Алмазная коронка для бурения

Полезная модель относится к области бурения твердых горных пород с отбором керна.
При бурении, по техническим, технологическим и геологическим причинам наблюдается искривление скважин, что снижает эффективность буровых работ. В связи с этим важно иметь такой буровой инструмент, который бы позволил решать задачу снижения интенсивности искривления скважин в различных, в том числе в сложных горно-геологических условиях.
За аналог разрабатываемого бурового инструмента выбрана конструкция компании Atlas Сорсо. Буровое оборудование для производства геологоразведочных и инженерно-изыскательных работ. - Каталог.[Электронный ресурс] / Atlas Сорсо. - 2016. - Режим доступа: http://www.atlascopco.us/usus/products/drilling-tools/1527859/. Данная алмазная коронка содержит корпус с резьбой, промывочные каналы, матрицу с алмазосодержащими секторами, при этом секторы матрицы имеют форму сегмента кольца с удаленной центральной частью матрицы, ориентированной к скважинообразующей части матрицы. Конструкция данной алмазной коронки позволяет снизить величину удельных контактных напряжений на единицу площади ее торца во время бурения, что способствует снижению изгиба низа буровой компоновки и как следствие снижает интенсивность естественного искривления скважин.
Недостатком аналога является его неспособность приводить движение алмазной коронки к движению вокруг оси скважины без потери контакта со стенкой скважины в процессе углубки при перекосе породоразрушающего инструмента в скважине.
За прототип предлагаемой алмазной коронки принята алмазная коронка для бурения пат. RU №171734 Алмазная коронка для бурения, включающая корпус с резьбой, промывочные каналы одинаковой площади поперечного сечения и алмазосодержащие сектора равных геометрических форм в матрице, отличающаяся тем, что алмазосодержащая матрица содержит сектора трех геометрических форм в виде сегментов кольца - неизмененных и измененных первого и второго типа, при этом первый тип измененных алмазосодержащих секторов имеет больший внутренний диаметр, чем у неизмененных секторов, и второй тип алмазосодержащих секторов, имеющих одинаковый внутренний диаметр с неизмененными секторами, но меньший внешний диаметр, при этом суммарная ширина двух алмазосодержащих секторов первого и второго типа больше, чем ширина неизмененного сектора, и они расположены последовательно в одной из половин торца матрицы. Недостатком прототипа является низкая результирующая сила, стабилизирующая направление ствола скважины в процессе бурения. Задача полезной модели состоит в том, чтобы снизить интенсивность искривления скважин в различных, в том числе геологических условиях.
Достигается это тем, что алмазная коронка для бурения, содержащая корпус с резьбой, матрицу, содержащую алмазосодержащие секторы измененного и неизмененного типа, промывочные каналы, согласно полезной модели, на одной половине торца матрицы расположены алмазосодержащие секторы неизмененного типа, а на второй половине - алмазосодержащие секторы измененного типа, каждый алмазосодержащий сектор измененного типа выполнен с удаленной центральной частью, ориентированной радиально либо к внутренней, либо к внешней стороне матрицы, причем алмазосодержащие секторы измененного типа с ориентацией удаленной части радиально к внутренней стороне матрицы установлены поочередно с алмазосодержащими секторами измененного типа с ориентацией удаленной части радиально к внешней стороне матрицы.
Во время бурения данная коронка, за счет эксцентриситета режущей части торца матрицы, активно прижимается и фрезерует стенку скважины.
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 алмазная коронка для бурения состоит из корпуса с резьбой 1, матрицы с алмазосодержащими секторами 2, стандартных алмазосодержащих секторов 3, измененных алмазосодержащих секторов, ориентированных к внутренней стороне матрицы 4, измененных алмазосодержащих секторов, ориентированных к внешней стороне матрицы 5, промывочных каналов 6.
Предлагаемая алмазная коронка работает следующим образом.
При сооружении скважины, когда корпус с резьбой 1 алмазной коронки для бурения воспринимает действие осевого усилия, алмазы матрицы с алмазосодержащими секторами 2 включающие неизмененные алмазосодержащие секторы 3 и измененные алмазосодержащие секторы, ориентированные к внутренней стороне матрицы 4, а также измененные алмазосодержащие секторы, ориентированные к внешней стороне матрицы 5 внедряются в горную породу. Наличие в матрице с алмазосодержащими секторами измененных алмазосодержащих секторов 4 и 5 приводит к появлению эксцентриситета режущей части торца алмазосодержащей матрицы 2, что придает алмазной коронке вращение 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).
Одновременно с этим в процессе бурения происходит очистка забоя скважины буровым раствором через стандартные промывочные каналы 6. При бурении предлагаемой алмазной коронкой в результате резания-скалывания породы возникает сила, как дисбаланс сил резания-скалывания.
В результате предлагаемая алмазная коронка для бурения способна снижать интенсивность естественного искривления скважин в различных условиях. Данная конструкция алмазной коронки может быть рекомендована для бурения геологоразведочных скважин в самых сложных горно- геологических и технико-технологических условиях.