Бурова коронка ударно-обертової дії з твердосплавними роликами

Реферат: Винахід належить до гірничого бурового інструмента ударно-обертової дії, а саме до бурових коронок, які забезпечують руйнування породи завдяки нанесенню ударів при ковзанні робочих елементів по породі при наявності зусилля подачі і обертів коронки навколо своєї осі. Запропонована бурова коронка забезпечує підвищення її стійкості і швидкості буріння у порівняні з існуючим інструментом і як наслідок підвищення ефективності експлуатації. Бурова коронка ударно-обертової дії складається з корпуса, у головці якого розміщені твердосплавні ролики, з можливістю самозагострення, центральні вставки, робоча поверхня яких може мати різну форму, і периферійні вставки з плоскими торцями, при цьому твердосплавні ролики вільно розташовані у корпусі між пружинами і мають можливість UA 110975 C2 (12) UA 110975 C2 зворотно-поступально переміщуватись вздовж осі коронки, а також періодично обертатись навколо свого центра. Твердосплавне оснащення, ролики і вставки, розташовані у корпусі коронки таким чином, при якому у сукупності утворюють взаємний вплив на породу при утворенні розколин у вибої свердловини, що підвищує ефективність буріння. Діаметр (d) роликів залежить від розмірів (D) свердловини і їх відстані (L) від осі інструмента, а саме: d  2 (D / 2)2  L2 . UA 110975 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до гірничого бурового інструмента ударної дії, а саме до бурових коронок, які забезпечують руйнування породи завдяки нанесенню високочастотних ударів і ковзанні робочих елементів по породі при обертанні коронки навколо своєї осі. Аналогами можуть бути: патенти США №27042046, кл. 175-370, 1955 р. та № 2898089, кл. 175-361, 1959 р.; патент України № 23749, Ε21В 10/46, 1997р. та інші. Найбільш близьким аналогом (прототипом) за технічною суттю до коронки, що заявляється, є буровий інструмент за АС СРСР № 859587, кл. Ε 21 В 10/10, 1969 р. "Бурове долото". Воно складається із корпуса і робочих елементів, які розташовані на одній осі і можуть вільно обертатися, робочі поверхні елементів утворені конічними і криволінійними поверхнями, які при перетині утворюють коло. Така коронка не може працювати при ударному бурінні, тому що її алмазне покриття буде зруйновано. В основу винаходу поставлено задачу розробки такої конструкції коронки, яка при використанні переваг роликів, забезпечувала б руйнування породи від ударно-обертової дії і мала невелику поверхню контакту для підвищення питомої енергії удару. Для цього заявлена бурова коронка ударно-обертової дії, що складається із корпуса, у головці якого розміщені твердосплавні ролики, центральні твердосплавні вставки, робоча поверхня яких може мати різну форму, і периферійні твердосплавні вставки з плоскими торцями; твердосплавні ролики вільно розташовані у корпусі між пружинами і мають можливість періодично переміщуватись зворотно-поступально вздовж осі коронки і обертатися навколо свого центра, при цьому ролики розміщені у корпусі таким чином, що при бурінні загострюються завдяки тертю їх криволінійних поверхонь об породу; діаметр (d) роликів залежить від розмірів (D) свердловини і їх відстані (L) відносно осі коронки, а саме: d  2 (D / 2)2  L2 . Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак, що заявляється, і технічними результатами, які досягаються, полягає у наступному. Як відомо, процес руйнування породи у свердловині складається з двох періодів: створення розколин передруйнування і безпосередньо вилучення часток породи з вибою свердловини. Перший період дуже важливий. Чим більше у породі утворено розколин, тим ефективніше утворюється її наступне руйнування. Відомі бурові коронки ударної дії у контакті з породою мають велику поверхню, тому питома енергія удару недостатня для ефективного руйнування породи, особливо коли робочі поверхні твердосплавного оснащення затуплені. Запропонована бурова коронка має поверхню контакту з породою значно меншу, крім того, вона у процесі буріння загострюється, що дозволяє вибій свердловини густо покрити розколинами, що перехрещуються, і тим самим підвищити ефективність буріння. Особливо це стосується периферійної зони, яка блокована циліндричною поверхнею свердловини. Поступовий перехід від торця свердловини до її циліндричної поверхні і насиченість її розколинами передруйнування полегшує