Коронка для ударно-вращательного бурения скважин

Коронка для ударно-вращательного бурения скважин

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Коронка относится к породоразрушающему инструменту для ударно-вращательного бурения крепких пород и пород средней крепости.

Известна буровая коронка для ударно-вращательного бурения, содержащая корпус, армированный твердосплавной пластиной со сфероидальными выступами на периферийных участках и клиновым лезвием в центральной части коронки [1].

Недостатком буровой коронки является высокая нагрузка на клиновое лезвие, что сокращает срок службы коронки.

Известна коронка для ударно-вращательного бурения скважин, содержащая корпус с хвостовиком, твердосплавные вставки в виде шаров, расположенных на периферийной части коронки, и центральный промывочный канал, сообщенный с наклонными каналами [2]. Это техническое решение взято в качестве прототипа.

Однако данная конструкция имеет невысокую скорость бурения, поскольку эффективный процесс разрушения породы происходит в зоне расположения шаровых вставок на периферийной части забоя, центральная часть подвержена недостаточному разрушающему воздействию.

Задачей изобретения является увеличение скорости бурения за счет повышения эффективности разрушения забоя скважины.

Это достигается тем, что коронка для ударно-вращательного бурения скважин, содержащая корпус с хвостовиком, твердосплавные вставки в виде шаров, расположенных на периферийной части коронки, и центральный промывочный канал, сообщенный с двумя наклонными каналами, снабжена призматическими вставками, расположенными в обойме, установленной в средней части коронки с возможностью вращения вокруг оси коронки и фиксации ее положения относительно шаров, а центральная часть коронки образована дополнительными призматическими вставками с Т-образным размещением относительно друг друга между двумя наклонными каналами.

На фиг.1 изображена буровая коронка, вид сбоку.

На фиг.2 изображена буровая коронка для крепких пород, вид сверху.

На фиг.3 изображена буровая коронка для пород средней крепости, вид сверху.

Буровая коронка состоит из корпуса 1 с хвостовиком 2, твердосплавных вставок в виде шаров 3, расположенных на периферийной части коронки, призматических вставок 4, размещенных в обойме 5, установленной в средней части коронки с возможностью вращения вокруг оси коронки и фиксации ее положения относительно шаров 3 посредством винтов 6, центрального промывочного канала 7, сообщенного с двумя наклонными каналами 8, дополнительных призматических вставок 9 с Т-образным размещением относительно друг друга, установленных в центральной части коронки между наклонными каналами 8. При бурении крепких пород обойму устанавливают таким образом, чтобы каждая ее призматическая вставка 4 была расположена между двумя соседними шарами 3 и на одинаковом от них расстоянии, при этом продольная ось каждой призматической вставки и оси соседних шаров, проходящие через ось коронки в горизонтальной плоскости, образуют углы, каждый из которых равен 30° (см. фиг.2). При бурении пород средней крепости продольная ось каждой призматической вставки 4 образует с осью одного из шаров угол, равный 15°, а с осью другого шара - 45°, причем все призматические вставки находятся в обойме на одинаковом расстоянии относительно друг друга (см. фиг.3).

Буровая коронка работает следующим образом.

Ударный импульс от ударника (на фигуре не показан) передается через хвостовик 2, корпус 1, шаровые и призматические вставки соответственно 3 и 4, 9 на забой скважины. При взаимодействии шаров 3 с породой на периферийной части забоя в породе возникают напряжения сжатия, вызывающие образование трещин, радиально направленных от центров шаров. При бурении крепких пород в средней части забоя в каждом секторе между призматическими вставками 4 формируется эффективная зона разрушения за счет максимального взаимодействия сдвигающих сил от соседних призматических вставок и одновременного взаимодействия этих сил с одной стороны с радиальными силами, создаваемыми шаровыми вставками, а с другой - с силами, создаваемыми дополнительными призматическими вставками 9. Разрушение центральной части забоя происходит под действием сдвигающих сил от наклонных поверхностей призматических вставок 9 с Т-образным размещением. При этом максимальное разрушение происходит в зоне взаимодействия их сдвигающих сил. Одновременно происходит взаимодействие сдвигающих сил, создаваемых призматическими вставками 4 обоймы и призматическими вставками 9, что также способствует формированию трещин в горной породе. При бурении пород средней крепости взаимодействие сдвигающих сил, образованных шаровыми и призматическими вставками 3 и 4, 9, в секторах с углом, равным 15°, будет максимальным, что вызывает максимальную концентрацию сдвиговых напряжений в этих секторах, а в секторах с углом 45° концентрация сдвиговых напряжений меньше, чем в секторах с углом 15°. В результате этого происходит распространение сдвиговых напряжений из секторов с углом 15° в соседние секторы, создавая трещины в горной породе.

Таким образом, данная коронка для ударно-вращательного бурения скважин позволяет создать разрушающие воздействия на горную породу по всей площади забоя. В результате этого повышается эффективность разрушения породы и увеличивается скорость бурения в 1,15 раза, что подтверждено экспериментально.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №817244, кл³ Е21В 10/46, 17.05.79.

2. Патент РФ №2005159, кл.⁵ Е21В 10/36, 10.03.92 (прототип).

Коронка для ударно-вращательного бурения скважин, содержащая корпус с хвостовиком, твердосплавные вставки в виде шаров, расположенных на периферийной части коронки, и центральный промывочный канал, сообщенный с двумя наклонными каналами, отличающаяся тем, что она снабжена призматическими вставками, расположенными в обойме, установленной в средней части коронки с возможностью вращения вокруг оси коронки и фиксации ее положения относительно шаров, а центральная часть коронки образована дополнительными призматическими вставками с Т-образным размещением относительно друг друга между двумя наклонными каналами.