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.
Недостатком данного аналога является его низкая эффективность как средства снижающего искривление скважин.
Для снижения искривления скважины известна конструкция алмазной коронки с опорными центрирующими элементами, расположенными на ее корпусе в виде опорного пояса (Будюков Ю.Е., В.И. Власюк, В.И. Спирин Алмазный инструмент для бурения направленных и многоствольных скважин. Тула, ЗАО «Гриф и К», 2007 г., стр. 56, рис. 2.6.). Наличие опорно-центрирующего пояса у данной коронки снижает угол перекоса коронки в скважине, но также не исключает искривления в процессе бурения.
За прототип принята алмазная коронка (RU №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 пазы 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 паза, между которыми по разную от широких промывочных каналов сторону имеется не равное количество алмазосодержащих секторов. Узкие промывочные пазы разделяют сектора матрицы коронки по обе стороны от широких промывочных пазов.
Наличие двух широких промывочных пазов и алмазосодержащих секторов между широкими промывочными пазами, обеспечивая эксцентриситет торца матрицы, исключает какой-либо существенный перекос алмазной коронки при бурении, а значит и дополнительный изгиб колонкового набора.
Недостатком прототипа является то, что при бурении вследствие неуравновешенных сил резания скалывания породы коронка прижимается к стенке скважины и керну, вызывая их фрезерование. В результате происходит повышенный износ матрицы коронки и ее корпуса, разработка ствола скважины.
Предлагаемая коронка для бурения, включающая корпус с резьбой, матрицу с алмазосодержащими секторами равных размеров и форм, с не равным их количеством, разделенные промывочными каналами различной ширины, согласно техническому решению, корпус коронки, и алмазосодержащие сектора матрицы расположенные на половине торца коронки с широкими промывочными каналами, дополнительно оснащены вставками в виде пластин из сверхтвердого материала.
Поскольку при бурении предлагаемая коронка активно прижимается и фрезерует стенку скважины, во избежание износа коронки и снижения фрезерующей способности элементы опорно-центрирующего пояса на корпусе коронки и боковые наружные поверхности секторов матрицы в диапазоне центрального угла торца коронки включающего ближние к широким промывочными каналами алмазосодержащие сектора имеют повышенную концентрацию защищающих от износа пластин.
Подобное усиление боковой поверхности коронки защищает ее он износа, но при этом общее количество пластин износостойкого материала остается неизменным в сравнении со случаем равномерного распределения по боковой поверхности матрицы и опорно-центрирующих элементах пояса.
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 4 матрицы, разделенной на сектора с промывочными пазами 5 и 6. Промывочные пазы 5 выполнены одного стандартного размера, являются более узкими, а промывочные пазы 6 выполнены более широкими, чем промывочные пазы 5. При этом пазы 6 расположены в матрице коронки таким образом, что обеспечивается эксцентриситет торца матрицы, это достигается тем, что число секторов по обе стороны от промывочных пазов 5 различно. Размер пазов 6 и их взаимное расположение на торце коронки создают эксцентриситет торца матрицы коронки. Боковая поверхность алмазосодержащих секторов 4 защищена от изнашивания пластинами из износостойкого материала 7, а элементы пояса 3 опорно-центрирующего комплекса пластинами 8.
При этом элементы 3 опорно-центрирующего пояса на корпусе 1 коронки и боковые наружные поверхности секторов 4 матрицы в диапазоне центрального угла Δ (фиг. 2) торца коронки включающего ближние к широким промывочными каналами 6 элементы 3 опорно-центрирующего пояса и алмазосодержащие сектора 4 имеют повышенную концентрацию защищающих от износа пластин 7 и 8 из сверхтвердого материала.
Предлагаемая коронка работает следующим образом.
При бурении, когда алмазная коронка воспринимает действие осевого усилия, алмазы секторов 4 матрицы 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).
При бурении предлагаемой коронкой в результате резания-скалывания породы возникает сила, как дисбаланс сил резания-скалывания.
Для защиты коронки от изнашивания в точках прилегания коронки к стенке скважины, предлагается корпус коронки 1 оснастить опорно-центрирующими элементами пояса 3, а пояс 3 в свою очередь пластинами 8, которые дополнительно защищены от изнашивания именно в точках прилегания коронки к стенке скважины, а именно в интервале размещения широких промывочных каналов 6 в диапазоне центрального угла Δ (фиг. 2). Дополнительную защиту от изнашивания в виде пластин из сверхтвердого материала 7, в диапазоне угла Δ, также предлагается разместить на боковой поверхности алмазосодержащих секторах 4 матрицы коронки.