Алмазная буровая коронка

Предлагается алмазная буровая коронка, включающая алмазосо-держащую матрицу с профилем рабочего торца, выполненным по кривой линии, разделенную на сектора промывочными каналами и цилиндрический корпус, состоящий из гладкой и резьбовой частей, отличается тем, что профиль рабочего торца матрицы выполнен по кривой равновесного износа, описываемой уравнением,

где

m - коэффициент, учитывающий влияние физико-механических свойств горных пород на износ коронки;

х, у - ордината и направленная по радиусу коронки абсцисса координатных осей соответственно.

а гладкая часть корпуса выполнена с диаметром, равным диаметру матрицы и высотой «Н_к», определяемой из соотношения

где h_м - высота матрицы,

при этом в нижней части корпуса на границе с матрицей выполнена кольцевая проточка, сообщающаяся с промывочными каналами матрицы и промывочными каналами корпуса, причем глубина проточки и продольных каналов на корпусе равны глубине промывочных каналов матрицы. Коронка также отличается тем, что твердость материала гладкой части корпуса больше, чем твердость материала его резьбовой части.

Кроме того алмазная буровая коронка отличается тем, что диаметр подрезных алмазов матрицы коронки определяется из соотношения

где d_n - диаметр подрезных алмазов;

t_m - толщина торца матрицы коронки.

В формуле полезной модели количество независимых пунктов формулы - 1.

Полезная модель относится к породоразрушающему инструменту, а именно к алмазным буровым коронкам, армированными

природными или синтетическими алмазами и может найти применение при бурении геолого-разведочных скважин.

Известна алмазная буровая коронка, содержащая алмазосодержащую матрицу, разделенную на сектора промывочными каналами, и цилиндрический корпус, состоящий из гладкой и резьбовой частей, а профиль рабочего торца матрицы выполнен по кривой/ Патент США, №2593229, 555-72. Приоритет II. II.1997/.

Недостатком этой коронки является большой кольцевой зазор между корпусом коронки и стенками скважины, неравномерный износ рабочего торца при работе, в результате чего ее ось отклоняется от оси скважины, коронка начинает вибрировать вследствие образовавшихся на забое неровностей, и теряет свою устойчивость из-за появления значительного по величине опрокидывающего момента.

Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является алмазная коронка /прототип/, включающая алмазосодержащую матрицу, разделенную на сектора промывочными каналами и цилиндрический корпус, состоящий из гладкой и резьбовой частей, и имеющей диаметр меньший чем диаметр скважины, причем торец матрицы выполнен по кривой, приближающейся к прямой линии /Россия, свидетельство №20121, кл. 7 Е 21 В 10/16, полезная модель, 2001 г./

Недостатком коронки является существенный по величине опрокидывающий момент, возникающий при бурении, в результате чего происходит искривление скважины.

Предлагаемое техническое решение направлено на повышение стабилизации направления скважины за счет снижения опрокидывающего момента на коронке при бурении.

Поставленная задача решается тем, что в алмазной буровой коронке, включающей алмазосодержащую матрицу, разделенную на сектора промывочными каналами и цилиндрический корпус, состоящий из

гладкой и резьбовой частей профиль рабочего торца матрицы выполнен по кривой равновесного износа, описываемой уравнением

где

m - коэффициент, учитывающий влияние физико-механических свойств горных пород на износ коронки;

у, х - ордината и направленная по радиусу коронки абсцисса координатных осей соответственно.

а главная часть корпуса выполнена с диаметром, равным диаметру матрицы и высотой «Н_к», определяемой из соотношения

где h_м - высота матрицы,

при этом в нижней части корпуса на границе с матрицей выполнена кольцевая проточка, сообщающаяся с промывочными каналами матрицы и промывочными каналами корпуса, причем глубина проточки и продольных каналов на корпусе равны глубине промывочных каналов матрицы, а твердость материала гладкой части корпуса больше, чем твердость материала его резьбовой части.

Благодаря тому, что профиль рабочего торца матрицы выполнен по кривой равновесного износа, описываемой уравнением

коронка в процессе работы изнашивается равномерно, т.к. на любом участке по радиусу рабочего торца отношение площади контакта матрицы к соответствующему объему разрушенной этой частью торца породы будет постоянным. Это вытекает из установленного на основе проведенных исследований в Тульском НИГП, условия сохранения формы рабочего торца, которое можно записать в дифференциальной форме

где s - длина дуги по радиусу коронки на участке.

После преобразований и интегрирования последнего выражения получаем вышеприведенное уравнение кривой равновесного износа.

Коронка с профилем равновесного износа равномерно изнашивается и равномерно и без вибраций обрабатывает забой скважины, вследствие чего она приобретает устойчивое положение и направление на забое. Этим самым стабилизируется положение забоя и скважины в целом и уменьшается искривление скважины.