роботу твердосплавних вставок з плоскими та сферичними робочими поверхнями і підвищує швидкість буріння. Ці показники дають значний економічний ефект. Таким чином запропонована конструкція бурової коронки відповідає вирішенню поставленої задачі. Винахід проілюстровано кресленнями, де на фіг. 1 показаний розріз по А-А на фіг. 2, на фіг. 2 показаний вигляд по Б на фіг. 1, на фіг. 3 показаний вигляд коронки збоку у розрізі по ВГЕІ, а на фіг. 4 показана свердловина у розрізі в зоні буріння. Бурова коронка ударно-обертової дії, що складається з корпуса, який містить хвостовик 1 і головку 2, у пазах 3 якого вільно розташовані твердосплавні ролики 4 між чотирма пружинами 5, що дозволяє їм зворотно-поступально переміщуватись вздовж осі коронки, а також періодично обертатись навколо свого центра. Знизу в корпус коронки для руйнування породи в центральній зоні (поз. 6 фіг. 4) встановлені твердосплавні вставки 7, які можуть мати різну форму робочої частини, а по периферії головки розташовані твердосплавні вставки з плоскими торцями 8, які розширюють свердловину (поз. 9, фіг. 4), при цьому використовуються розколини передруйнування, які утворені роликами на бокових поверхнях свердловини. Роликами руйнується найбільший об’єм свердловини (поз. 10, фіг. 4), але завдяки їх загостренню у процесі буріння їх стійкість буде тривалою, як і самої коронки. Ролики загострюють під кутом (, фіг.2), який утворений твірними 11 конусних поверхонь роликів з вершиною 12. Цей кут залежить від міцності породи, для якої призначена коронка, і може змінюватися від 80° до 110°. Діаметр (d) роликів залежить від розмірів свердловини (D) і їх відстані (L) відносно осі коронки, а саме: d  2 (D / 2)2  L2 . 1 UA 110975 C2 5 10 15 Запропонований буровий інструмент працює таким чином. При контакті з породою під робочими поверхнями всіх твердосплавних елементів під впливом ударних хвиль утворюються розколини передруйнування. Під роликами розколини будуть утворюватись по колу, а лінії контакту з породою будуть перехрещуватись. Коли міцність породи зменшиться, її частки почнуть сколюватись і коронка буде занурюватися у породу. Завдяки тому, що ролики мають можливість переміщуватись зворотно-поступально вздовж осі коронки, при проходженні ударної хвилі головка корпуса буде притиснута до їх верхньої частини і енергія удару через ролики досягає породи. Після віддачі корпуса від вибою ролики під дією пружин залишаються у контакті з породою і при обертанні коронки під дією сил тертя на роликах створюється крутний момент і вони повертаються навколо свого центра. Вставки з плоскими торцями 8 (фіг.2) сколюють породу по периферії свердловини, яка порушена розколинами від роликів. Центральну зону вибою руйнують штирові вставки, робоча частина яких виконана сферичною, балістичною або призматичною в залежності від фізикомеханічних властивостей породи. Загострення роликів у процесі буріння дозволяє тривалий час працювати без заміни інструмента, при цьому температура в зоні руйнування буде меншою у порівняні з відомими коронками. Ці переваги дозволяють підвищити швидкість буріння і стійкість інструмента. Приведені дані обґрунтовують можливість рішення поставленої задачі, та промислове застосування бурової коронки ударно-обертової дії з твердосплавними роликами. 20 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 35 1. Бурова коронка ударно-обертової дії, що складається з корпуса, у головці якого розміщені твердосплавні ролики, з можливістю самозагострення, центральні вставки, робоча поверхня яких може мати різну форму, і периферійні вставки з плоскими торцями, яка відрізняється тим, що твердосплавні ролики вільно розташовані у корпусі між пружинами і мають можливість зворотно-поступально переміщуватись вздовж осі коронки, а також періодично обертатись навколо свого центра. 2. Бурова коронка за п. 1, яка відрізняється тим, що твердосплавне оснащення, ролики і вставки, розташовані у корпусі коронки таким чином, при якому у сукупності утворюють взаємний вплив на породу при утворенні розколин у вибої свердловини, що підвищує ефективність буріння. 3. Бурова коронка за одним з пп. 1 і 2, яка відрізняється тим, що діаметр d роликів залежить від розмірів свердловини D і їх відстані L від осі коронки, а саме: d  2 (D / 2)  L2 . 2 UA 110975 C2 3 UA 110975 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4