РЕБРИСТАЯ БУРОВАЯ КОРОНКА

Предлагаемая полезная модель относится к буровой технике и касается буровых коронок, оснащенных твердосплавными резцами.
Для бурения пород средней твердости (1V-VП категории по буримости), для которых предназначается предлагаемая буровая коронка, широко испольуются коронки типа СМ, представляющие собой корпус с промывочными каналами и выступами на рабочем торце, армированными резцами из твердого сплава. Эти коронки дают хорошие результаты при бурении с промывкой, то есть при использовании в качестве очистного агента промывочных жидкостей. При бурении с использованием в качестве очистного агента сжатого воздуха
(особенно в условиях многолетней мерзлоты, где применение промывочной жидкости иногда невозможно) такие коронки работают плохо, зашламовываются, и процесс бурения затрудняется или прекращается совсем. В этих условиях значительно повысить скорость бурения можно за счет улучшения очистки забоя от шлама путем применения ребристых коронок, имеющих существенно большие зазоры между инструментом и стенками скважины.
Однако известные ребристые коронки типа М (см. «Справочник по бурению геологоразведочных скважин» - И.С.Афанасьев, Г.А.Блинов и др.; СПб.: ООО "Недра", 2000, с.157; "Справочник механика геологоразведочных работ" - А.А.Гланц, В.В.Алексеев, - М.: Недра, 1987, с.125), представляющие собой корпус, оснащенный в приторцевой части выступами и наружными ребрами, армированными резцами из твердого сплава, предназначены для бурения скважин лишь в мягких породах 1-1V категорий по буримости. В этих коронках металлические ребра на короночном кольце крепят путем приваривания к наружной поверхности или в пазах торца; армируют эти коронки крупными пластинами твердого сплава. Применять такие коронки в породах средней твердости и твердых нецелесообразно в связи с очень низкими скоростями бурения и недостаточной стойкостью приварных ребер.
Целью настоящего технического решения является повышение эффективности ребристых коронок (скорости бурения, ресурса) при использовании их в горных породах средней твердости.
Поставленная цель достигается тем, что корпус с ребрами изготовлен из цельной металлической (трубной) заготовки, торцевая часть корпуса выполнена с образованием по высоте нескольких концентрических ступеней, а ступени армированы твердосплавными резцами, размер (ширина) которых подобран из условия полного перекрытия кольцевого забоя, ступени корпуса выполнены с поперечными буртиками, к которым вплотную прилегают резцы тыльной стороной, при этом фронтальная (набегающая) сторона резцов выступает над соответствующей ступенью корпуса больше, чем тыльная на определенную величину (Δh), определяемую сопротивлением горных пород резанию и прочностью резца на изгиб.
Благодаря изготовлению корпуса ребристой коронки из цельной металлической заготовки значительно увеличивается прочность корпуса с ребрами, а также повышается надежность закрепления твердосплавных резцов.
Благодаря ступенчатой форме торца коронки с ребрами и армированию их твердосплавными резцами, ширина которых подобрана из условия полного перекрытия кольцевого забоя, возрастает механическая скорость бурения. Чем тверже горные породы, тем меньше должны быть размер резцов, а также высота и ширина концентрических ступеней при соответствующем увеличении их количества. Из механики разрушения горных пород известно, что в этом случае снижается энергоемкость разрушения горных пород из-за уменьшения длины линии наименьшего сопротивления (ЛНС), в связи с чем возрастает эффективность их разрушения, сопровождаемая ростом механической скорости бурения.
Предлагаемая ребристая буровая коронка изображена на фиг.1 (вид сбоку), а на фиг.2 (вид снизу на торец коронки).
Буровая коронка состоит из трубчатого корпуса 1, оснащенного в приторцевой части выступами 2 и наружными ребрами 3. Корпус с ребрами изготовлен из цельной металлической (трубной) заготовки; торцевая часть корпуса, включающая ребра и выступы, выполнена с образованием по высоте нескольких концентрических ступеней, которые оснащены твердосплавными резцами 4, ширина которых (размер в диаметральной плоскости коронки) подобрана из условия полного перекрытия кольцевого забоя, то-есть
н
где: D - наружный диаметр коронки по резцам;
вн
D - внутренний диаметр коронки по резцам;
а - ширина резца;
n - количество концентрических ступеней в коронке;
t - взаимное перекрытие торца коронки двумя соседними резцами.
Из формулы (1) можно определить ширину резца «a»
Наружный и внутренний диаметры коронки определяются ГОСТом на буровые коронки. Количество ступеней «n» определяется прочностью (твердостью) горных пород: чем тверже горные породы, тем меньше ширина и высота ступеней, тем больше количество ступеней. Количество ступеней рекомендуется не менее 3.
Для обеспечения полного и эффективного разрушения кольцевого забоя соседние резцы должны взаимно перекрывать друг друга. Желательно, чтобы взаимное перекрытие было не менее 1 мм.
н
вн
Зная величину D, D, n, t, несложно определить ширину резца «а», Полученная расчетом величина «a» округляется в большую сторону до ширины твердосплавного резца по ГОСТу.
к
Диаметр приторцевой части корпуса коронки (D) будет равен
где:
вн
δ - выпуск кернообразующих резцов внутрь коронки;
н
δ - выпуск скважинообразующих резцов за наружную поверхность коронки.
1
2
На каждой из концентрических ступеней в пределах выступов 2, обычно совпадающих с ребрами 3, выполняются поперечные буртики 5. Армирование коронок резцами производится таким образом, чтобы каждый резец тыльной стороной плотно, без зазора прилегал к буртику, при этом фронтальная (набегающая) сторона резца выступает над соответствующей ступенью больше, чем тыльная на величину Δh, равную разности h и h, то есть
где:
1
h - высота тыльной части поперечного буртика;
2
h - высота фронтальной части буртика.
Величина Δh определяется прочностью горных пород (чем крепче горные породы, тем меньше величина Δh) и прочностью резца на изгиб.