Вследствие того, что гладкая часть корпуса выполнена с диаметром равным диаметру матрицы и высотой «Н_к» определяемой из соотношения устраняется зазор между корпусом коронки и стенкой скважины на значительной высоте корпуса, что повышает стабилизацию направления коронки при бурении. Причем при значениях «Н_к »<5Н_м стабилизация коронки не наблюдается, а при значениях Н_к>8Н _м дальнейшего повышения стабилизации уже не происходит.

Из-за того, что в нижней части корпуса на границе с матрицей выполнена кольцевая проточка, сообщающаяся с промывочными каналами матрицы и продольными промывочными каналами корпуса, причем глубина проточки и продольных каналов на корпусе равны глубине промывочных каналов матрицы, улучшается вынос шлама из зоны действия торцевых и подрезных алмазов. Вследствие этого уменьшаются разработка забоя и искривление скважины.

Благодаря тому, что твердость материала гладкой части корпуса больше, чем твердость материала его резьбовой части, значительно уменьшается износ корпуса коронки при бурении, не образуется кольцевого зазора между стенками скважины и корпусом коронки, что благоприятствует сохранению направления скважины при бурении.

Вследствие того, что диаметр подрезных алмазов матрицы коронки определяется из соотношения по причине малой высоты внедрения алмазов в стенки скважины существенно уменьшаются разработка забоя скважины по диаметру и ее искривление. При значении d_n<0,05t _m существенного уменьшения разработки забоя по диаметру не происходит, а при значениях d_n>0,15t _m значительно повышается искривление скважины.

Алмазная буровая коронка показана на фиг.1, 2, 3; где фиг.1 и фиг.2 - вертикальная и горизонтальная проекции коронки, а фиг.3 - поперечный разрез корпуса коронки.

Алмазная буровая коронка состоит из следующих элементов: корпус 1, матрица 2, торцевые алмазы 3, подрезные алмазы 4, промывочные каналы матрицы 5, кольцевая проточка 6, промывочные каналы на корпусе 7, гладкая и резьбовая части корпуса 8 и 9 соответственно

Алмазная буровая коронка работает следующим образом: при создании осевого и окружного усилий происходит разрушение породы алмазной буровой коронкой, промывочная жидкость проходит внутрь корпуса 1. омывает матрицу 2, торцевые 3 и подрезные 4 алмазы, способствует выносу шлама из забоя скважины и установлению более плотного контакта алмазов 3 и 4 матрицы и пород благодаря профилю равновесного износа. Далее жидкость поступает по промывочным каналам матрицы 5 в кольцевую проточку 6 и промывочные каналы на корпусе 7, омывает гладкую часть 8 корпуса 7 и проходит закрытую колонковой

трубой резьбовую часть корпуса 9 и далее по затрубному пространству выходит на поверхность.

Благодаря такому выполнению коронки осевое и окружное усилия, передаваемые на алмазную буровую коронку обеспечивают эффективное разрушение пород забоя, при одновременном сохранении заданного направления скважины с установленными допусками на его отклонение.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого технического решения заключается в проведении скважины в заданную точку подсечения залежи полезного ископаемого, при заданной производительности бурения без перебуривания искривленных участков скважины. Экономический эффект на коронку составляет 900 руб.

1. Алмазная буровая коронка, включающая алмазосодержащую матрицу с профилем рабочего торца, выполненным по кривой линии, разделенную на сектора промывочными каналами и цилиндрический корпус, состоящий из гладкой и резьбовой частей, отличающаяся тем, что профиль рабочего торца матрицы выполнен по кривой равновесного износа, описываемой уравнением

где

m - коэффициент, учитывающий влияние физико-механических свойств горных пород на износ коронки;

х, у - ордината и направленная по радиусу коронки абсцисса координатных осей соответственно; а гладкая часть корпуса выполнена с диаметром, равным диаметру матрицы и высотой Н_к, определяемой из соотношения

H_K(5÷8)h_м,

где h _м - высота матрицы,

при этом в нижней части корпуса на границе с матрицей выполнена кольцевая проточка, сообщающаяся с промывочными каналами матрицы и промывочными каналами корпуса, причем глубина проточки и продольных каналов на корпусе равны глубине промывочных каналов матрицы.

2. Коронка по п.1, отличающаяся тем, что твердость материала гладкой части корпуса больше, чем твердость материала его резьбовой части.

3. Коронка по п.1, отличающаяся тем, что диаметр подрезных алмазов матрицы коронки определяется из соотношения

d _n=(0,05÷0,15)t_m,

где d _n - диаметр подрезных алмазов;

t_m - толщина торца матрицы коронки.