Бурова коронка

1. Бурова коронка, що містить корпус з алмазоносною матрицею, розділеною промивними пазами на сектори, армовані похило встановленими до торця матриці циліндричними різцями із синтетичних алмазів, що виступають відносно неї, яка відрізняє ться тим, що циліндричні різці нахилені до торця матриці таким чином, що діагональна площина, яка проходить через діаметрально протилежні точки основ циліндра різця і ділить його навпіл, співпадає з торцевою площиною матриці. 2. Коронка за п.1, яка відрізняється тим, що розмір алмазів у матриці складає 0,07-0,14 діаметра різця. 3. Коронка за п.1, яка відрізняється тим, що площа контактної поверхні сектора матриці у 1,8-2,4 рази більша від сумарної площі контактної поверхні різців у секторі. Винахід стосується породоруинівного інструмента, а саме до бурових коронок, і може бути використаний при бурінні геологорозвідувальних свердловин. Відома бурова коронка [див. Исаев М.И. Те хнический прогресс и новые достижения в колонковом бурении. Л., Недра, 1976, с.99, рис.45], що містить корпус з алмазоносною матрицею, розділеною промивними пазами на сектори, армовані похило встановленими до торця матриці циліндричними різцями із синтетичних алмазів, що виступають відносно неї. Відома також найбільш близька по технічній суті до пропонованої бурова коронка [див.авт.св.СРСР №1020565, МПК3 Е21В10/48, опубл.30.05.1983р.], що, як і вищеописана коронка, містить корпус з алмазоносною матрицею, розділеною промивними пазами на сектори, армовані похило встановленими до торця матриці циліндричними різцями із синтетичних алмазів, що виступають відносно неї, причому суміжні робочі сектори виконані різної довжини й у кожнім секторі з більшою довжиною різці встановлені з перекриттям b=0,2-0,4d, а в секторі с меншою довжиною - з неперекриттям 1=0,3-0,5 d, де d - діаметр різця. Недоліки описаних бурових коронок полягають у неможливості забезпечити стабільне передруйнування породи протягом усього періоду роботи інструмента через недостатньо продуману схему розташування різців у матриці і невідпрацьован/сть вибору розмірів алмазів у матриці, а також площ контактних поверхонь секторів матриці відносно сумарної площі контактної поверхні різців у секторі, що призводить до зниження руйнівної здатності бурової коронки і механічної швидкості буріння. В основу винаходу поставлено завдання такого удосконалення бурової коронки, при якому за рахунок вибору пропонованого кута нахилу різців забезпечується можливість створення зони передруйнування протягом усього періоду роботи інструмента, за рахунок вибору пропонованих розмірів алмазів у матриці і різцях виключаються підпали матриці і забезпечується найбільш ефек (19) UA (11) 79602 (13) (21) 20040503351 (22) 05.05.2004 (24) 10.07.2007 (46) 10.07.2007, Бюл. № 10, 2007 р. (72) Богданов Роберт Костянтинович, Шульженко Олександр Олександрович, Закора Анатолій Петрович, Ісонкін Олександр Михайлович (73) ІНСТИТУТ НАДТВЕРДИХ МАТЕРІАЛІВ ІМ.В.М.БАКУЛЯ НАН УКРАЇНИ, Богданов Роберт Костянтинович, Шульженко Олександр Олександрович, Закора Анатолій Петрович, Ісонкін Олександр Михайлович (56) SU 1245682, A1, 23.07.1986 SU 1020565, A, 30.05.1983 SU 1738993, A1, 07.06.1992 RU 2055143, C1, 27.02.1996 RU 2024727, C1, 15.12.1994 US 4862977, 05.09.1989 Исаев М.И. Те хнический прогресс и новые достижения в колонковом бурении. - М.: Недра, 1976. С. 99 C2 1 3 79602 тивний винос шламу з зони відпрацьовування, а за рахунок пропонованого вибору величини площі контактної поверхні сектора відносно сумарної площі контактної поверхні різців у секторі додатково забезпечується виключення можливості утворення залишків цілини незруйнованої породи, що ще в більшій мірі підвищить руйнівну здатність бурової коронки, як наслідок перерахованих вище технічних ефектів забезпечується підвищення руйнівної здатності бурової коронки з одночасним підвищенням механічної швидкості буріння. Поставлене завдання вирішується завдяки тому, що в буровій коронці, що містить корпус з алмазоносною матрицею, розділеною промивними пазами на сектори, армовані похило встановленими до торця матриці циліндричними різцями із синтетичних алмазів, що виступають відносно неї, згідно винаходу циліндричні різці нахилені до торця матриці таким чином, що діагональна площина, яка проходить через діаметрально протилежні точки основ циліндра різця і ділить його навпіл, співпадає з торцевою площиною матриці, оптимальним при цьому є, якщо розмір алмазів у матриці складає 0,07-0,14 діаметра різця, а площа контактної поверхні сектора матриці в 1,8-2,4 рази більше від сумарної площі контактної поверхні різців у секторі. Причинно-наслідковий зв'язок між пропонованою сукупністю ознак і технічними ефектами, які досягаються при її реалізації, полягає в наступному. В процесі буріння різці, що виступають над алмазоносною матрицею, створюють у масиві породи, що розбурюються, зону передруйнування, а алмази матриці, працюючи по попередньо зруйнованій породі, завершують процес руйнування. Частки зруйнованої породи потім за допомогою промивної рідини виносяться на поверхню свердловини. Передруйнування породи повинне супроводжувати процес буріння протягом усього періоду роботи інструмента. Це можливо повною мірою тоді, коли діагональна площина різців, що проходить через діаметрально