головка для бурения отверстия

Формула изобретения

1. Головка для бурения отверстия, содержащая

опорный элемент, имеющий проксимальный конец, дистальный конец,

расположенный по существу продольно напротив проксимального конца, и проход, проходящий по существу продольно через опорный элемент;

по существу кольцевую коронку, имеющую дистальный конец, противоположный ему проксимальный конец, расположенную радиально внутри внутреннюю поверхность, расположенную радиально снаружи наружную поверхность, внутренний диаметр и наружный диаметр, причем коронка отходит от указанного опорного элемента таким образом, что ее проксимальный конец расположен по существу смежно с дистальным концом опорного элемента;

щель, проходящую между внутренней и наружной поверхностями коронки от дистального конца коронки по существу продольно по направлению к проксимальному концу коронки и имеющую первую боковую стенку, вторую боковую стенку, расположенную по существу напротив первой стенки в окружном направлении, и проксимальную стенку, проходящую между первой и второй стенками по существу напротив дистального конца коронки; и

укрепляющий элемент, проходящий по существу поперек указанной щели в окружном направлении между ее первой и второй стенками;

причем щель имеет проксимальный сегмент, проходящий между укрепляющим элементом и проксимальной стенкой щели, и дистальный сегмент, проходящий между укрепляющим элементом и дистальным концом коронки.

2. Головка по п.1, в которой опорный элемент имеет по существу форму трубы или цилиндра и ограничивает внутренний и наружный диаметры, причем наружный диаметр коронки по существу больше наружного диаметра опорного элемента, а внутренний диаметр коронки по существу меньше внутреннего диаметра опорного элемента.

3. Головка по п.2, в которой радиальная толщина коронки равна разности между наружным и внутренним диаметрами коронки, а укрепляющий элемент проходит по существу радиально внутри указанной щели на свою радиальную протяженность, которая по существу меньше радиальной толщины коронки.

4. Головка по п.3, в которой радиальная протяженность укрепляющего элемента составляет примерно от 1 до 90% радиальной толщины коронки.

5. Головка по п.3, в которой радиальная протяженность укрепляющего элемента составляет примерно от 20 до 50% радиальной толщины коронки.

6. Головка по п.3, в которой укрепляющий элемент проходит по существу продольно внутри указанной щели на свою продольную протяженность, которая составляет менее 25% от расстояния между дистальным концом коронки и проксимальной стенкой щели.

7. Головка по п.3, дополнительно содержащая еще один укрепляющий элемент, проходящий по существу поперек указанной щели в окружном направлении между указанными первой и второй стенками щели, при этом два указанных укрепляющих элемента по существу отстоят друг от друга в продольном направлении внутри указанной щели.

8. Головка по п.3, дополнительно содержащая еще один укрепляющий элемент, проходящий по существу поперек указанной щели в окружном направлении между указанными первой и второй стенками щели, при этом два указанных укрепляющих элемента по существу отстоят друг от друга в радиальном направлении внутри указанной щели.

9. Головка по п.3, в которой укрепляющий элемент имеет по существу цилиндрическую форму.

10. Головка по п.3, в которой укрепляющий элемент является выдавленным профилем, имеющим либо квадратное поперечное сечение, либо прямоугольное поперечное сечение, либо поперечное сечение, имеющее форму звезды.

11. Головка по п.3, в которой щель проходит по существу радиально между внутренней и наружной поверхностями коронки.

12. Головка по п.3, в которой щель проходит под углом относительно радиального направления между внутренней и наружной поверхностями коронки.

13. Головка по п.3, в которой щель по существу сужается от внутренней поверхности коронки по направлению к ее наружной поверхности.

14. Головка по п.3, в которой щель по существу сужается от наружной поверхности коронки по направлению к ее внутренней поверхности.

15. Головка по п.3, в которой первая и вторая стенки щели по существу параллельны друг другу.

16. Головка по п.3, в которой внутренняя и наружная поверхности коронки по существу цилиндрические, а коронка на своем дистальном конце имеет дистальную поверхность, по существу перпендикулярную внутренней и наружной поверхностям коронки.

