БУРОВАЯ КОРОНКА (ВАРИАНТЫ)
BORE BIT (VERSIONS)

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к коронкам для бурения с отбором керна, преимущественно по перемежающимся по твердости породам.
Известна буровая коронка, включающая корпус, головку с радиальными пазами на нижнем торце и сменные резцы, хвостовики которых установлены в радиальных пазах головки (см. авт. св. СССР №542816, кл. Е21В 10/02, 1974 г.).
К недостатку данной коронки следует отнести недостаточную эффективность из-за быстрого выхода резцов из строя, особенно при бурении по абразивным породам.
Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является буровая коронка, содержащая внутренний цилиндрический элемент с пазами в нижней части для размещения сменных резцедержателей с наклонной наружной поверхностью, зафиксированных наружным цилиндрическим элементом, соединенным с внутренним цилиндрическим элементом посредством резьбы (см. авт. св. СССР №926218, кл. Е21В 10/02, 1982)
К недостаткам данной коронки следует отнести сложность конструкции и, как следствие этого, малую надежность в работе. Сложность конструкции связана с фиксацией резцедержателя посредством бокового выступа, размещенного в специальной кольцевой выточке. Такое выполнение резцедержателя в коронках малого и среднего диаметров (59-112 мм) не гарантирует надежного соединения резцедержателей с корпусной деталью коронки, особенно с учетом малой толщины ее стенок. Другим недостатком известной коронки является трудность размещения резцедержателей на заданном диаметре из-за сложности точной радиальной установки их относительно корпусных элементов. Используемые для этой цели боковые выступы резцедержателей испытывают значительные знакопеременные нагрузки, что с учетом их малых размеров может привести к быстрому выходу из строя с оставлением резцедержателей на забое. Это в свою очередь может привести к тяжелым авариям. Кроме того, даже небольшое отклонение резцедержателей приводит к изменению диаметра скважины (в данном случае к его уменьшению), что также недопустимо с точки зрения технологии проведения скважин. В этом случае все последующие коронки подвергаются в зоне уменьшенного диаметра скважины законушению, что нарушает целостность коронки и резко снижает как проходку, так и скорость бурения.
В связи с изложенным техническим результатом изобретения является упрощение конструкции коронки и повышение ее технико-экономических показателей.
Указанный технический результат по первому варианту достигается тем, что в буровой коронке, содержащей внутренний цилиндрический элемент с пазами в нижней части для размещения сменных резцедержателей с наклонной наружной поверхностью, зафиксированных наружным цилиндрическим элементом, соединенным с внутренним цилиндрическим элементом посредством резьбы, согласно изобретению пазы в нижней части внутреннего цилиндрического элемента выполнены на его наружной поверхности, при этом пазы и размещенные в них резцедержатели выполнены с ответными коническими поверхностями с вершиной, расположенной со стороны, противоположной забою, при этом размещенные в пазах резцедержатели имеют конгруэнтную форму.
Достижению указанного технического результата способствует также и то, что внутренняя поверхность нижней части наружного цилиндрического элемента и контактирующая с ней наружная поверхность резцедержателей выполнены конической формы, параллельной конической поверхности внутренней поверхности резцедержателя.
По другому варианту указанный технический результат достигается тем, что в буровой коронке, содержащей внутренний цилиндрический элемент с пазами в нижней части для размещения сменных резцедержателей с наклонной наружной поверхностью, зафиксированных наружным цилиндрическим элементом, соединенным с внутренним цилиндрическим элементом посредством резьбы, согласно изобретению пазы в нижней части внутреннего цилиндрического элемента выполнены на его наружной поверхности и во фронтальной плоскости имеют вид трапеции, меньшее основание которой расположено со стороны забоя скважины, при этом размещенные в пазах резцедержатели имеют конгруэнтную форму.
Изобретение поясняется чертежами, на которых фиг.1 изображает общий вид коронки в разрезе, на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг.3 - резцедержатель и на фиг.4 - фрагмент коронки по второму варианту.
