Алмазна бурова коронка

Алмазна бурова коронка, що містить корпус з приєднувальною різьбою, розділений промивними каналами на основні і сколюючі сектори, оснащені алмазовмісними породоруйнівними елементами, які розташовані в сколюючих секторах в прикерновій, центральній та периферійній зонах за схемою перекриття по спіралі, яка відрізняється тим, що основні і сколюючі сектори мають однакову висоту алмазовмісних породоруйнівних елементів відносно торцевої поверхні коронки в зоні приєднувальної різьби, а алмазовмісні породоруйнівні елементи, якими оснащені сколюючі сектори, зміщені відносно один одного по спіралі, що з'єднує бокові поверхні алмазовмісних породоруйнівних елементів, причому на початку і в кінці спіралі алмазовмісні породоруйнівні елементи дотикаються до поверхонь, що утворюють внутрішній та зовнішній діаметри алмазної бурової коронки, відповідно. Винахід стосується бурової техніки і може бути використаний при бурінні свердловин з відбором керна. Відома алмазна бурова коронка, що містить корпус і алмазовмісну матрицю з виступаючими концентричними породоруйнівними алмазовмісними елементами, [див. а. с. СРСР №1069476, МПК 5 Е21В 10/48, опубл. 1982р.], причому, вони виконані перемінної ширини, що зменшується від прикернової зони до присвердловинної, а ширина алмазовмісних породоруйнівних елементів і радіус їх місцезнаходження зв'язані співвідношенням: t1r1=t2r2=tiri, де t1 t2 ti - ширина, відповідно 1-го, 2-го, і-го рядів алмазовмісних породоруйнівних елементів, r1 r2 ri - радіуси розташування 1-го, 2-го, і-го рядів алмазовмісних породоруйнівних елементів. Недоліками алмазної бурової коронки є: - неможливість використання алмазної бурової коронки при бурінні тріщинуватих та міцних порід; - неможливість заміни породоруйнівних алмазовмісних елементів при їх інтенсивному або аварійному зносі; - відсутність схеми перекриття алмазовмісних породоруйнівних елементів. Відома найбільш близька за технічною суттю до пропонованої породоруйнівна алмазовмісна бурова коронка [див. а. с. СРСР №1609939, МПК 5 Е21В 10/48, опубл. 30.11.90 р., бюл. №44], що містить корпус з приєднувальною різьбою, розділений промивними каналами на основні і сколюючі сектори, оснащені алмазовмісними породоруйнівними елементами, що містяться в прикерновій, центральній і присвердловинній зонах, які з метою виконання функції сколювання гребінців породи, що утворюються в процесі буріння, розташовані в сколюючих секторах за схемою перекриття по спіралі, при цьому алмазовмісні породоруйнівні елементи, розташовані в алмазоносній матриці по спіралі, яка починається і закінчується в одному сколюючому секторі, передня їх частина суміщена з задньою частиною алмазовмісних породоруйнівних елементів попереднього сектора, а задня зміщена в сторону присвердловинної зони бурової коронки таким чином, що вона суміщається з западиною наступного сектора, крім того, сколюючий сектор зміщений відносно основних секторів по висоті у бік приєднувальної різьби корпусу коронки. (19) UA (11) 91148 (13) C2 (21) a200902847 (22) 26.03.2009 (24) 25.06.2010 (46) 25.06.2010, Бюл.№ 12, 2010 р. (72) МАЙСТРЕНКО АНАТОЛІЙ ЛЬВОВИЧ, СВЕШНІКОВ ІГОР АРКАДІЙОВИЧ, БОГДАНОВ РОБЕРТ КОСТЯНТИНОВИЧ, ІСОНКІН ОЛЕКСАНДР МИХАЙЛОВИЧ, ВИНОГРАДОВА ОЛЕНА ПЕТРІВНА, ЛЮДВИЧЕНКО ПЕТРО ГЕРАСИМОВИЧ (73) ІНСТИТУТ НАДТВЕРДИХ МАТЕРІАЛІВ ІМ. В.М. БАКУЛЯ НАН УКРАЇНИ, МАЙСТРЕНКО АНАТОЛІЙ ЛЬВОВИЧ, СВЕШНІКОВ ІГОР АРКАДІЙОВИЧ, БОГДАНОВ РОБЕРТ КОСТЯНТИНОВИЧ, ІСОНКІН ОЛЕКСАНДР МИХАЙЛОВИЧ, ВИНОГРАДОВА ОЛЕНА ПЕТРІВНА, ЛЮДВИЧЕНКО ПЕТРО ГЕРАСИМОВИЧ (56) SU 1609939, A1, 30.11.1990 SU 474598, 25.06.1975 GB 2202877, A, 05.10.1988 3 Недоліками описаного інструмента є наступне: - неможливість використання алмазовмісних породоруйнівних елементів високої твердості і зносостійкості, оскільки ця конструкція передбачає використання алмазовмісної матриці; - по причині того, що сколюючий сектор зміщений відносно основних секторів по висоті у сторону приєднувальної різьби, відбувається інтенсивний знос алмазовмісних породоруйнівних елементів у сколюючому секторі, тому що він вступає в роботу на етапі, коли гребінці породи вже утворилися; - по причині того, що площа контакту з забоєм алмазовмісних породоруйнівних елементів достатньо велика, не створюються високі навантаження на забої і не відбувається ефективне породоруйнування, як наслідок, зменшується швидкість буріння алмазної бурової коронки; - можливість виникнення мікродефектів в будь якій частині одного алмазовмісного породоруйнівного елемента у секторі алмазної бурової коронки сприяє його поширенню по всьому його об'єму, а також переходу