17. Головка по п.16, в которой коронка имеет по существу кольцевые канавки, образованные на ее дистальной поверхности.

18. Головка по п.3, в которой коронка содержит алмазы, распределенные в металлической подложке.

19. Головка по п.1, дополнительно содержащая

несколько щелей, каждая из которых проходит между внутренней и наружной поверхностями коронки от ее дистального конца по существу продольно по направлению к проксимальному концу коронки и имеет соответствующую первую боковую стенку, соответствующую вторую боковую стенку, расположенную по существу напротив первой стенки в окружном направлении, и соответствующую проксимальную стенку, проходящую между первой и второй стенками по существу напротив дистального конца коронки; и

несколько укрепляющих элементов, каждый из которых проходит по существу поперек соответствующей одной из указанных щелей в окружном направлении между первой и второй стенками указанной щели;

причем каждая из указанных щелей имеет проксимальный сегмент, проходящий между указанным укрепляющим элементом и проксимальной стенкой указанной щели, и дистальный сегмент, проходящий между указанным укрепляющим элементом и дистальным концом коронки.

20. Головка для бурения отверстия, содержащая

опорный элемент, имеющий проксимальный конец, дистальный конец, расположенный по существу продольно напротив проксимального конца, и проход, проходящий по существу продольно через опорный элемент;

по существу кольцевую коронку, имеющую дистальный конец, противоположный ему проксимальный конец, расположенную радиально внутри внутреннюю поверхность, расположенную радиально снаружи наружную поверхность, внутренний диаметр и наружный диаметр, причем радиальная толщина коронки равна разности между ее наружным и внутренним диаметрами, и коронка отходит от опорного элемента таким образом, что ее проксимальный конец расположен по существу смежно с дистальным концом опорного элемента;

щель, проходящую от дистального конца коронки между внутренней и наружной поверхностями коронки по существу продольно по направлению к проксимальному концу коронки и имеющую первую боковую стенку, вторую боковую стенку, расположенную по существу напротив первой стенки в окружном направлении, и проксимальную стенку, проходящую между первой и второй стенками по существу напротив дистального конца коронки; и

укрепляющий элемент, проходящий по существу поперек щели в окружном направлении между ее первой и второй стенками и по существу радиально внутри указанной щели на свою радиальную протяженность, которая по существу меньше радиальной толщины коронки.

Описание изобретения к патенту

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к основной сфере бурения, и в частности касается буровой головки.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В геологической разведке, горной промышленности и строительстве, среди прочего, буровые головки используются для бурения через камень, бетон и другие материалы. Как правило, такие головки включают коронку, выполненную из композиции металла и алмазов. Данная коронка является частью головки, разрушающей материал, через который бурится отверстие.

Некоторые головки содержат центральный проход, через который вводится вода. Чтобы вода и отходы могли покинуть отделение бурового ствола, коронка обычно содержит ряд сегментов, разделенных проемами.

Материал, используемый при изготовлении коронок для буровых головок, обычно гораздо тверже, чем материал, через который выполняется бурение. Однако данный материал коронки обычно сравнительно хрупкий. Следовательно, размеры проемов между сегментами в коронке ограничены хрупкостью материала, используемого для производства этих коронок.

Действительно, если эти проемы проходят слишком глубоко внутрь коронки, существует риск разрушения сегмента во время бурения. В этом случае возникает необходимость удаления головки из бурильного устройства и использование новой головки.

Поскольку данные буровые головки сравнительно дороги, в существующих в настоящее время головках размер сегментов обычно ограничен, так как более мелкие проемы между сегментами делают их обычно менее предрасположенными к разрушению или же повреждению. Данные небольшие размеры проемов являются желательной характеристикой, так как разрушение сегмента обычно означает, что должна быть заменена вся головка. Кроме того, для удаления буровой головки и установки новой буровой головки внутрь пробуренного канала обычно требуется много времени, так как головка и бурильное устройство должны быть полностью удалены из этого канала для того, чтобы заменить поврежденную головку.

Однако головки, имеющие сравнительно мелкие проемы, будут изношены с момента начала бурения за сравнительно короткое время. Таким образом, еще раз повторимся, что необходимо затратить много времени на удаление головки из канала для бурения, чтобы за относительно короткий промежуток времени заменить изношенную буровую головку.

