Импрегнированная буровая коронка

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 1 В 10/48 ОСУДАРСТВЕНН ЕДОМСТВО ССС ГОСПАТЕНТ ССС АТЕНТ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ КОРОНКА твеконстениея поте(фь. А ВТОРСНОМЪ( СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Алма-Атинский филиал Институтаповышения квалификации руководящих,работников и специалистов Нинистерства геологии СССР(56) Авторское свидетельство СССРй 688599, кл. Е 21 В 10/48, 1977,Авторское свидетельство СССРИ 1180479, кл. Е 21 В 10/48, 1984,(54) ИИПРЕП 1 ИРОВАННАЯ БУР Изобретение относится к породоразрушающему инструменту для колонкового бурения с оЬластью применения в горных породах 1 Х Х категории по буримостиИзвестны импрегнированные коронки с комбинированными матрицами, включающими кроме алмазов и вставки из композиционного материала типасал". К общему недостатку этих рукций коронок относятся разруш вставок алмазов, частая излишня ря размера внутреннего диаметра, различие работоспособности вставок и алмазосодержащей матрицы, приводящие к образованию кольцевых выработок по рабочему торцу коронки, что снижает производительность бурения.НаиЬолее близкой по конструкции является алмазная буровая коронка,.) 0 1778264(57) Использование: бурение скважинпо твердым породам. Сущность изоЬретения: коронка включает короночноекольцо, приварочный слой и алмазосодержащую матрицу. Натрица разделена промывочными пазами на секторы,имеющими торец с наружним плоскимучастком, армированным композиционными вставками, и внутренним наклонным участком. Яирина наклонного участка больше ширины плоского участка в1,3-2,3 раза, при этом размер алмазов композиционных вставок определяется по определенной зависимости.3 ил., 1. табл. включающая короночное кольцо с резьЬой, приварочный слой и алмазосодер жащую матрицу, прикрепленные методом инфильтрации к короночному кольцу и разделенные промывочными пазами на сектора, содержащие породоразруша ющие композиционные вставки установленные по наружному и внутреннему диаметру и в клиновой части профиля.Такая конструкция обладает высокой работоспособностью, однако, т.к.вставки и алмазосодержащая матрица оснащены одинаковыми по прочности и размеру алмазами, вставки над рабочим торцом при бурении не выступают и поэтому не образуют и не концентрируют сеть микротрещин на забое горной породы. Вставки лишь защищают клиновый профиль от быстрого износаЦелью изобретения являетс я повышение эффективности работы импрегнированной буровой коронки за счет интенсификации процесса разрушения породы забоя.Указанная цель достигается тем, что в импрегнированной буровой коронке содержащей короночное кольцо, приварочный слой и алмазосодержащую 10 матрицу, разделенную промывочными пазами на секторы, имеющими в радиальном направлении торец с плоским и наклонным участками, первый из которых армирован композиционными встав ками, наклонный участок торца матрицы расположен с внутренней стороны и имеет в плане ширину в 1,3-2,3 раза больше ширины плоского участка, при этом размер алмазов - дв композиционных вставок определяется исходя из выражения в Ка где Ка коэффициент, кор щий средний разм композиционной в висящий от марки тостисоответственн алмазов, рабо верхности мат ки, шт.; ектируюр алмазо тавки 3 и зернис о количество тающих на по- рицы и вставщадь контактарной лоро ой Р иР Я - средняя плоалмаза с го дмм 2в- соответственно удельнаянагрузка, приходящаяся на 40рабочие элементы матрицыи вставки, кН/мм 2;К - эквивалентный коэффициентотношения рабочей площадиматрицы к площади армирующей вставки.При таком конструктивном решении алмазы определенного размера, установленные во вставках на плоском участке матрицы, позволяют выдержи вать при бурении большие нагрузки и выступание над матрицей, за счет чего образуется на забое сеть микротрещин или зона предразрушения. Наклонный участок торца матрицы обеспечивает то, что результирующие силы; каждого сектора от воздействия осе вой нагрузки пересекаются на оси скважины и на протяжении проводки скважины стремятся поддерживать заданное направление, т.к. они сходятся на оси сквважины, что обеспечиваетуменьшение искривления и способствует плавной работе коронки,Выполненные исследования позволили установить при определенных параметрах з., 4, Я,Р, 1: Рв, коэффициент Ка, при котором может бытьопределен необходимый средний размер4 в алмаза армирующей вставки, достаточной при бурении обеспечить выступание этой вставки над рабочим торцом коронки с образованием сети микротрещин на забое. Рассматриваемыйновый эффект разрушения забоя горнойпороды позволяет сконцентрировать внужном направлении нагрузку, за счет,чего увеличивается разрушающая способность рабочего торца матрицы. Этоприводит к увеличению механическойскорости бурения и стойкости коронки.