на сусідній алмазовмісний породоруйнівний елемент шляхом розповсюдження тріщини через алмазовмісну матрицю, що з'єднує алмазовмісні породоруйнівні елементи з корпусом алмазної бурової коронки, причому при виході з ладу (аварійному зносі або поламці) одного алмазовмісного породоруйнівного елемента його неможливо замінити новим алмазовмісним породоруйнівним елементом. В основу винаходу покладено завдання такого вдосконалення алмазної бурової коронки, при якому за рахунок того, що основні і сколюючі сектори мають однакову висоту алмазовмісних породоруйнівних елементів відносно торцевої поверхні коронки в зоні приєднувальної різьби, а саме, за кожним основним сектором слідує сколюючий сектор, відбувається безпосереднє видалення щойно утвореного парою алмазовмісних породоруйнівних елементів основного сектора гребінця породи, або його частини; за рахунок того, що алмазовмісні породоруйнівні елементи, якими оснащені сколюючі сектори, зміщені відносно один одного по спіралі, що з'єднує бокові поверхні алмазовмісних породоруйнівних елементів, причому на початку і в кінці спіралі алмазовмісні породоруйнівні елементи дотикаються до поверхонь, що утворюють внутрішній та зовнішній діаметри алмазної бурової коронки, відповідно, відбувається помірне і майже одночасне видалення гребінців породи по всьому забою, що сприяє рівномірному зносу алмазовмісних породоруйнівних елементів як в основних так і в сколюючих секторах. Для вирішення означеного завдання у алмазній буровій коронці, що містить корпус з приєднувальною різьбою, розділений промивними каналами на основні і сколюючі сектори, оснащені алмазовмісними породоруйнівними елементами, які розташовані в сколюючих секторах за схемою перекриття по спіралі, згідно винаходу основні і сколюючі сектори мають однакову висоту алмазовмісних породоруйнівних елементів відносно торцевої поверхні коронки в зоні приєднувальної різьби, а алмазовмісні породоруйнівні елементи, 91148 4 якими оснащені сколюючі сектори, зміщені відносно один одного по спіралі, що з'єднує бокові поверхні алмазовмісних породоруйнівних елементів, причому на початку і в кінці спіралі алмазовмісні породоруйнівні елементи дотикаються до внутрішнього та зовнішнього діаметрів алмазної бурової коронки, відповідно. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак, що заявляється і технічними результатами, які досягаються при її реалізації, полягає у наступному. Завдяки тому, що алмазовмісні породоруйнівні елементи, призначені для розташування в основних і сколюючих секторах алмазної бурової коронки, яка використовується при руйнуванні міцних і сильнотріщинуватих порід, повинні мати високу міцність та зносостійкість, вони виготовляються окремо від корпусу алмазної коронки, що забезпечує їм завдяки перевагам технології їх виготовлення необхідні вищевказані якості; завдяки тому, що при виникненні мікродефекту в процесі роботи в одному породоруйнівному алмазовмісному елементі не відбувається його розповсюдження у вигляді тріщини на сусідні алмазовмісні породоруйнівні елементи, при інтенсивному або аварійному зносі алмазовмісного породоруйнівного елемента є можливість заміни його новим алмазовмісним породоруйнівним елементом, крім того, збільшується ресурс бурової коронки вцілому; завдяки тому, що основні і сколюючі сектори мають однакову висоту алмазовмісних породоруйнівних елементів відносно торцевої поверхні коронки в зоні приєднувальної різьби, а саме, за кожним основним сектором слідує сколюючий сектор, відбувається миттєве сколювання щойно утвореного парою алмазовмісних породоруйнівних елементів гребінця породи, що перетворюється на шлам і також миттєво виноситься в затрубну зону охолоджувальною рідиною через промивні канали. Завдяки тому, що алмазовмісні породоруйнівні елементи у сколюючих секторах розташовані по спіралі, вони крім функції сколювання (функції сколюючих секторів) виконують, також, функцію породоруйнування (функцію основних секторів) як в прикерновій, центральній, так і в присвердловинній зонах при одночасному повному перекритті забою. На кресленнях проілюстровано пропоновану алмазну бурову коронку, де на Фіг.1 зображено загальний вигляд, а на Фіг.2 - вигляд зверху на Фіг.1. У алмазній буровій коронці, що містить корпус 1 з приєднувальною різьбою 2, розділений промивними каналами 3 на основні 4 і сколюючі 5 сектори, оснащені алмазовмісними породоруйнівними елементами 6, розділеними в основних секторах 4 захисними пластинами 7, які розташовані в сколюючих 5 секторах за схемою перекриття по спіралі, згідно винаходу основні 4 і сколюючі 5 сектори мають однакову