В патенте США № 5316416, опубликованном 31 мая 1994 года, Kim, описана буровая головка, в которой сделана попытка сгладить данный недостаток буровых головок известного уровня техники. В данном патенте описана буровая головка, содержащая инструментальный корпус, имеющий открытый верхний конец и кольцевую алмазную режущую часть. Алмазная режущая часть содержит верхнюю кольцевую кромку и нижнюю кольцевую кромку и прикреплена на нижней кольцевой кромке к открытому верхнему концу инструментального корпуса. Верхние прорези проходят книзу от верхней кольцевой кромки алмазной части резца. Верхние прорези оканчиваются на глубине алмазной режущей части над нижней кольцевой кромкой. Нижние щели проходят кверху от нижней кольцевой кромки алмазной режущей части и оканчиваются на высоте, находящейся под верхней кольцевой кромкой. Нижние щели расположены под верхними прорезями и между ними и проходят выше нижней отметки верхних прорезей.

Однако конфигурация такой буровой головки не подходит для использования при бурении с промывкой, когда во время процесса бурения внутрь буровой головки вводится вода. Действительно, конфигурация прорезей в данной буровой головке не позволяет воде протекать радиально извне по направлению к наружной поверхности буровой головки, так как отсутствует продольный проход, который позволил бы воде вытекать из коронки буровой головки после ее выхода из коронки.

Другая проблема, которая иногда возникает в буровых головках известного уровня техники, состоит в том, что процесс бурения может вызывать неодинаковое трение коронки в радиальном направлении. В случаях, в которых имеет место это явление, эффективность процесса бурения снижается по сравнению со случаями, когда коронка стирается, по существу, равномерно.

На этом фоне в промышленности существует необходимость создания усовершенствованной буровой головки.

ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Таким образом, целью настоящего изобретения является создание усовершенствованной буровой головки.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В общем аспекте изобретение предлагает буровую головку для бурения отверстия. Головка содержит

- опорный элемент, имеющий проксимальный конец и дистальный конец, который, по существу, расположен в продольном направлении напротив проксимального конца; при этом опорный элемент имеет проход, проходящий, по существу, продольно через него;

- по существу, кольцевую коронку, имеющую дистальный конец и проксимальный конец, расположенный напротив дистального конца, расположенную радиально во внутреннем направлении внутреннюю поверхность и расположенную радиально в наружном направлении наружную поверхность, внутренний диаметр и наружный диаметр, при этом коронка проходит от опорного элемента таким образом, что ее проксимальный конец расположен, по существу, смежно с дистальным концом опорного элемента;

- щель, проходящая от дистального конца коронки между внутренней и наружной поверхностями коронки, по существу, продольно по направлению к проксимальному концу коронки; при этом щель имеет первую боковую стенку и вторую боковую стенку, расположенные, по существу, друг против друга в окружном направлении, а также проксимальную стенку, проходящую, по существу, между ними напротив дистального конца коронки; и

- укрепляющий элемент, проходящий, по существу, в окружном направлении через щель между ее первой и второй стенками;

- причем щель имеет проксимальный сегмент, проходящий между укрепляющим элементом и ее проксимальной стенкой, и дистальный сегмент, проходящий между укрепляющим элементом и дистальным концом коронки.

Разновидность головки содержит ряд щелей, каждая из которых имеет укрепляющий элемент, проходящий, по существу, в окружном направлении по ней. Щели ограничивают буровые сегменты, которые взаимосвязаны укрепляющими элементами.

Преимущественно укрепляющие элементы повышают устойчивость сегментов. Следовательно, данные сегменты могут проходить на большее расстояние в продольном направлении от опорного элемента, чем в буровых головках, в которых укрепляющие элементы не предусмотрены. Такие сегменты сравнительно менее подвержены разрушению, чем неукрепленные сегменты, и позволяют производить буровые головки, имеющие сравнительно больший срок службы, благодаря наличию укрепляющих элементов.

Кроме того, в некоторых вариантах выполнения изобретения укрепляющие элементы позволяют скорректировать неравномерное трение сегментов.