протилежні точки основ циліндра різця і яка ділить його навпіл, співпадає з торцевою площиною матриці. Якщо основа циліндричного різця з боку частини, що набігає, буде виступати над поверхнею матриці, то в просторі між цією основою і поверхнею матриці буде накопичуватись шлам, що додатково зношує матрицю. Основа з боку частини циліндричного різця, що збігає, повинна знаходитися в тілі матриці так, щоб крайня точка його знаходилася у торцевій площин/ матриці. Якщо ж ця основа циліндричного різця буде виступати над поверхнею матриці, то в просторі частини різця, що збігає, буде накопичуватись шлам, що додатково зношує матрицю. Максимальна руйнівна здатність бурової коронки буде забезпечена тоді, коли взаємодія з породою буде здійснюватись усією виступаючою над поверхнею матриці частиною циліндричного різця. Якщо розмір алмазів у матриці буде складати менше ніж 0,07 діаметра різця, то алмази матриці не зможуть ефективно завершува ти процес руйнування породи, тому що не в змозі зруйнувати великі частки шламу, що утворяться після різців, а 4 вони, у свою чергу, не зможуть проходити в малий зазор між алмазами і матрицею. Незруйновані частки шламу будуть накопичуватись у призабійному просторі, додатково зношуючи матрицю. При цьому підвищується потужність, затрачувана на руйнування породи, і може виникнути підпал матриці. Якщо ж розмір алмазів у матриці буде складати більше від 0,14 діаметра різця, то частки шламу будуть значно менше зазору між алмазами і матрицею і будуть цілком виноситися рідиною, що недостатньо для нормального зносу матриці й оголення алмазів матриці. Робота коронки в таких умовах буде малоефективною. Оптимальним є співвідношення 0,07-0,14. При цьому в породі під різцем утвориться достатня зона передруйнування. Шлам невеликих розмірів під торцем матриці знаходиться в незначній кількості, що полегшує роботу алмазам матриці. Вони остаточно руйнують поперед зруйновану породу без додаткових на це зусиль і збільшення потужності. Як відомо, у залежності від фізико-механічних властивостей гірської породи ширина борозни руйнування її перевищує ширину зануреної частини різця до 2 разів. Якщо перевищення площі контактної поверхні сектора матриці над сумарною площею контактної поверхні різців у секторі буде менше 1,8 разів, то в процесі буріння на вибої свердловини після проходження різців будуть залишатися цілини незруйнованої породи й алмази матричного шару будуть змушені виконувати додаткову роботу по передруйнуванню породи і тільки потім - по руйнуванню. Для цього потрібні додаткові витрати потужності і знижується швидкість буріння. Якщо перевищення площі контактної поверхні сектора матриці над сумарною площею контактної поверхні різців у секторі буде більше 2,4 разів, то в процесі буріння різці, що вступили в контакт із породою першими, будуть створювати розвинену зону передруйнування. Різці, що йдуть слідом за ними, будуть проходити повторно по вже поперед зруйнованій зоні і перемелювати частки шламу. У цьому випадку витрати енергії на руйнування породи різцями будуть зростати за рахунок участі їх у перемелюванні шламу поперед зруйнованої породи. У свою чергу, додатковий шлам, що накопичується в зазорі між алмазами і матрицею, також може привести до підпалу коронки. При перевищенні площі контактної поверхні сектора матриці над сумарною площею контактної поверхні різців у секторі 1,8-2,4 рази відбувається оптимальний процес руйнування породи коронкою. На кресленнях проілюстрована пропонована бурова коронка: на Фіг.1 представлений вид з боку робочого торця, на Фіг.2 - перетин А-А на Фіг.1 (повернено) у збільшеному масштабі. Бурова коронка містить корпус 1 з алмазоносною матрицею 2, розділеною промивними пазами 3 на сектори, армовані похило встановленими до торця матриці 2 циліндричними різцями 4 із синтетичних алмазів, що виступають відносно неї, циліндричні різці 4 нахилені на кут до торця матриці 2 таким чином, що діагональна площина, яка проходить через діаметрально протилежні точки основ 5 79602 циліндра різця і яка ділить його навпіл, співпадає з торцевою площиною матриці 2, оптимальним при цьому буде, якщо розмір алмазів у матриці 2 складає 0,07-0,14 діаметра різця, а площа контактної поверхні сектора матриці 2 в 1,8-2,4 разів більше сумарної площі контактної поверхні різців 4 у секторі. Пропонована бурова коронка працює так. При бурінні осьове навантаження і крутний момент передаються на сектори алмазоносної матриці 2 коронки. При цьому циліндричні різці 4, що виступають над алмазоносною матрицею 2, беруть участь у передруйнуванні породи, створюючи мережу макро- і мікротріщин, а алмази матри Комп’ютерна в ерстка Т. Чепелев а 6 ці 2 завершують процес руйнування породи. Передруйнування породи супроводжує процес буріння протягом усього періоду роботи інструмента. Завдяки оптимальному вибору розміру алмазів у матриці 2 відносно діаметра різців 4 і співвідношення площ контактної поверхні сектора матриці 2 до сумарної площі контактної поверхні різців 4 частки зруйнованої породи за допомогою промивної рідини виносяться на поверхню свердловини. При цьому виключена поява додаткового шламу, що може накопичуватись в зазорі між алмазами і матрицею 2, а значить і можливість підпалів коронки. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601