Буровая коронка включает внутренний цилиндрический элемент 1 с пазами 2 в нижней части для размещения сменных резцедержателей 3 с наклонной наружной поверхностью 4, зафиксированных наружным цилиндрическим элементом 5, соединенным с внутренним цилиндрическим элементом 1 посредством резьбы 6. По первому варианту пазы 2 в нижней части внутреннего цилиндрического элемента 1 выполнены на его наружной поверхности, при этом пазы 2 и размещенные в них резцедержатели 3 выполнены с ответными коническими поверхностями 7 с вершиной, расположенной со стороны, противоположной забою. Выполнение пазов 2 на наружной поверхности цилиндрического элемента 1 обеспечивает установку резцедержателей 3 точно по заданному диаметру, исключая их радиальное перемещение. Это достигается путем выполнения пазов 2 заданной глубины и хвостовиков резцедержателей 3 расчетной толщины. При этом внутренняя поверхность 4 нижней части наружного цилиндрического элемента 5 и контактирующая с ней наружная поверхность резцедержателей 3 выполнены конической формы, параллельной конической поверхности 7 внутренней поверхности резцедержателя 3. Угол конусности - α выбирается равным 2-4°. Параллельное выполнение конических поверхностей 4 и 7 резцедержателей 3 и цилиндрических элементов 1 и 5 позволяет значительно повысить качество изготовления коронки благодаря использованию одних и тех же обрабатывающих центров. Это благоприятно сказывается как на качестве изготовления коронок, так и стоимости их изготовления.
По другому варианту пазы 2 в нижней части внутреннего цилиндрического элемента 1 выполнены на его наружной поверхности во фронтальной плоскости в виде, преимущественно, равнобокой трапеции (фиг.4), меньшее основание которой расположено со стороны забоя скважины. При этом резцедержатели 3, размещенные в пазах 2 элемента 1, выполнены конгруэнтной формы, т.е. с ответными наклонными боковыми поверхностями 8, а внутренняя поверхность резцедержателей 3 и контактирующая с ней поверхность внутреннего цилиндрического элемента 1 могут иметь плоскую или цилиндрическую форму. Резцедержатели 3 оснащены породоразрушающими вставками 9, в качестве которых могут использоваться синтетические алмазы или твердый сплав в зависимости от твердости разбуриваемых пород.
Коронка работает следующим образом. После установки резцедержателей 3 в пазах 2 внутреннего цилиндрического элемента 1 их фиксируют там наружным цилиндрическим элементом 5, соединяемым с элементом 1 посредством резьбы 6. При этом конические поверхности 4 наружного элемента 5 и резцедержателя 3 при контакте обеспечивают плотное прижатие хвостовика резцедержателя 3 к внутреннему цилиндрическому элементу 1 и надежную фиксацию резцедержателя 3 в пазу 2. По первому варианту резцедержатель 3 фиксируется от осевого перемещения благодаря коническим поверхностям 7, а во втором варианте - благодаря выполнению хвостовика резцедержателя 3 во фронтальной плоскости в форме трапеции, меньшее основание которой расположено со стороны забоя скважины. В собранном виде коронку соединяют с бурильной колонной через колонковую трубу и спускают в скважину. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента породоразрушающие вставки 9 внедряются в породу и разрушают ее. Разрушенная порода выносится на поверхность промывочной жидкостью, прокачиваемой через бурильную колонну. В случае необходимости, например, при аномальном износе одного или нескольких породоразрушающих элементов 9 можно осуществить замену резцедержателей 3, на которых расположены изношенные породоразрушающие элементы 9, продолжить бурение до полного износа оставшихся породоразрушающих элементов 9 и тем самым увеличить ресурс работы коронки.
Применение предложенной коронки позволяет значительно упростить ее конструкцию, повысить качество изготовления, снизить стоимость и повысить эффективность работы.