Головку сравнительно легко изготовить, и обычно она совместима с существующим оборудованием для бурения и способами бурения. В некоторых вариантах выполнения изобретения способ изготовления, используемый для производства коронок, вызывает сравнительно небольшое отклонение в форме коронки от идеальной кольцевой формы.

В другом общем аспекте изобретение предлагает головку для бурения отверстия, которая содержит

- опорный элемент, имеющий проксимальный конец и дистальный конец, который, по существу, расположен в продольном направлении напротив проксимального конца; при этом опорный элемент имеет проход, проходящий, по существу, продольно через него;

- по существу, кольцевую коронку, имеющую дистальный конец и проксимальный конец, который расположен напротив проксимального конца;

расположенную радиально во внутреннем направлении внутреннюю поверхность и расположенную радиально в наружном направлении наружную поверхность, внутренний диаметр и наружный диаметр, при этом радиальная толщина коронки равна разнице между ее наружным и внутренним диаметрами, и коронка проходит от опорного элемента таким образом, что ее проксимальный конец расположен, по существу, смежно с дистальным концом опорного элемента;

- щель, проходящая от дистального конца коронки между ее внутренней и наружной поверхностями, по существу, продольно по направлению к проксимальному концу коронки, при этом щель имеет первую и вторую боковые стенки, расположенные, по существу, друг против друга в окружном направлении, а также проксимальную стенку, проходящую, по существу, между ними напротив дистального конца коронки; и

- укрепляющий элемент, проходящий, по существу, в окружном направлении через щель между ее первой и второй стенками и, по существу, радиально внутри щели на свою радиальную протяженность, причем радиальная протяженность укрепляющего элемента, по существу, меньше, чем радиальная толщина коронки.

Другие цели, преимущества и характерные особенности настоящего изобретения станут более понятными после ознакомления с приведенным ниже неограничивающим описанием предпочтительных вариантов выполнения изобретения, приведенных исключительно на примере со ссылкой на прилагаемые чертежи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На прилагаемых чертежах

Фиг.1 изображает вид в аксонометрии головки, предназначенной для бурения отверстия, выполненной в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения;

Фиг.2 изображает вид сверху головки, представленной на Фиг.1;

Фиг.3 изображает частичный боковой разрез по линии III-III, показанной на Фиг.2, головки, представленной на Фиг.1;

Фиг.4А изображает частичный боковой разрез по линии III-III, показанной на Фиг.2, головки, представленной на Фиг.1, на стадии изнашивания;

Фиг.4В изображает частичный боковой разрез по линии III-III, показанной на Фиг.2, головки, представленной на Фиг.1, на другой стадии изнашивания;

Фиг.4С изображает частичный боковой разрез по линии III-III, показанной на Фиг.2, головки, представленной на Фиг.1, на еще одной стадии изнашивания;

Фиг.4D изображает частичный боковой разрез по линии III-III, показанной на Фиг.2, головки, представленной на Фиг.1, на следующей стадии изнашивания;

Фиг.5А изображает частичный боковой разрез по линии III-III, показанной на Фиг.2, головки, представленной на Фиг.1;

Фиг.5В изображает боковой разрез фрагмента VB головки, представленного на Фиг.5А;

Фиг.5С изображает боковой разрез области, соответствующей фрагменту VB, в головке, выполненной в соответствии с альтернативным вариантом выполнения настоящего изобретения, которая имеет альтернативные укрепляющие элементы, проходящие внутри щелей коронки буровой головки;

Фиг.5D изображает боковой разрез области, соответствующей фрагменту VB, в головке, выполненной в соответствии с другим альтернативным вариантом выполнения настоящего изобретения, которая имеет другие альтернативные укрепляющие элементы, проходящие внутри щелей коронки буровой головки;

Фиг.5Е изображает боковой разрез области, соответствующей фрагменту VB, в головке, выполненной в соответствии с еще одним альтернативным вариантом выполнения настоящего изобретения, которая имеет еще один вариант укрепляющих элементов, проходящих внутри щелей коронки буровой головки;