В такой коронке на наклонных участках матрицы в диаметральных сеченияхрезультирующие силы противоположныхсекторов пересекаются на оси скважины, Именно эти силы препятствуют отклонению оси коронки от оси скважины,сохраняя ее направленность и способствуют плавной работе коронки.Кроме того, существенными отличиями изобретения, которые отражены вформуле изобретения, являются следующие: отношение/в, отношение К== 50 площадка матрицы к площади вставок; определен средний размер алмазов армирующей вставки йв в зависимости от зернистости и показателя гпрочности (качества) алмазов; определен коэффициент Ка, который позволяет установить для данной коронкисредний размер и марку алмазов длягорных пород при Р от 2,5 до8,0 кН/мм 2Рассматриваемые параметры представлены в таблице,Из таблицы видно, что при 869 шт, алмазов, работающих на поверхности матрицы, требуется, чтобы в композиционных армирующих вставках работа ло 55 шт. алмазов, тогда площадь контакта с горной породой алмазов, работающих в армирующей вставке, сос тавит 0,04 мкм и удельная нагрузка на эту вставку и ее алмазы увеличится в 3,315 раза, что позволит об78264 Формула изобретенияИмпрегнированная буровая коронка,содержащая короночное кольцо, прива рочный слой и алмазосодержащую матрицу, разделенную промывочными пазамина секторы, имеющие в радиальномнаправлении торец с плоским и наклонным участками, первый из которых 20 армирован композиционными вставками,о т л и ч а ю щ а я с я тем, цто,с целью повышения эффективности вработе за счет снижения энергоемкости процесса разрушения породы, нак лонный участок торца матрицы расположен с внутренней стороны и имеетв плане ширину в 1,3-2,3 раза больше ширины плоского участка, при этомразмер дв алмазов композиционных 30 вставок определяется из выражения 5 17разовать зону предразрушения в горнойпороде алмазами армирующей вставки.При этом требуется, чтобы среднийразмер дв алмаза армирующей вставкидолжен быть равен 200-250 мкм приК а = 0,004- 0,005 и зернистости алмазов матрицы 160-200 мкм. Конкретному,значению Ка будет соответствоватьзначение дИз таблицы и приведенной зависимости видно, что все параметры конструкции Каф Брэ К м вэходятся в строгой взаимосвязи, Нару. шать эту взаимосвязь нельзя, т.к. приведет к потере эффекта образованиязоны предразрушения.На фиг,1 представлена коронка вразрезе; на фиг.2 - вид по стрелкеА на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б нафиг.2,Коронка состоит из короноцногокольца 1, алмазосодержащей матрицы2, каждый сектор которой состоитиз безалмазной засыпки 3, армирующейвставки 4, приварочного слоя 5, подрезных вставок 6 и 7.На вставках 4 применены алмазыопределенного по формуле размера.Коронка работает следующим образом,кает в массив горной породы. При это наклонный участок матрицы препятствует искривлению скважины и плавно работает по ослабленной трещинами породе. Все это вместе взятое позволяет увеличить стойкость коронки, механическую скорость бурения при сохранении заданного направления 10 скважины.35 где Ка и нтакта родой,Рв Кз Под действием осевой нагрузки и крутящего момента, получаемых от шпинделя через буровую колонну, осуществляется процесс разрушения коронкой забоя скважины.В силу того, что в процессе самозатацивания армирующие вставки 4выступают кад рабочей поверхностью при этом выступание вставок обеспечивается условиями, изложенными в сущкости изобретения, данные вставки работают как инденторы, способные развивать на забое глубокие трещины, с образованием при вращении сети трещин (зоны предразрушения) за счет возрастания нагрузки на вставках при самозатачивании и выступании.Эффект образования зоны предразрушения позволяет значительно увеличить разрушающую способность матрицы и при этом снизить нагрузку ка алмазы самой матрицы. Сильно развитая сеть трещин глубоко на 3-7 мм проникоэффициект, корректирующий средний размер алмазовкомпозиционной вставки,зависящий от марки и зернистости алмазов; - соответственно количествоалмазов, работающих на поверхности матрицы и вставки, шт.;- средняя площадь коалмаза с горной по моответственно удельнаяагрузка, приходящаясяабочие элементы матрицвставки, кК/ммз;квивалентный коэффициетношения площади армирей вставки.1778264 э.в, шт. Рв/Ри й В, мкм Ч , м/ч сР, мкм 2 К э 1 мъшт О 0,040 0,063 50 869 55 3,1 3,6 0,10 0,16 0,002-0,0025 А Фа ВРд цг. оставитель И,Тлеуовехред И.Иоргентал Редактор 3. Модакова ректор И.йуска Заказ 4169 ВНИИПИ Государственного 113035, иражомитета иосква, ЖПодписноеизобретениям и открытиям лри ГКНТ СССР Раушская наб., д. 4/5 Патент", г,ужгород, ул, Гагарина,10 роизводственно-издательский би 0,004-0,0050,0031-0,0040,0025-0,0031 50 552 32 50 350 22 50 220 14 3,315 200-250 3,315 250-315 3,315 315-400 3 315 400-500