Алмазная буровая коронка

(51) 21 10/48 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ упрощение управления этим процессом, а также снижение себестоимости коронки за счет упрощения ее конструкции и технологичности изготовления достигается тем, что в алмазной буровой коронке, содержащей короночное кольцо с резьбой и разделенную промывочными каналами алмазосодержащую матрицу, последняя выполнена в виде концентрически расположенных алмазосодержащих и безалмазных колец, причем кольца, импрегнированные алмазами чередуются с безалмазными кольцами, и торцы первых, выступая над торцами последних, придают торцу коронки гребенчатую форму.(72) Кудайкулов Серик Кимельевич Билецкий Марианн Теодорович Касенов Алмабек Касенович(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Казахский национальный технический университет имени К.И. Сатпаева Министерства образования и науки Республики Казахстан(56) Предварительный патент РК 13169, кл. Е 21 В 10/46, Е 21 В 10/48, 16.03.2003(57) Увеличение ресурса алмазной коронки,повышение механической скорости бурения, 22370 Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к алмазным коронкам для бурения твердых пород. Широко известны импрегнированные алмазные коронки с плоским торцом матрицы. Последняя представляет собой кольцо из твердого сплава(обычно на основе карбида вольфрама и кобальта),равномерно по всему объему насыщенное мелкими алмазами. Справочник по бурению геологоразведочных скважин СПБ Недра, 2000, с. 114 - 118. На наружной и внутренней боковых поверхностях матрицы расположены более крупные подрезные алмазы, служащие для калибровки скважины и керна. Недостатком такой коронки является высокая вероятность преждевременного выхода ее из строя вследствие разрушения матрицы выпадающими из нее в ходе бурения алмазными зернами, длительное время остающимися под рабочим торцом коронки. Известна импрегнированная алмазная коронка с гребешковой формой алмазонесущего торца Справочник по бурению геологоразведочных скважин. СПБ Недра, 2000, с. 115, табл. 2.9. Достоинством такой коронки является тот факт, что,создавая систему кольцевых врубов, гребешки значительно облегчают процесс разрушения забоя и требуют менее высоких осевых нагрузок, а расположенные между гребешками впадины представляют собой коллекторы для сбора и последующего удаления выпавших алмазов и крупных твердых частиц шлама, исключая разрушение ими рабочих поверхностей гребешков. Кроме того, гребешки, в силу их малого объема,охлаждаются циркулирующей жидкостью до более низких температур. Недостатком указанной коронки является затупление гребешков по мере отработки коронки. При полном износе гребешков коронка превращается в обычную импрегнированную коронку с плоским торцом и проявляет недостатки,присущие этому типу. Кроме того, по мере износа гребешков возникает необходимость соответствующего непрерывного повышения осевой нагрузки, что создает существенные неудобства в управлении процессом бурения. Известна импрегнированная коронка Предварительный патент Е 21 В 10/46, Е 21 В 10/48,13169,Бюллетень изобретений 6 от 16.06.2003, которая также имеет гребенчатую форму торца, но отличается от вышеописанной коронки с гребенчатым торцом тем, что матрица содержит по высоте несколько(два или более) алмазосодержащих слоев, повторяющих форму ее торца,а впадины между выступами алмазосодержащих слоев заполнены связующим материалом меньшей износостойкости. За счет указанных отличий ресурс коронки возрастает в количество раз,кратное количеству вышеупомянутых алмазных слоев. Недостатком указанной конструкции является скачкообразный переход в ходе бурения от эксплуатации предшествующего алмазосодержащего слоя к эксплуатации последующего. При эксплуатации каждого отдельного слоя осевая нагрузка должна изменяться от минимума - когда в ходе износа 2 матрицы вскрывается очередной незатупленный гребешок - до максимума, когда этот гребешок сработан до основания, т.е. перед вскрытием следующего слоя. Необходимо адекватное и точное изменение осевой нагрузки, т. к. в противном случае могут возникнуть осложнения скол острого гребешка от чрезмерной нагрузки или заполирование алмазов, если нагрузка недостаточна. Следует принять во внимание и тот факт, что при эксплуатации коронки такого типа на поверхности забоя остаются соответствующие впадинам между гребешками кольцевые целики, т. е. зоны, на которые не распространяется воздействие алмазных резцов. Эти целики разрушаются за счет вибрации бурового инструмента, а также за счет скапливающихся во впадинах выпавших алмазов. Ширина целиков меняется от максимальной при острых гребешках, до минимальной, когда бурение ведется основаниями гребешков. Возможно, что при неблагоприятных условиях (порода высокой прочности на скол, недостаточное количество выпавших алмазов из-за высокой интенсивности их вымывания) коронка может зависнуть на целике. Наконец, изготовление коронки с расположенными в несколько рядов по высоте гребешковыми выступами представляет технологически немалые трудности. Задачей изобретения является повышение ресурса и механической скорости коронки,имеющей любую требуемую толщину импрегнированного