Фиг.5F изображает боковой разрез области, соответствующей фрагменту VB, в головке, выполненной в соответствии со следующим альтернативным вариантом выполнения настоящего изобретения, которая имеет следующий вариант укрепляющих элементов, проходящих внутри щелей коронки буровой головки;

Фиг.5G изображает боковой разрез области, соответствующей фрагменту VB, в головке, выполненной в соответствии со следующим альтернативным вариантом выполнения настоящего изобретения, которая имеет другой вариант укрепляющих элементов, проходящих внутри щелей коронки буровой головки;

Фиг.5Н изображает боковой разрез области, соответствующей фрагменту VB, в головке, выполненной в соответствии со следующим альтернативным вариантом выполнения настоящего изобретения, которая имеет еще один альтернативный вид укрепляющих элементов, проходящих внутри щелей коронки буровой головки;

Фиг.6А изображает вид сверху головки, выполненной в соответствии с альтернативным вариантом выполнения настоящего изобретения, которая имеет щели альтернативной формы, выполненные в коронке буровой головки;

Фиг.6В изображает вид сверху головки, выполненной в соответствии с другим альтернативным вариантом выполнения настоящего изобретения, которая имеет щели другой альтернативной формы, выполненные в коронке буровой головки; и

Фиг.6С изображает вид сверху головки, выполненной в соответствии с еще одним альтернативным вариантом выполнения настоящего изобретения, которая имеет щели еще одной альтернативной формы, выполненные в коронке буровой головки.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

На Фиг.1 изображена головка 10, предназначенная для бурения отверстия (не показанного на чертежах). Головка 10 содержит опорный элемент 12 и отходящую от него коронку 14. В коронке 14 выполнены щели 16, ограничивающие бурильные сегменты 18. Головка 10 дополнительно содержит укрепляющие элементы 20, каждый из которых проходит между соседними сегментами 18.

Укрепляющие элементы 20 улучшают конструктивную целостность коронки 14. Таким образом, коронка 14 может проходить продольно от опорного элемента 12 на большее расстояние, чем то расстояние, которого можно было бы добиться при использовании конфигураций коронок известного уровня техники.

Несмотря на то что коронка 14, изображенная на чертежах, имеет 5 щелей, в пределах правовой охраны изобретения находятся коронки, которые содержат меньшее или большее количество щелей. Более того, в некоторых вариантах выполнения изобретения в коронке головки образована только одна щель.

Опорный элемент 12 имеет проксимальный конец 22 и дистальный конец 24, который, по существу, расположен продольно напротив проксимального конца. Опорный элемент 12 имеет проход 26, проходящий, по существу, продольно через него. В некоторых вариантах выполнения изобретения опорный элемент 12, по существу, имеет форму трубы или цилиндра. В этих вариантах выполнения опорный элемент 12 имеет внутренний и внешний диаметры.

Коронка 14 имеет, по существу, кольцевую форму и имеет дистальный конец 28 и противоположный проксимальный конец 30, дистальную поверхность 29 на дистальном конце 28, внутреннюю поверхность 32, расположенную радиально внутри, и наружную поверхность 34, расположенную радиально снаружи, внутренний и наружный диаметры. Радиальная толщина коронки 14 равна разнице между ее наружным и внутренним диаметрами. Коронка 14 отходит от опорного элемента 12 таким образом, что ее проксимальный конец 30, по существу, находится смежно с дистальным концом 24 опорного элемента.

Внутренняя поверхность 32 и наружная поверхность 34 коронки, по существу, цилиндрические. Однако в альтернативных вариантах выполнения изобретения внутренняя и наружная поверхности 32 и 34 коронки имеют любую другую соответствующую форму.

В некоторых вариантах выполнения изобретения дистальная поверхность 29 коронки, по существу, перпендикулярна внутренней и наружной поверхностям 32 и 34 коронки. Кроме того, на дистальной поверхности 29 коронки выполнены две, по существу, кольцевые периферические канавки 35, хотя для всех вариантов выполнения изобретения нет необходимости их выполнения. Канавки 35 имеют поперечное сечение по существу V-образной формы.

