Бурова коронка

Корисна модель відноситься до породоруйнівного інструменту, а саме до бурових коронок і може бути використаний при бурінні геологорозвідувальних свердловин. Відома бурова коронка [патент РФ №2268348, МПК Е21В10/48 опубл. 20.01.2006], що містить корпус із прорізами в нижній частині, нахиленими убік, протилежний напрямку обертання корпуса, що розділяють її на сектори, армовані концентрично розташованими різцями й розміщену в порожнині корпуса напрямну втулку із приєднувальним різьбленням. Сектори розташовані східчасто, при цьому випереджальні сектори армовані менш зносостійкими породоруйнівними елементами й мають менший опір вигину в порівнянні з іншими секторами коронки. Для цього випереджальні сектори мають менший поперечний переріз, що досягається виконанням їх з розвантажувальними радіальними каналами, розташованими у основі прорізів, або ж виконанням їх у фронтальній площині трапецеїдальної форми, менше основа якої розташовано з боку приєднувального різьблення. Відома також найбільш близька по технічній суті до пропонованої бурова коронка [патент РФ №92002378, МПК6 Е21В10/46, опубл. 20.05.95], що містить корпус із закріпленою на торці алмазовмісною матрицею, розділеною промивними пазами на робочі сектори перемінного профілю в поперечно - радіальному перетині кожного робочого сектора коронки, що чергуються по периметру робочого торця матриці, причому сектори мають перемінний профіль опуклої й увігнутої форми в поперечно - радіальному перетині кожного робочого сектора коронки і однаковий радіус кривизни по всій довжині кожного робочого сектора. Недоліки описаних бурових коронок полягають у неможливості забезпечити стабільне передруйнування породи упродовж усього періоду роботи інструмента через недостатньо продуману комбінацію секторів, що чергуються, в коронці за формою, невідпрацьованого вибору розміру секторів від розміру алмазів, що приводить до недостатнього забезпечення руйнуючої здатності бурової коронки і механічної швидкості буріння. В основу корисної моделі покладено завдання такого вдосконалення бурової коронки, при якому за рахунок виготовлення матриці секторів, що чергуються по периметрі робочого торця, що мають прямокутну форму й форму прямокутної трапеції, причому сектори, що мають форму прямокутної трапеції, оснащені більш міцними алмазами і мають меншу довжину і більшу висоту частини сектора, що набігає, чим сектори, що мають прямокутну форму, а частини секторів, що збігають і мають форму прямокутної трапеції, знаходяться на одному рівні з робочою поверхнею секторів, що мають прямокутну форму, забезпечується можливість створення зони передруйнування протягом усього періоду роботи інструмента, при забезпеченні найбільш ефективного виносу шламу із зони відпрацьовування і, як наслідок, забезпечується підвищення руйнуючої здатності бурової коронки з одночасним підвищенням механічної швидкості буріння. Поставлене завдання вирішується завдяки тому, що в буровій коронці, що містить корпус із закріпленою на торці алмазовмісною матрицею, розділеною промивними пазами на робочі сектори перемінного профілю в поперечно - радіальному перетині кожного робочого сектора коронки, що чергуються по периметру робочого торця матриці, згідно корисної моделі сектори, що чергуються по периметру робочого торця матриці, мають прямокутну форму і форму прямокутної трапеції, причому сектори, що мають форму прямокутної трапеції, оснащені більш міцними алмазами і мають меншу довжину і більшу висоту частини сектора, що набігає, чим сектори, що мають прямокутну форму, а частини секторів, що збігають, що мають форму прямокутної трапеції, знаходяться на одному рівні з робочою поверхнею секторів, що мають прямокутну форму, оптимальним при цьому буде, якщо довжина секторів, що мають форму прямокутної трапеції, визначається по наступній залежності: l l1 = 2 ± 0,2 3d , де: l1 - довжина сектора, що має форму прямокутної трапеції, мм; l2 - довжина сектора, що має прямокутну форму; d - коефіцієнт, що враховує співвідношення міцності алмазів у секторах, а висота частини секторів, що набігає, що мають форму прямокутної трапеції, в 1,25-1,35 рази більше висоти секторів, що мають прямокутну форму. Причинно-наслідковий зв'язок між пропонованою сукупністю ознак і технічними ефектами, які досягаються при її реалізації, полягає в наступному. У процесі