АЛМАЗНАЯ БУРОВАЯ КОРОНКА
DIAMOND DRILL BIT

Изобретение относится к буровой технике и предназначено для использования в качестве алмазных коронок и долот, армированных синтетическими или природными алмазами, для бурения скважин.
Известна алмазная буровая коронка, содержащая корпус и разделенную промывочными каналами на рабочие сектора алмазосодержащую матрицу с равномерным распределением алмазов одинаковой прочности в секторе (см. США патент 3112803, 175-329, приоритет 02.01.1962 г.).
Недостатком этой буровой коронки являются сложная технология изготовления и то, что при бурении происходит зашлифование и повышенный износ внутренней и наружной поверхности рабочего торца, что приводит к снижению механической скорости бурения коронкой и преждевременному снятию ее с эксплуатации.
Наиболее близким аналогом к заявленному техническому решению является описание в патенте на изобретение СССР №594291, М. Кл. Е21B 10/46, 1978 г. - алмазная буровая коронка, включающая корпус и алмазосодержащую матрицу с импрегнированным и подрезным слоями, армированную алмазами различного размера, разделенную промывочными каналами на рабочие сектора, в которой в известной мере устранены указанные выше недостатки.
Недостатком этой конструкции коронки является повышенный износ подрезного слоя и участков матрицы по внутреннему и наружному диаметрам коронки, что приводит при бурении к снижению механической скорости и стойкости этого инструмента.
Предлагаемое техническое решение направлено на повышение эксплуатационной стойкости алмазной коронки и механической скорости бурения ее за счет более рационального размещения в рабочем секторе коронки алмазов с учетом их размеров, прочности и концентрации.
Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в алмазной буровой коронке, включающей корпус и алмазосодержащую матрицу с торцевым импрегнированным и подрезными наружным и внутренним слоями, армированными алмазами различного размера, разделенную промывочными каналами на рабочие сектора в торцевом импрегнированном и подрезных наружном и внутреннем слоях, алмазы меньшего размера дополнительно равномерно размещены между алмазами большего размера, при этом линейный размер мелкого алмазного зерна в подрезных и импрегнированных слоях одинаков и составляет 0,2÷0,3 размера крупного алмазного зерна в подрезном слое, а импрегнированный слой матрицы в плане по радиусу коронки разбит на три участка одинаковой ширины, причем концентрация дополнительных алмазов меньшего размера в подрезном слое, на участках, прилегающих к внутреннему, среднему и наружному диаметрам коронки, находится в пропорции 1,5:1,5:1,0:1,5 соответственно, а прочность на сжатие алмазов меньшего размера равна или меньше прочности алмазов большего размера.
Благодаря тому, что в импрегнированном и подрезном слоях алмазы меньшего размера дополнительно равномерно размещены между алмазами большего размера, при этом линейный размер мелкого алмазного зерна составляет 0,2÷0,3 размера крупного алмазного зерна, в подрезном слое при бурении зернами меньшего размера обеспечивается образование зоны предразрушения в горной породе по всей поверхности контакта рабочего сектора коронки с горной породой и улучшаются условия работы алмазных зерен большего размера, вследствие чего они проникают в породу на заданную глубину и регулируют глубину резания алмазами меньшего размера. Это способствует повышению эффективности разрушения горной породы и увеличению механической скорости бурения коронок.
При больших значениях соотношения 0,2÷0,3 улучшение условий выноса разрушенной породы из-под торца работающей коронки не наблюдается, а при меньшем значении этого соотношения происходит повышенный износ секторов коронки.
Вследствие того, что импрегнированный слой матрицы в плане по радиусу коронки разбит на три участка одинаковой ширины, причем концентрация дополнительных алмазов меньшего размера в подрезном слое, на участках, прилегающих к внутреннему, среднему и наружному диаметрам коронки, находится в пропорции 1,5:1,5:1,0:1,5 соответственно, значительно повышаются износостойкость подрезного слоя и участков, прилегающих к внутреннему, среднему и наружному диаметрам коронки, и вся поверхность сектора становится равноизнашиваемой, что обуславливает повышение эксплуатационной стойкости и механической скорости бурения.
При большем значении соотношения 1,5:1,5:1,0:1,5 наблюдается зашлифование и повышенный износ коронки, при меньшем значении этого соотношения происходит повышенный износ участков, прилегающих к внутреннему, среднему и наружному диаметрам коронки, а также подрезного слоя ее.
Благодаря тому, что прочность на сжатие алмазов меньшего размера равна или меньше прочности алмазов большого размера в подрезном слое, устойчиво и стабильно формируется зона предразрушения, возникают благоприятные условия выноса из-под рабочего торца разрушенного шлама и не возникает негативное явление - повышение коэффициента трения при бурении в твердых породах. Все это обуславливает повышение механической скорости бурения и ресурса коронки.
Алмазная буровая коронка показана на фиг.1, 2, 3, где фиг.1 - продольный разрез коронки по А-А, фиг.2 - горизонтальная проекция коронки, а на фиг.3 - схема размещения алмазных зерен в рабочем секторе В коронки.
н
в
Алмазная буровая коронка состоит из корпуса 1, алмазосодержащей матрицы 2 с торцевым импрегнированным слоем 3, с подрезным наружным слоем 4 и подрезным внутренним слоем 5, разделенной промывочными каналами 6 на рабочие сектора 7, разбитые на три участка одинаковой ширины - участок 8, прилегающий к наружному диаметру коронки Д, участок 9, прилегающий к среднему диаметру коронки, и участок 10, прилегающей к внутреннему диаметру коронки Д. В подрезном наружном слое 4 и подрезном внутреннем слое 5 расположены алмазы большого размера 11 и меньшего размера 12, а в торцовом импрегнированном слое 3 расположены алмазы большого размера 13 и алмазы меньшего размера 12.
Алмазная буровая коронка работает следующим образом: при создании осевого и окружного усилий происходит разрушение горной породы алмазной буровой коронкой, при этом промывочная жидкость внутри корпуса 1 проходит, касаясь матрицы 2 через промывочные каналы 6 под рабочий сектор 7, омывает его с торца и с боков и вследствие возникновения и развития клинового эффекта от разницы диаметров алмазных зерен полностью выносит разрушенные частицы с забоя в том числе и крупные, что исключает возможность вторичного измельчения их.
Благодаря такому выполнению алмазной буровой коронки осевые и окружные усилия, передаваемые на нее, обеспечивают эффективное разрушение горной породы и ее удаление с забоя при минимальном износе рабочей части коронки.
Технико-экономическая эффективность предлагаемого технического решения заключается в повышенной эксплуатационной стойкости и механической скорости бурения горных пород.
Экономический эффект на одну коронку диаметром 76 мм составляет 2000 руб.