В некоторых вариантах выполнения изобретения наружный диаметр коронки, по существу, больше, чем наружный диаметр опорного элемента, а внутренний диаметр коронки, по существу, меньше, чем внутренний диаметр опорного элемента, что лучше всего видно на Фиг.2 и Фиг.3. В этих вариантах выполнения щели 16 позволяют воде выходить из прохода 26 в щели 16 и за пределы опорного элемента 12. Однако в других вариантах выполнения изобретения вода не используется для бурения, и поэтому радиальные размеры коронки 14, по существу, могут соответствовать радиальным размерам опорного элемента 12.

Щели 16 проходят между внутренней и наружной поверхностями 32 и 34 коронки от дистального конца 28 коронки, по существу, продольно по направлению к ее проксимальному концу 30. Как лучше всего видно на Фиг.2, щели 16 ограничены ее первой боковой стенкой 36, ее второй боковой стенкой 38, которая расположена, по существу, по окружности напротив первой боковой стенки, и ее проксимальной стенкой 40, проходящей между первой и второй стенками, по существу, против дистального конца 28 коронки. Первая и вторая боковые стенки 36 и 38 щели проходят, по существу, радиально. В некоторых вариантах выполнения изобретения проксимальная стенка 40 щели ограничена опорным элементом 12. Однако в других вариантах выполнения изобретения проксимальная стенка 40 щели образована коронкой 14 (не показано на чертежах).

Как видно из Фиг.2, в некоторых вариантах выполнения изобретения укрепляющие элементы 20 проходят, по существу, в окружном направлении поперек щелей 16 между их первой и второй боковыми стенками 36 и 38. Один, два или более укрепляющих элементов 20 проходят поперек, по меньшей мере, некоторых из щелей 16. Например, на Фиг.3 изображен вариант выполнения изобретения, в котором внутри каждой щели 16 два укрепляющих элемента 20 расположены, по существу, на расстоянии друг от друга в продольном направлении. На Фиг.5Е изображен вариант выполнения изобретения, в котором внутри каждой щели 16 два укрепляющих элемента 20е расположены, по существу, на расстоянии друг от друга в радиальном направлении. На Фиг.5D, Фиг.5F, Фиг.5G и Фиг.5Н изображены варианты выполнения изобретения, в которых внутри каждой щели 16 проходит только один укрепляющий элемент 20d, 20f, 20g и 20h.

Укрепляющие элементы 20 являются, по существу, цилиндрическими. Однако, как описано более подробно ниже, укрепляющие элементы 20 могут иметь иные соответствующие формы.

Как видно на Фиг.3, в некоторых вариантах выполнения изобретения укрепляющие элементы 20 отстоят от нижней стенки 40 щели и от дистального конца 28 коронки. В этих вариантах выполнения каждая из щелей 16 содержит проксимальный сегмент 42, проходящий между укрепляющим элементом 20 и проксимальной стенкой 40 щели, а также дистальный сегмент 44, проходящий между укрепляющим элементом 20 и дистальным концом 28 коронки. Специалист легко поймет, что границы дистального и проксимального сегментов 42 и 44 щели определены относительно одного из укрепляющих элементов 20, проходящего поперек одной из щелей 16. Однако границы сегментов щели могут быть определены относительно другого укрепляющего элемента 20, проходящего поперек данной щели 16.

Укрепляющие элементы 20, по существу, проходят внутри каждой щели 16 в радиальном направлении на их радиальную протяженность, причем радиальная протяженность укрепляющего элемента, по существу, меньше, чем радиальная толщина коронки. Обычно радиальная протяженность укрепляющего элемента составляет примерно от 1% до 90% радиальной толщины коронки.

Действительно, если бы радиальная протяженность укрепляющих элементов 20 была бы равна, по существу, радиальной толщине коронки, то во время изнашивания коронки 14 наступил бы момент, когда вся периферия коронки 14 находится в контакте с материалом, через который бурится отверстие. Как правило, такая ситуация привела бы к сравнительно неэффективному бурению.