буріння, більш міцні алмази секторів матриці, що мають форму прямокутної трапеції, що знаходяться у вершині гострого кута трапеції, створюють у масиві породи, що розбурюється, зону передруйнування, а менш міцні алмази секторів, що мають прямокутну форму, працюючи по передруйнівній породі, завершують процес руйнування. Великі частки зруйнованої породи потім за допомогою промивної рідини по похилій поверхні гострого кута секторів, що мають форму прямокутної трапеції, через промивні канали легко виносяться на поверхню свердловини, а більше дрібні частки породи, об’єм яких значно перевищує об’єм великих часток, попадають під алмазоносну поверхню секторів, що мають прямокутну форму, стираються й виносяться промивною рідиною також через промивні канали на поверхню. Передруйнування породи повинне супроводжувати процес буріння упродовж усього періоду роботи інструмента. Це можливо повною мірою тоді, коли сектори, що мають форму прямокутної трапеції, мають меншу довжину. За рахунок цього, питомий тиск на даний сектор збільшується, що приводить до більш ефективного руйнування породи під цим сектором. Більш міцні алмази, що знаходяться у даному секторі, здатні витримувати підвищені навантаження без катастрофічного зношування, що дозволяє упродовж усього періоду експлуатації зберігати задану форму робочого профілю сектора, що має форму прямокутної трапеції. Наявність гострого кута й перевищення висоти частини сектора, що набігає, що має форму прямокутної трапеції в порівнянні з висотою сектора, що має прямокутну форму й перебуває на одному рівні з висотою частини сектора, що збігає, що має форму прямокутної трапеції, сприяє безперешкодному видаленню великих часток зруйнованої породи без додаткового їхнього передрібнювання, що знижує енергоємність руйнування гірської породи і, відповідно, підвищує ефективність процесу руйнування і механічну швидкість буріння. На кресленнях проілюстрована пропонована бурова коронка: на Фіг.1 представлений вид збоку робочого торця, на Фіг.2 - перетин А-А на Фіг.1 (повернено) у збільшеному масштабі. Бурова коронка містить корпус 1 і закріплену на його торці алмазовмісну матрицю 2, розділену промивними пазами 3 на робочі сектори перемінного профілю в поперечно - радіальному перетині кожного робочого сектора коронки, що чергуються по периметрі її робочого торця, сектори, що чергуються по периметрі робочого торця матриці 2, мають прямокутну форму 4 і форму прямокутної трапеції 5, гострий кут якої спрямований убік вибою свердловини, причому сектори, що мають форму прямокутної трапеції 5, оснащені більш міцними алмазами і мають меншу довжину і більшу висоту частини, що набігає, кожного сектора, чим сектори, що мають прямокутну форму 4, а частина, що збігає, секторів, що мають форму прямокутної трапеції 5, перебуває на одному рівні з робочою поверхнею секторів, що мають прямокутну форму 4. Як показали експериментальні дослідження, найбільш високі показники ефективності пропонованої бурової коронки досягаються при такому співвідношенні довжин згаданих секторів 4 і 5 у поперечно - радіальному перетині, що відповідає наступній залежності: l l1 = 2 ± 0,2 3d , де: l1 - довжина сектора, що має форму прямокутної трапеції, мм; l2 - довжина сектора, що має прямокутну форму; d - коефіцієнт, що враховує співвідношення міцності алмазів у згаданих секторах, а також за умови, коли висота частини секторів, що набігає, що мають форму прямокутної трапеції 5, в 1,25-1,35 рази більше висоти секторів, що мають прямокутну форму 4. Пропонована бурова коронка працює так. При бурінні осьове навантаження й крутний момент передаються на згадані сектори 4-5 алмазовмісної матриці 2 бурової коронки. При цьому більш міцні алмази секторів, що мають форму прямокутної трапеції 5, беруть участь у передруйнуванні породи, створюючи мережу макро- і мікротріщин, а менш міцні алмази секторів, що мають прямокутну форму 4, завершують процес руйнування породи. Передруйнування породи супроводжує процес буріння упродовж усього періоду роботи інструмента. Завдяки оптимальному вибору параметрів секторів 4-5 алмазовмісної матриці 2 частки зруйнованої породи за допомогою промивної рідини виносяться на поверхню свердловини. При цьому виключена поява додаткового шламу, що може накопичуватися в зазорі між алмазами й матрицею 2, а значить і можливість підпалів коронки.