пояса, исходя из характера работы породоразрушающего инструмента, не несет на себе стабилизирующих функций.
За прототип заявляемой полезной модели была выбрана алмазная коронка для бурения (RU №171734, Е21В 10/02, опубликовано 13.06.2017 г.), включающая корпус с резьбой, элементы опорно-центрирующего пояса, промывочные каналы одинаковой площади поперечного сечения и алмазосодержащие секторы трех геометрических форм в виде сегментов кольца - неизмененных и измененных первого и второго типа, при этом первый тип измененных алмазосодержащих секторов имеет больший внутренний диаметр, чем у неизмененных секторов, и второй тип алмазосодержащих секторов, имеющих одинаковый внутренний диаметр с неизмененными секторами, но меньший внешний диаметр, при этом суммарная ширина двух алмазосодержащих секторов первого и второго типа больше, чем ширина неизмененного сектора, и они расположены последовательно в одной из половин торца матрицы.
Недостатком данной конструкции является наличие опорно-центрирующих элементов пояса алмазной коронки расположенных на половине торца с неизмененными алмазосодержащими секторами, т.к. в процессе бурения эта часть пояса, исходя из характера работы породоразрушающего инструмента, не несет на себе стабилизирующих функций.
Предлагаемая алмазная коронка, включающая корпус с резьбой, промывочные каналы одинаковой площади поперечного сечения и алмазосодержащую матрицу, разделенную на две половины - с большей площадью поперечного сечения и с меньшей площадью поперечного сечения содержащей пластины из сверхтвердого материала, при этом, корпус алмазной коронки оснащен элементами опорно-центрирующего пояса с пластинами из сверхтвердого материала только со стороны половины торца с меньшей площадью поперечного сечения алмазосодержащей матрицы.
Наличие на корпусе элементов опорно-центрирующего пояса с пластинами из сверхтвердого материала со стороны половины торца матрицы с меньшей площадью поперечного сечения обеспечивает защиту от износа корпуса и боковой наружной части алмазосодержащей матрицы алмазной коронки. При этом оснащать корпус элементами опорно-центрирующего пояса с пластинами из сверхтвердого материала предлагается только со стороны алмазосодержащей матрицы с меньшей площадью поперечного сечения, т.к. сам механизм движения алмазной коронки данной конструкции предполагает ее прижатие, в процессе бурения, к стенке скважины именно той половиной алмазосодержащей матрицы, которая имеет меньшую площадь поперечного сечения при условии равномерного распределения алмазных резцов по всей ее площади.
Таким образом, наличие элементов опорно-центрирующего пояса только со стороны половины алмазосодержащей матрицы с меньшей площадью поперечного сечения делает инструмент более технологичным и дешевым в изготовлении, а значит и более эффективным.
На фиг. 1 показана заявляемая в качестве полезной модели алмазная коронка для бурения.
На фиг. 2 показана торцевая часть заявляемой алмазной коронки для бурения.
Предлагаемая алмазная коронка состоит из корпуса с резьбой 1, промывочных каналов одинаковой площади поперечного сечения 2, двух половин алмазосодержащей матрицы условно разделенных линией О-О с большей площадью поперечного сечения 3 и меньшей площадью поперечного сечения 4, элементов опорно-центрирующего пояса с пластинами из сверхтвердого материала 5, расположенных со стороны половины торца алмазосодержащей матрицы с меньшей площадью поперечного сечения 4 оснащенной пластинами из сверхтвердого материала 6 алмазосодержащей матрицы.
Предлагаемая коронка работает следующим образом.
При бурении очистной агент подается через промывочные каналы одинаковой площади поперечного сечения 2, когда алмазная коронка воспринимает действие осевого усилия, оно через корпус с резьбой 1 передается на алмазы обеих половин алмазосодержащих матриц 3 и 4, за счет чего они углубляются в породу. При этом за счет разности в площади, между половинами алмазосодержащей матрицы 3 и 4, возникают неуравновешенные силы сопротивления резанию-скалыванию, которые приводят к прижатию половины алмазосодержащей матрицы с меньшей площадью поперечного сечения 4 к стенке скважины которую, в свою очередь, защищают от износа элементы опорно-центрирующего пояса с пластинами из сверхтвердого материала 5 и пластины из сверхтвердого материала 6 алмазосодержащей матрицы.
б
м
б
м
б
м
Твердость половины алмазосодержащей матрицы с меньшей площадью поперечного сечения 4, определяется по коэффициенту, рассчитываемому по формуле: К=F/F. При этом твердость половины алмазосодержащей матрицы с меньшей площадью поперечного сечения 4 должна быть выше твердости половины алмазосодержащей матрицы с большей площадью поперечного сечения 3 в F/F раза, где F - площадь половины алмазосодержащей матрицы с большей площадью поперечного сечения, a F - площадь половины алмазосодержащей матрицы с меньшей площадью поперечного сечения.
Предлагаемая конструкция алмазной коронки позволит снизить себестоимость производства породоразрушающего инструмента без потери качества стабилизации направления бурящихся скважин, что, в конечном итоге, снизит стоимость погонного метра бурения и повысит эффективность буровых работ.