В некоторых вариантах выполнения изобретения радиальная протяженность укрепляющего элемента выбрана таким образом, что она имеет как можно меньший размер, при этом обеспечивая соответствующую степень укрепления коронки 14. В качестве примера, а не в качестве ограничения установлено, что радиальная протяженность укрепляющего элемента, составляющая примерно от 20% до 50% радиальной толщины коронки, дает хорошие результаты. В выражениях абсолютных размеров, а не в качестве ограничения установлено, что радиальная протяженность укрепляющего элемента, составляющая примерно от 1,5 мм до 5 мм, дает хорошие результаты.

В некоторых вариантах выполнения продольный размер укрепляющего элемента должен быть достаточно мал, чтобы позволить воде и бурильным отходам протекать радиально внутрь щелей 16 при достаточной скорости. В качестве примера, а не в качестве ограничения установлено, что укрепляющие элементы 20, проходящие, по существу, продольно внутри щелей 16, и проходящие по продольному размеру укрепляющего элемента на расстояние, меньшее примерно 25% от расстояния между дистальным концом 28 коронки и проксимальной стенкой 40 щели, дают хорошие результаты в работе.

Как правило, головка 10 изготовлена с использованием графитовых форм. К примеру, такая форма является, по существу, кольцевой. Внутри формы в местоположениях, соответствующих щелям 16, предусмотрены вставки. Затем смесь металла и алмазов в порошковом виде помещают внутрь формы и воздействуют давлением на смесь, чтобы сжать частицы, прессуя порошок.

После того как порошок спрессован, сегменты пропитывают совместимым твердым припоем при заданной температуре. Этот процесс пропитки придает твердость коронке 14, поскольку твердый припой действует как связующий материал для металла и алмазных частиц. Кроме того, твердый припой также укрепляет связь между коронкой 14 и опорным элементом 12.

Укрепляющие элементы 20 образованы путем использования вставок, имеющих, по существу, форму, подобную щелям 16, при этом каждая вставка имеет одно или несколько отверстий, имеющих форму, по существу, подобную форме укрепляющего элемента 20. После воздействия на порошок давлением смесь алмазов и металла проходит в отверстия и образует укрепляющие элементы 20.

В альтернативном варианте выполнения изобретения отверстия вставок заполняют смесью, которая образует укрепляющие элементы 20. Далее заполнение участков форм, соответствующих сегментам 18, создает коронку 14.

В следующем способе производства головки 10 сегменты 18 изготавливают отдельно и легко располагают внутри формы, имеющей вставки, содержащие укрепляющие элементы 20. Впоследствии порошок прессуется и выполняется пайка твердым припоем, как описано выше.

В еще одном способе производства головки 10, сегменты 18 и укрепляющие элементы 20 изготавливают отдельно. Укрепляющие элементы 20 изготавливают либо с использованием тех же самых материалов, которые используются в производстве сегментов 18, либо изготавливают с использованием только металла. После этого элементы 20 припаивают твердым припоем, приваривают, припаивают мягким припоем или иным образом крепят к сегментам 18.

Другие этапы изготовления головки 10 хорошо известны в данной области техники и поэтому далее не будут описаны подробно.

Кроме алмазов, распределенных в металлической матрице, коронка 14 может быть изготовлена с использованием любого другого подходящего абразива, распределенного в соответствующей матрице. Например, могут быть использованы так называемые искусственные алмазы. Кроме того, в некоторых вариантах выполнения изобретения матрица содержит композитный материал, такой как например, углеродные волокна в соответствующей смоле.

На практике головка 10 вставляется в конец бурильного устройства и используется для бурения по камню, бетону или любому иному материалу. При необходимости через проход 26 нагнетают воду. Вода увлажняет контакт между головкой 10 и материалом, подвергающимся бурению, и выносит отходы, полученные в процессе бурения, из головки 10. В этом процессе, по меньшей мере, часть отходов и воды проходит через щели 16.

Укрепляющие элементы 20 улучшают прочность головки 10. При использовании головки 10 сегменты 18 постепенно изнашиваются. Если сегменты 18 изношены до места, в котором дистальная поверхность 29 коронки достигает укрепляющих элементов 20, укрепляющие элементы 20 разрушаются наряду с сегментами 18.