висоту алмазовмісних породоруйнівних елементів 6 відносно торцевої поверхні коронки в зоні приєднувальної різьби 2, а алмазовмісні породоруйнівні елементи 6, якими оснащені сколюючі сектори 5, зміщені відносно один одного по спіралі, що з'єднує бокові поверхні 5 алмазовмісних породоруйнівних елементів 6, причому на початку і в кінці спіралі алмазовмісні породоруйнівні елементи 6 дотикаються до внутрішнього та зовнішнього діаметрів алмазної бурової коронки, відповідно, при оптимальних варіантах виконання алмазної бурової коронки алмазовмісні породоруйнівні елементи 6, розташовані в прикерновій і присвердловинній зонах основних секторів 4, виступають за їх межі в прикерновій і присвердловинній зонах в радіальному напрямку на величину а (у даному виконанні алмазної бурової коронки а=0,5мм). Наприклад, в буровій алмазній коронці Ø93мм відношення суми площ контакту з забоєм алмазовмісних породоруйнівних елементів 6 в присвердловинній зоні до суми площ контакту з забоєм алмазовмісних породоруйнівних елементів 6 в прикерновій зоні - 90мм2/75мм2=1,2 відповідає відношенню середнього арифметичного, що складається зі значення діаметра кола D1, що ділить навпіл алмазовмісні породоруйнівні елементи 6, встановлені в основних секторах 4 і розділені захисними пластинами 7 в присвердловинній зоні коронки, та значень діаметрів кіл D2 і D3, що ділять навпіл алмазовмісні породоруйнівні елементи 6, що завершують спіраль в сколюючих секторах 5, також в присвердловинній зоні до середнього арифметичного, що складається з діаметра кола d1, що ділить навпіл алмазовмісні породоруйнівні елементи 6, встановлені в основних секторах 4 в прикерновій зоні і діаметра кола d2, що ділить навпіл алмазовмісний породоруйнівний елемент 6, встановлений в сколюючому секторі 5, також в прикерновій зоні дорівнює 1,2; тобто відношенню середнього шляху різання алмазовмісних породоруйнівних елементів 6 в присвердловинній зоні до середнього шляху різання алмазовмісних породоруйнівних елементів 6 в прикерновій зоні. Руйнування гребінця породи, утвореного основними секторами в прикерновій зоні відбувається алмазовмісними породоруйнівними елементами 6, розташованими в сколюючих секторах 5, якими починається спіраль, а руйнування гребінця породи, утвореного основними секторами в присвердловинній зоні відбувається алмазовмісними породоруйнівними елементами, розташованими в сколюючих секторах 5, якими спіраль закінчується 91148 6 (алмазовмісний породоруйнівний елемент 6, що дотикається до поверхні, що утворює внутрішній діаметр алмазної бурової коронки повністю перекриває гребінець породи у прикерновій зоні, слідуючи за ним алмазовмісний породоруйнівний елемент 6 у сколюючому секторі 5 перекриває його наполовину і розташований на відстані b=3мм від поверхні, що утворює внутрішній діаметр алмазної бурової коронки, передостанній в спіралі алмазовмісний породоруйнівний елемент 6 повністю перекриває гребінець породи і відступає від поверхні, що утворює зовнішній діаметр бурової коронки в радіальному напрямку до осі її обертання на величину а=0,5мм, останній в спіралі алмазовмісний породоруйнівний елемент 6 перекриває половину гребінця породи і дотикається до поверхні, що утворює зовнішній діаметр бурової коронки). Алмазна бурова коронка виготовляється наступним чином. В основних 4 і сколюючих секторах 5 корпусу 1 алмазної бурової коронки з приєднувальною різьбою 2 фрезеруються пази під алмазовмісні породоруйнівні елементи 6. На дно кожного окремого паза, вифрезуваного під необхідну кількість алмазовмісних породоруйнівних елементів 6 в основних 4 і сколюючих 5 секторах спочатку вкладається пластинка з припою з метою забезпечення якісного шва, після чого в паз вкладаються алмазовмісні породоруйнівні елементи 6, що розділяються в основних секторах 6 захисними пластинами 7. В нагрітому стані основні 4 і сколюючі сектори 5 корпусу 1 алмазної бурової коронки заливаються припоєм, пластинка з припою на дні паза розплавляється, утворюючи монолітну конструкцію сектора корпусу 1 алмазної бурової коронки. Алмазна бурова коронка працює так. Корпус 1 алмазної бурової коронки з приєднувальною різьбою 2, здійснює обертальний рух навколо своєї осі, а алмазовмісні породоруйнівні елементи 6, розділені захисними пластинами 7 в основних секторах 4 і запаяні в основні 4 і сколюючі сектори 5, здійснюють руйнування породи і охолоджуються рідиною, що подається по бурильним трубам і вимивається разом зі шламом через промивні канали 3. 7 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 91148 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601