КОРОНКА ДЛЯ УДАРНО-ВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ
CROWN FOR IMPACT-ROTARY DRILLING

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к коронкам для ударно-вращательного бурения, преимущественно по монолитным твердым породам.
Известна коронка для ударно-вращательного бурения, содержащая корпус, рабочий торец которого армирован скважино-, кернообразующими и центральными твердосплавными вставками, последние из которых установлены с опережением по высоте относительных первых (см. авт.св. СССР №222671, кл. Е21В 10/02, 1971 г.).
Существенным недостатком данной коронки является быстрый износ скважино- и кернообразующих вставок в процессе вращения в промежутках времени между ударами, так как сила прижатия их к забою неизменна и определяется осевой нагрузкой.
Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является коронка для ударно-вращательного бурения, содержащая корпус с очистными пазами, разделяющими торец коронки на секторы, армированные скважино- и кернообразующими резцами, расположенными в передней части сектора, и расположенными в задней части сектора центральными резцами большего диаметра с большим вылетом и со скошенной вершиной (см. авт.св. СССР №1093783, кл. Е21В 10/36, 1984 г.).
Данная коронка обеспечивает по сравнению с аналогом более высокую стойкость. Однако она также не лишена определенных недостатков. К недостаткам прототипа следует отнести в первую очередь сравнительно высокую энергоемкость процесса разрушения породы, что значительно снижает эффективность работы коронки, особенно при бурении по твердым монолитным породам.
В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы коронки путем снижения энергоемкости процесса разрушения твердых монолитных пород.
Указанный технический результат достигается тем, что в коронке для ударно-вращательного бурения, содержащей корпус с очистными пазами, разделяющими торец коронки на секторы, армированные скважино- и кернообразующими резцами, расположенными в передней части сектора, и расположенными в задней части сектора центральными резцами большего диаметра с большим вылетом и со скошенной вершиной, согласно изобретению, по меньшей мере, часть скважино- и кернообразующих резцов выполнена с клиновидной рабочей головкой, лезвия которых в каждом секторе ориентированы под разным углом к радиусу коронки.
Достижению указанного технического результата способствует также и то, что:
- резцы с клиновидной рабочей головкой установлены с чередованием по ходу вращения с резцами, имеющими полусферическую рабочую головку;
- хвостовики центральных резцов установлены с положительным углом наклона - α, определяемым по формуле: α=β+(1-5)°, где β - угол скоса вершины центральных резцов.
Изобретение поясняется чертежами, на которых фиг.1 изображает общий вид выполнения буровой коронки со стороны рабочего торца; фиг.2 - вид А на фиг.1.
Буровая коронка содержит корпус 1, скважино-, кернообразующие и центральные резцы 2, 3 и 4 соответственно, очистные пазы 5, разделяющие торец коронки на рабочие секторы 6. Количество резцов 2, 3 и 4 во всех секторах одинаково и выбирается в зависимости от диаметра резцов и диаметра коронки. Расстояние между скважино- и кернообразующими резцами 2 и 3 выбирается в зависимости от структуры и текстуры разрушаемых пород. Количество центральных резцов 4 соответствует количеству секторов 6 коронки. Располагают их в задней части каждого сектора по ходу вращения коронки с перекрытием зазора между скважино- и кернообразующими резцами 2 и 3. Эти резцы имеют больший диаметр по сравнению с резцами 2 и 3 и установлены с некоторым опережением - h относительно них по высоте, исключающим трение резцов 2 и 3 о породу между ударами. Это достигается в том случае, когда величина опережения резцов 4 больше глубины внедрения резцов 2 и 3. Рабочая головка центральных резцов 4 выполнена со скосом - β, составляющим 15-30° в сторону вращения коронки, а хвостовик 7 их установлен с положительным углом наклона - α, определяемым по формуле: α=β+(1-5)°, где β - угол скоса вершины центральных резцов 4. Такая схема расположения резцов 4 обеспечивает передачу осевой нагрузки без возникновения составляющих усилий, способствующих расшатыванию хвостовика 7 резцов 4 в гнездах 8 корпуса 1. Это повышает надежность крепления центральных резцов 4. Кроме того, предложенная схема расположения рабочей кромки 9 резцов 4 обеспечивает более эффективное разрушение горных пород. Этому способствует также и оснащение скважино- и кернообразующих резцов 2 и 3 каждого сектора 6, по меньшей мере, несколькими резцами с клиновидной рабочей головкой 10, которые чередуются по ходу вращения коронки с резцами, имеющими полусферическую рабочую головку 2 и 3. Причем рабочие кромки 9 резцов с клиновидными рабочими головками в каждом секторе 6 ориентированы под разным углом к радиусу коронки. Это уменьшает вероятность образования «забойной рейки», которая значительно снижает эффективность разрушения породы и увеличивает энергоемкость этого процесса.
Коронка работает следующим образом. Под действием крутящего момента и ударной осевой нагрузки резцы 2, 3 и 4 внедряются в породу и разрушают ее. При этом центральные резцы 4 внедряются в породу на большую глубину, так как в начальный момент приложения осевой нагрузки на них приходится практически вся энергия удара. При вращении коронки скошенная поверхность резцов 4 «наезжает» на неразрушенный участок породы между скважино- и кернообразующими резцами 2 и 3 и поднимает последние из образованных ими лунок и тем самым исключает их трение о породу, а следовательно, и уменьшает их износ. Следующий удар резцов происходит в момент нахождения центральных резцов 4 над неразрушенным участком. В этом случае осевая нагрузка на резцы увеличивается за счет сжатия элементов бурового снаряда, что увеличивает эффективность разрушения породы. Этому способствует также и образование дополнительной плоскости обнажения за счет разновысотности резцов 2, 3 и 4 и более эффективному разрушению породы резцами с клиновидной рабочей головкой при контакте с предварительно смятой породой полусферическими рабочими головками резцов 2 и 3. Образующийся при этом шлам выносится с забоя очистным агентом, подаваемым через пазы 5.
Применение предложенной коронки обеспечивает увеличение проходки за счет более надежного крепления центральных резцов и механической скорости бурения за счет снижения энергоемкости процесса разрушения породы, и, как следствие этого, достигается снижение стоимости буровых работ.