После изнашивания укрепляющих элементов 20 сегменты 18 выступают из опорного элемента 12 на достаточное небольшое расстояние, что существенно снижает риск разрушения сегментов 18 за счет процесса бурения.

В особом варианте выполнения была возможность изготовить головки, подобные головке 10 со щелями 16, глубина которых составляла 16 мм. Такая головка была, по меньшей мере, столь же прочной и, по меньшей мере, столь же стойкой к случайному разрушению в сегментах 18, как и головка, которая не содержит укрепляющих элементов 20, но которая имеет щели глубиной только 12 мм.

На Фиг.4А-4D изображен пример изнашивания головки 10, в которой создается неравномерный износ. На Фиг.4А показана головка 10, которая не использовалась. После недолгого использования, как видно на Фиг.4В, головка 10 изнашивается так, что на дистальной поверхности 29b коронки образуется выпуклость между внутренней и наружной поверхностями 32 и 34 коронки. Эта выпуклая форма нежелательна, поскольку она влияет на буровую характеристику головки 10.

Замечено, что если дистальная поверхность 29b коронки достигает укрепляющего элемента 20, продолжение процесса бурения ускоряет износ части коронки 14, расположенной в радиальном местоположении укрепляющего элемента 20. После истирания укрепляющего элемента 20 на дистальной поверхности 29 с коронки образуется впадина между внутренней и наружной поверхностями 32 и 34 коронки. Дальнейшее использование головки 10 приводит к повышению износа соседней внутренней и наружной поверхностей 32 и 34 коронки, что создает, по существу, плоскую дистальную поверхность 29d коронки, как видно на Фиг.4D.

Вероятно, что данное выравнивание износа коронки в радиальном направлении создается разогревом, возникшим в коронке за счет укрепляющего элемента 20. Однако в получении такого результата могут участвовать другие механизмы.

На Фиг.5С-5Н изображено поперечное сечение альтернативных укрепляющих элементов 20с-20h. По существу, все укрепляющие элементы 20с-20h являются удлиненными и имеют, по существу, равномерное поперечное сечение.

Укрепляющие элементы 20с имеют, по существу, прямоугольное поперечное сечение. Укрепляющие элементы 20f имеют, по существу, квадратное поперечное сечение. Укрепляющие элементы 20d имеют, по существу, плоскую форму и проходят под углом относительно продольной оси головки 10. Укрепляющие элементы 20е имеют, по существу, плоскую форму и проходят, по существу, продольно. Поперечное сечение укрепляющих элементов 20h имеет, по существу, форму звезды.

Специалист легко поймет, что образцы укрепляющих элементов 20 и 20с-20h являются исключительно примерами и что большое количество других видов соответствующих укрепляющих элементов находятся в пределах объема правовой охраны изобретения. Например, укрепляющие элементы, имеющие альтернативные равномерные поперечные сечения и укрепляющие элементы, имеющие неравномерные поперечные сечения, также находятся в пределах объема правовой охраны изобретения.

На Фиг.6А, Фиг.6В и Фиг.6С изображены альтернативные щели 16а, 16b и 16с и альтернативные сегменты 18а, 18b и 18с альтернативных головок 10а, 10b и 10с. Щели 16а проходят не совсем радиально. Вместо этого, щели 16а расположены под углом относительно радиусов головки. Щели 16b подобны щелям 16. Щели 16с сужены в радиальном направлении наружу.

Форма сегментов 18а отличается от формы сегментов 18, поскольку существует различие в форме между щелями 16 и 16а. Каждый из сегментов 18b и 18с имеет расположенную радиально наружу внешнюю канавку 19 и 19', выполненную вдоль сегментов.

Формы представленных щелей и сегментов, изображенные на Фиг.6А, Фиг.6В и Фиг.6С, хорошо известны в данной области техники и поэтому далее не будут описаны подробно. Кроме того, сегменты и щели могут иметь любые иные альтернативные формы в альтернативных вариантах выполнения изобретения.

Несмотря на то что настоящее изобретение описано выше в виде его предпочтительных вариантов выполнения, оно может быть модифицировано, не отходя от характера и предмета изобретения, описанного в прилагаемой формуле изобретения.