Инструмент ударного бурения подразделяют:
- по типу рабочих элементов (лезвийные и штыревые);
Рис. 2.3.15. Коронка долотчатая пластинчатая:
D — диаметр коронки; b — ширина резца коронки; D\ — диаметр хвостовика коронки; d — внутренний диаметр хвостовика; h — высота хвостовика; Н — высота коронки; R — радиус закругления долота; р — угол заточки долота
— по расположению рабочих элементов [одно-, двух- (с опережающим лезвием) и многоступенчатые].
Долота с одним лезвием (рис. 2.3.15) просты и легко затачиваются. Высокая удельная (на длину лезвия) энергия удара обеспечивает большую скорость бурения, однако в процессе бурения (особенно по абразивным породам) диаметр долота уменьшается, образуется обратный конус и долото заклинивается. Заклинивание происходит также при бурении по трещиноватым породам. Выполнение долота с дополнительными лезвиями (рис. 2.3.16) позволяет повысить стойкость долота и, в конечном счете, эффективность рабочего процесса.
Многолезвийные долота с тремя и четырьмя (крестовые) лезвиями (рис. 2.3.17) износоустойчивы, хорошо формируют стенки скважины по диаметру и практически не заклиниваются при бурении трещиноватых пород.
Их недостатки: трудность заточки лезвий и относительно небольшая скорость бурения из-за малой удельной энергии удара. Кроме того, в многолезвийных долотах при большом диаметре (> 100 мм) наблюдается интенсивный диаметральный износ лезвий. При этом сечение скважины приобретает форму многоугольника, что затрудняет заряжание и отрицательно сказывается на качестве отбойки.
Коронки Х-образные (рис. 2.3.18) благодаря рациональной форме, приближающейся к долотчатой, обеспечивают большую скорость бурения и позволяют получить менее искаженное сечение скважины [9].
Долото с опережающим лезвием (рис. 2.3.19) гарантирует хорошее центрирование (облегчается забуривание), а также менее искаженное сечение скважины, создает опережающий вруб и дополнительную плоскость обнажения, что облегчает работу боковых лезвий. Кроме того, при бурении разрушенные частицы имеют больший размер, что уменьшает пылеобразование.
Штыревые коронки (рис. 2.3.20) обеспечивают большие площадь разрушения забоя и крупность частиц разрушенной породы (чем лезвийные) и, в конечном счете, меньшую энергоемкость разрушения, что обусловливается более равномерным распределением ударных сил на забой. В последние годы все шире применяют самозатачивающиеся коронки с плоским торцом, армированные цилиндрическими штырями со сферической рабочей поверхностью. При бурении корпус такой коронки изнашивается быстрее вставок, поэтому коронка остается работоспособной до полного износа последних. Штыри требуют периодической их заточки для придания им закругленной формы и снятия с поверхности штырей усталостных трещин.
Ввиду специфики взаимодействия с забоем штыревые коронки имеют следующие особенности: повышается скорость бурения, обеспечивается высокая стойкость между заточками благодаря самозаточке, снижается вибрация бурового става и повышается надежность машины в целом, уменьшается удельный расход твердого сплава.
Кроме того, применение штыревых коронок позволяет улучшить забуривание, снизить вероятность заклинивания и затраты на инструмент благодаря сокращению числа типоразмеров пластин твердого сплава и применению более простого заточного оборудования. Штыревые коронки нецелесообразно использовать в вязких породах и породах невысокой крепости из-за уменьшения скорости бурения.
Для бурения сильнотрещиноватых и склонных к самообрушению пород используются специальные коронки, имеющие в торцовой нижней части корпуса режущие кромки, которые предохраняют от заклинивания, а также дополнительно измельчают частицы породы, попадающие в призабойное пространство из стенок скважины. Кроме того, коронки обеспечивают прямолинейность скважины по расчетной оси.
Технические характеристики буровых коронок для ударно-вращательного бурения приведены в табл. 2.3.3.