слоя, путем обеспечения равномерного и безаварийного процесса бурения. Исключается присущий коронкепрототипу скачкообразный характер работы, а также сложность в управлении осевой нагрузкой и опасность зависания коронки на целиках. Вторая задача - это значительное снижение себестоимости коронки путем упрощения ее конструкции и технологии изготовления. Указанные задачи решаются за счет того,матрица коронки выполнена в виде прерываемых промывочными каналами концентрически расположенных колец,причем кольца,импрегнированные алмазами,чередуются с безалмазными кольцами, и торцы первых,изначально выступают над торцами последних,придавая торцу коронки в целом гребенчатую форму. Изобретение поясняется схемами, где на фиг. 1 показан вид коронки со стороны корпуса, на фиг. 2 продольный разрез матрицы в увеличенном масштабе (в малом масштабе он показан и на фиг. 1) в момент начала работы новой коронкой, на фиг. 3 продольный разрез матрицы на последнем этапе работы коронки. Буровая коронка содержит стальное короночное кольцо 1 с присоединительной резьбой 2 и припаянную к короночному кольцу матрицу 3,разделенную промывочными каналами 4 на секторы. Более крупные подрезные алмазы 5(показаны жирными точками) расположены на боковых поверхностях матрицы и служат для калибровки ствола скважины и керна. Мелкие 22370 объемные алмазы 6 (тонкие точки), служащие для формирования кольцевого забоя скважины,насыщают концентрически расположенные кольца 7, отделяемые друг от друга безалмазными кольцами 8,состоящими,например,из вольфрамокобальтового сплава с повышенным процентом содержания кобальта. У новой коронки торцовые части импрегнированных алмазами колец 7 выступают над торцовыми частями безалмазных колец 8, придавая гребенчатую форму торцу коронки в целом. Коронка работает следующим образом После подачи промывочной жидкости и осевой нагрузки, а также запуска вращения гребешки, образованные выступами импрегнированных алмазами колец 7 внедряются в породу, формируя ответный гребенчатый кольцевой забой скважины. В ходе бурения частицы разрушенной породы 9 благодаря действующим на них снизу вверх силам трения(возникающим вследствие продвижения коронки вниз в процессе углубки) собираются в углублениях между гребешками и воздействуют на целики,остающиеся на забое в местах контакта с торцами безалмазных колец 8. Это же относится и к выпадающим из импрегнированных колец при их износе алмазам. Таким образом, гребенчатая форма торца с одной стороны предотвращает аномальный износ рабочих поверхностей гребней выпадающими алмазами (также как и особо твердыми и крупными частицами породы), сдвигая их во впадины и там аккумулируя (9), а с другой стороны обеспечивает выполнение выпавшими алмазами полезной функции разрушения целиков. Разрушению целиков- их растрескиванию - способствует также и вибрация, возникающая при вращении бурильной колонны. Смесь разрушенной твердой породы с выпавшими алмазами разрушает не только целики,но и расположенные над ними торцы безалмазных колец 8, непрерывно возобновляя заданную гребенчатую форму торца коронки при ее износе(износе импрегнированных алмазами колец 7). Таким образом, по сравнению с прототипом использование предлагаемой коронки обеспечивает плавность, непрерывность и безаварийность процесса разрушения забоя до полного износа импрегнированных колец по высоте (фиг. 3). Высота импрегнированных и безалмазных колец в принципе не ограничена, что обеспечивает высокий ресурс коронки, необходимый, например, для бурения с применением съемных керноприемников. Соотношение алмазных и безалмазных колец по толщине может в разных конструкциях коронки быть различным и подбираться в соответствии с буримостью породы (для более твердых пород безалмазные кольца могут иметь меньшую толщину). Для данной коронки при неизменной крепости породы осевая нагрузка (так же как и расход жидкости и частота вращения) может поддерживаться постоянной в течение всего периода отработки коронки. Ввиду того, что за счет безалмазных колец площадь рабочей части торца меньше, чем у обычной коронки и коронки прототипа,бурение в тех же условиях осуществляется при более низкой осевой нагрузке и с более высокой механической скоростью. Очевидны преимущества в технологичности изготовления предлагаемой коронки по сравнению с коронкой-прототипом,что резко снижает себестоимость. Предлагаемая коронка может быть изготовлена с конструктивными размерами,согласно существующим стандартам, и найти применение при бурении с использованием как одинарных, так и двойных колонковых туб. Ввиду практически неограниченного ресурса она будет особенно эффективна при бурении со съемными керноприемниками. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Алмазная буровая коронка,содержащая короночное кольцо с резьбой и разделенную промывочными каналами алмазосодержащую матрицу с торцом, выполненным в виде чередующихся выступов и впадин, отличающаяся тем, что матрица выполнена в виде концентрически расположенных алмазосодержащих и безалмазных колец, причем кольца, импрегнированные алмазами,чередуются с безалмазными кольцами, и торцы первых, выступают над торцами последних.