АЛМАЗНАЯ КОРОНКА ДЛЯ БУРЕНИЯ

Полезная модель относится к области бурения твердых анизотропных горных пород с отбором керна. Необходимость данного технического решения определяется тем, что при бурении анизотропных горных пород наблюдается искривление скважин, что снижает эффективность буровых работ. В связи с этим важно иметь такой буровой инструмент, который бы позволил решать задачу снижения искривления скважин в анизотропных горных породах.
Для бурения скважин в твердых породах применяются различные типы алмазных коронок с кольцевой алмазосодержащей матрицей, разделенной на сектора промывочными пазами равных размеров (см., например, Буровой инструмент для геологоразведочных скважин: Справочник / Н.И. Корнилов, Н.Н. Бухарев, А.Т. Киселев и др. М.: Недра, 1990, с. 52, 63, рис. 2.11, 2.12). Указанная коронка выполняется с матрицей, которая имеет определенную в зависимости от твердости и абразивности горных пород твердость алмазосодержащих секторов и их насыщенность алмазами. Боковая поверхность матрицы с наружной и внутренней стороны защищены от изнашивания пластинами из твердого и сверхтвердого материала.
Недостатком данного аналога является его низкая эффективность как средства снижающего искривление скважин.
За прототип принята алмазная коронка (патент на полезную модель №148333, Е21В 10/02, опубликовано 10.12.2014 г.), которая содержит корпус с резьбой, матрицу с алмазосодержащими секторами одной геометрической формы и размеров и промывочные каналы двух типов - узкий и широкий, что обеспечивает эксцентриситет торца матрицы, а также различную насыщенность алмазами секторов матрицы. У коронки-прототипа на одной из половин торца матрицы коронки выполнены два широких промывочных канала, между которыми по разную от широких промывочных каналов сторону имеется не равное количество алмазосодержащих секторов. Узкие промывочные каналы разделяют сектора матрицы коронки по обе стороны от широких промывочных пазов.
Наличие двух широких промывочных каналов и алмазосодержащих секторов между широкими промывочными каналами, обеспечивая эксцентриситет торца матрицы, исключает какой-либо существенный перекос алмазной коронки при бурении, а значит и дополнительный изгиб колонкового набора.
Недостатком прототипа является низкий ресурс из-за того, что различные по размеру промывочные каналы при бурении создают различные по величине гидравлические сопротивления на выходе бурового раствора из коронки: минимальные гидравлические сопротивления возникают в широких промывочных каналах, а максимальные в узких промывочных каналах, а в результате алмазосодержащие сектора, между которыми выполнены узкие промывочные каналы, охлаждаются при бурении недостаточно и поэтому более интенсивно изнашиваются, что снижает ресурс коронки.
Предлагаемая алмазная коронка содержит корпус с резьбой, матрицу с алмазосодержащими секторами одной геометрической формы и размеров, и промывочные каналы двух типов - узкий и широкий, что обеспечивает эксцентриситет торца матрицы, при этом в широких промывочных каналах установлены перегородки, перекрывающие каналы, а в перегородках выполнены отверстия у каждого крайнего алмазосодержащего сектора по обе стороны широкого промывочного канала. Таким образом, всего выполнено четыре отверстия в перегородках, при этом площадь каждого отверстия равна площади узкого промывочного канала. Перегородки, перекрывающие широкие промывочные каналы, выполнены тонкими и легко изнашиваемыми.
Наличие перегородок в широких промывочных каналах с двумя отверстиями в каждой из них обеспечивают равенство гидравлических сопротивлений при прокачивании бурового раствора через коронку при бурении, поскольку при прочих равных условиях величина гидравлических сопротивлений определяется площадью отверстий и каналов, через которые прокачивается жидкость. Поскольку площади каналов и отверстий равны, то и гидравлические сопротивления при прокачивании бурового раствора через коронку будут тоже равны. В результате буровой раствор будет в равных долях циркулировать через каналы и отверстия в матрице коронки и равномерно охлаждать ее алмазосодержащие сектора.
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 коронка состоит из корпуса 1 с резьбой 2, элементов опорно-центрирующего пояса 3, алмазосодержащих секторов матрицы 4, разделенной на сектора промывочными каналами 5 и 6. Промывочные каналы 5 выполнены одного стандартного размера, являются более узкими (ширина А), а промывочные каналы 6 выполнены более широкими (ширина В), чем промывочные каналы 5. При этом каналы 6 расположены в матрице 4 коронки таким образом, что обеспечивается эксцентриситет торца матрицы. Размер каналов 6 и их взаимное расположение на торце коронки задают величину эксцентриситета торца матрицы коронки 4.
Широкие промывочные каналы 6 перекрыты перегородками 7. Перегородки 7 выполнены из металла и едины с корпусом 1 коронки, но при этом их толщина очень мала, что обеспечивает перекрытие каналов 6, но определяет высокую изнашиваемость этих перегородок по высоте в процессе бурения. В перегородках 7 выполнены отверстия 8 для прохода бурового раствора. Возможен вариант изготовления перегородок 7 из мягкого металла типа дюралюминий для более быстрого изнашивания по высоте по мере изнашивания матрицы коронки.
Предлагаемая коронка работает следующим образом.
При бурении, когда алмазная коронка воспринимает действие осевого усилия, алмазы секторов матрицы 4 внедряются в горную породу. Наличие широких промывочных каналов 6 на торце матрицы обеспечивает вращение коронки вокруг оси скважины и, таким образом, исключается режим вращения с ориентированным перекосом коронки, при котором может происходить максимальное искривление ствола скважины (см. В.В. Нескоромных Направленное бурение и основы кернометрии: учеб. пособие для горно-геологических специальностей вузов / В.В. Нескоромных. - Иркутск: изд-во. ИрГТУ. - 2007, стр. 42, раздел 2.2.4).
Буровой раствор, который проходя через промывочные каналы 5 и отверстия 8 в перегородке 7, обеспечивает равномерное охлаждение алмазосодержащих секторов 4 матрицы коронки. В результате достигается как снижение интенсивности естественного искривления скважины при бурении скважины в анизотропной горной породе, так и высокий ресурс буровой коронки.
Опытная коронка в соответствии с заявкой на полезную модель прошла промышленные испытания, которые показали, что без перегородки в широких промывочных каналах достигается снижение искривления, но при этом ресурс коронки заметно ниже стандартной коронки, что стало следствием недостаточного охлаждения алмазосодержащих секторов коронки.