АЛМАЗНАЯ БУРОВАЯ КОРОНКА
DIAMOND BIT

Изобретение относится к области породоразрушающего инструмента, а именно к буровым коронкам с алмазным вооружением для бурения скважин с отбором керна.
Известна алмазная буровая коронка, включающая корпус и матрицу, разделенную промывочными пазами на отдельные секторы, армированные алмазами (см. авт.св. СССР №308181, кл. Е21В 10/48, 1970 г.).
Недостатком этой коронки является малая механическая скорость бурения, обусловленная большой площадью поверхности алмазосодержащей матрицы. Другим недостатком данной коронки является неравномерный выход секторов из строя, что связано с частым сколом их передней грани. Это особенно часто наблюдается при бурении по трещиноватым и перемежающимся по твердости породам, сопровождающимся вибрацией бурового снаряда.
Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является алмазная буровая коронка, включающая корпус и матрицу, разделенную промывочными пазами на армированные режущими элементами рабочие секторы с наклонной передней гранью (см. авт.св. СССР №1717786, кл. Е21В 10/48, 1992 г.).
Данная коронка обеспечивает более равномерный износ матрицы. Однако из-за не оптимальной схемы армировки секторов матрицы коронка работает в режиме истирания, что снижает как проходку из-за значительного нагрева матрицы, так и механическую скорость бурения - из-за высокой энергоемкости процесса разрушения породы.
В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы коронки путем увеличения проходки и механической скорости бурения за счет оптимальной схемы вооружения секторов матрицы с учетом физико-механических свойств разбуриваемых пород.
Указанный технический результат достигается тем, что в алмазной буровой коронке, включающей корпус и матрицу, разделенную промывочными пазами на армированные режущими элементами рабочие секторы с наклонной передней гранью, согласно изобретению режущие элементы каждого сектора представлены двумя группами алмазов смежной зернистости, при этом алмазы более мелкой фракции размещены со стороны передней грани сектора, причем соотношение их массы к массе алмазов смежной фракции составляет не более 20%.
Изобретение поясняется чертежами, на которых фиг.1 изображает общий вид коронки, на фиг.2 - вид А на фиг.1.
Предложенная алмазная буровая коронка содержит цилиндрический стальной корпус 1 с присоединительной резьбой 7 и матрицу, разделенную промывочными пазами 3 на армированные режущими элементами рабочие секторы 2 с наклонной передней гранью 4. Режущие элементы рабочих секторов 2 представлены двумя группами алмазов смежной зернистости, например зернистость первой группы 90-60 шт./кар., а второй группы - 120/90 шт./кар. При этом алмазы более мелкой фракции 5 размещены со стороны передней грани 4 каждого сектора 2, а алмазы более крупной фракции 6 - со стороны задней части сектора 2. Причем соотношение массы алмазов более мелкой фракции (120/90 шт./кар.) к массе алмазов смежной более крупной фракции 6 составляет не более 20%. В зависимости от физико-механических свойств разбуриваемых пород секторы 2 армируются алмазами различных фракций, но при обязательном соблюдении условия использования для армировки передней 4 и задней частей 6 секторов алмазов смежных фракций. Соблюдение этого условия позволяет повысить качество изготовления коронок и упростить технологию их изготовления благодаря близким физико-механическим свойствам алмазов смежных фракций и использованию наиболее оптимальных режимов (по температуре и прессовке), применяемых при их изготовлении. При этом основная часть алмазов мелкой фракции 5 расположена на наклонной поверхности 4 секторов 2.
Принцип работы коронки заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента режущие элементы секторов 2 внедряются в породу и производят ее разрушение. Разрушенная порода выносится в затрубное пространство, а затем на поверхность промывочной жидкостью, нагнетаемой через бурильную колонну и коронку.
При этом благодаря расположению алмазов более мелкой фракции 5 на передней грани 4 секторов 2 они создают на забое по всей ширине торца коронки мелкие бороздки, которые представляют собой зоны предварительного разрушения. Наличие таких зон повышает эффективность работы рабочих элементов более крупной фракции 6, размещенных на горизонтальном торце секторов 2 непосредственно за алмазами более мелкой фракции 5. Использование массы алмазов более мелкой фракции 5 в соотношении не более 20% от массы смежной фракции связано с тем, что основную часть работы выполняют именно алмазы более крупной фракции 6, имеющие более высокие физико-механические свойства. Алмазы же более мелкой фракции 5 выполняют в предложенной коронке в основном вспомогательную работу. Такая схема армировки секторов 2 коронки обеспечивает объемное разрушение породы, значительно снижающее энергоемкость процесса бурения.
Таким образом, предложенная схема армировки секторов коронки обеспечивает рост ее технико-экономических показателей, а именно проходки и механической скорости бурения.