АЛМАЗНЫЙ БУРОВОЙ ИНСТРУМЕНТ
DIAMOND DRILLING TOOL

Изобретение относится к области породоразрушающего инструмента, а именно к буровым коронкам и долотам с алмазным вооружением для бурения скважин с отбором керна и сплошным забоем.
Известна буровая коронка, включающая корпус, алмазосодержащую матрицу, соединенную с корпусом приварочным слоем и разделенную промывочными пазами на отдельные секторы (см. справочник «Породоразрушающий инструмент для геологоразведочных скважин», М., Недра, 1979 г., с.70-71, рис.11.20а).
Недостатком этой коронки является малая надежность крепления матрицы к корпусу, вследствие чего часто наблюдаются случаи оставления матрицы на забое.
Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является алмазный буровой инструмент, включающий корпус с присоединительной резьбой и матрицу, армированную алмазами, размещенными в несколько рядов в лунках трафареток, изготовленных из более мягкого материала по сравнению с материалом матрицы (см. авт. св. СССР №310027, кл. Е21В 10/48, 1971 г.).
К недостаткам данного бурового инструмента следует отнести малую стойкость, что связано с попаданием частиц отработанных нижележащих слоев алмазов под торец матрицы. Эти разрушенные зерна выбивают алмазы выше расположенного и введенного в работу слоя алмазов и тем самым снижают как проходку, так и механическую скорость бурения.
В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы бурового инструмента путем лучшей очистки забоя от шлама.
Указанный технический результат достигается тем, что в алмазном буровом инструменте, включающим корпус с присоединительной резьбой и матрицу, армированную алмазами, размещенными в несколько рядов в лунках трафареток, изготовленных из более мягкого материала по сравнению с материалом матрицы, согласно изобретению корпус оснащен несколькими герметически закрытыми камерами, снабженными подпружиненными в осевом направлении пружиной сжатия обратными клапанами, расположенными со стороны рабочего торца матрицы, при этом пружина сжатия размещена в полости камеры и жестко соединена с корпусом.
Достижению поставленного технического результата способствует также и то, что: - каждый обратный клапан выполнен в виде стержня с коническим или шаровым выступом в средней части, размещенным в полости камеры и жестко соединенным с пружиной;
- каждый обратный клапан оснащен втулкой, жестко соединенной с матрицей или корпусом камеры, при этом хвостовик обратного клапана размещен в полости втулки с возможностью осевого перемещения.
Изобретение поясняется чертежом, на котором изображен фрагмент алмазного бурового инструмента в продольном разрезе.
Предложенный буровой инструмент содержит корпус 1 с присоединительной резьбой (не показано) и матрицу 2, армированную алмазами 3, размещенными в несколько рядов в лунках 4 трафареток 5, изготовленных из более мягкого материала по сравнению с материалом матрицы 2. Корпус 1 инструмента оснащен несколькими герметически закрытыми камерами 6, каждая из которых снабжена подпружиненным в осевом направлении пружиной сжатия 7 обратным клапаном 8 в виде шара или конуса с хвостовиком 9, расположенным со стороны рабочего торца матрицы 2. При этом пружина 7 размещена в полости камеры 6 и жестко соединена с корпусом 1 своим верхним концом, например, посредством стержня 11. Обратный клапан 8 оснащен втулкой 10, жестко соединенной с матрицей 2 или с корпусом камеры 6, причем хвостовик 9 обратного клапана 8 размещен в полости втулки 10 с возможностью осевого перемещения после расфиксации его нижней части с матрицей 2. Нижний торец хвостовика 9 устанавливается на уровне дна лунок 4 трафаретки 5. Втулка 10 может оснащаться съемной гильзой 12.
Принцип работы предложенного алмазного инструмента заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента режущие элементы матрицы 2 внедряются в породу и разрушают ее. Разрушенная порода через пазы на наружной поверхности матрицы 2 удаляется на дневную поверхность. В процессе работы после отработки первого слоя алмазов 3 происходит быстрый износ трафаретки 5, выполненной из мягкого материала. Этот момент характеризуется резким падением механической скорости бурения и служит сигналом для включения максимальной промывки для очистки забоя от мелкого шлама, удаляемого на поверхность. После усиленной промывки под действием прилагаемого крутящего момента освобождаются хвостовики 9 обратных клапанов 8 и под давлением промывочной жидкости, величина которого на порядок выше, чем давление в полости камеры 6, весь оставшийся шлам вместе с частицами отработанных алмазов 3 первого слоя попадает в полость камер 6. После выравнивания давления в камере 6 и затрубном пространстве под действием пружины сжатия 7 обратный клапан 8 перекрывает выходной канал камеры 6 и второй ряд алмазов начинает работать по чистому забою, что гарантирует высокую механическую скорость бурения.
Таким образом, предложенная конструкция бурового инструмента позволяет повысить эффективность его работы путем обеспечения очистки забоя от шлама после отработки первого слоя алмазов и исключения аномального износа матрицы разрушенными частицами алмазов первого слоя.