ДОЛОТО ДЛЯ ВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК E21B10/42 

Изобретение относится к горному делу, а именно к резцам для вращательного бурения горных пород.

Известно долото для ударно-вращательного бурения (патент ФРГ N 1053447) с отличительными признаками состоящими в увеличении износостойкости твердого сплава:
металл повышенной твердости, выносливости выполнен не прерываясь по всей длине пластины-насадки;
зона металла повышенной твердости входит внутрь пластины твердого сплава в виде различных конфигураций;
зона вязкого металла служит емкостью для металла повышенной твердости и увеличивается по объему в направлении основания пластины твердого сплава, основание пластины твердого сплава состоит только из вязкого металла;
пластина твердого сплава представляет собой единое целое, плоской формы, постоянных толщины и высоты, исключая незначительную кривизну главной кромки долотчатой пластины по всей ее длине, равной диаметру шпура.

Известно долото для вращательного бурения (авт.св. N 1481373), которое содержит корпус с хвостовиком, два пера и закрепленные на них твердосплавные вставки с положительным передним углом, главные режущие кромки в виде ломаной линии с точкой перегиба в вершине пера, причем на передней грани твердосплавных вставок выполнен паз с наклонными стенками, образующими между собой тупой угол. Линия пересечения стенок паза проходит через вершину пера и параллельна оси долота, а точки пересечения главных режущих кромок с соответствующими боковыми режущими кромками пластин лежат в одной диаметральной плоскости.

Однако известное долото имеет относительно низкую стойкость, а следовательно, и долговечность в силу того, что твердосплавные вставки его выполнены из однородного твердого сплава. При бурении из-за разных окружных скоростей и разного пути, пройденного точками главных режущих кромок вставок твердого сплава, находящихся на различном расстоянии от центра вращения, величина износа вставок твердого сплава также получается различной. В точках с меньшим радиусом происходит меньший износ и наоборот.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является долото, содержащее корпус с двумя перьями и закрепленные на перьях твердосплавные пластины с передней гранью в форме клина, который выполнен асимметричным с положительным передним углом и высотой, составляющей от 0,5 до 0,7 высоты твердосплавной пластины [1] Однако и это долото имеет тот же недостаток, а именно относительно низкую стойкость при бурении в силу постоянства физико-механических параметров твердого сплава, примененного для армирования долота.

Сущность изобретения заключается в том, что долото, содержащее корпус с двумя перьями и закрепленные на перьях твердосплавные пластины с выпуклой передней гранью в форме тупоугольного клина, наружной и внутренней боковыми гранями, снабжено двумя дополнительными твердосплавными пластинами с плоской передней гранью, примыкающими к наружной боковой грани клиновидных пластин и отстающими от последних по высоте, а передняя грань дополнительной пластины и смежный с ней участок передней грани клиновидной пластины имеют встречный наклон относительно диаметральной плоскости долота.

Новым в долоте является также то, что угол наклона передней грани дополнительной твердосплавной пластины к диаметральной плоскости долота составляет от 3 до 7^о, а отношение этого угла к аналогичному углу клиновидной пластины от 0,2 до 0,25.

Кроме того, долото отличается тем, что ширина дополнительных твердосплавных пластин составляет от 0,5 до 0,7 ширины клиновидных пластин.

Отличие заявляемого долота заключается также в том, что дополнительные пластины выполнены из менее вязкого и более износостойкого твердого сплава, чем клиновидные пластины.

На фиг. 1 показан общий вид долота в плане; на фиг.2 то же, вид сверху; на фиг. 3 то же, вид сбоку. Долото состоит из корпуса 1 с двумя перьями 2, армированными двумя сопряженными твердосплавными вставками 3 и 4, образующими в поперечном сечении форму тупоугольного клина-паза. Пластина твердого сплава в виде тупоугольного клина 3 выполнена с опережением по высоте и ближе к оси вращения долота, а шпурообразующая твердосплавная пластина 4 представляет одну грань тупоугольного паза. Главная режущая кромка 5 твердосплавной пластины в виде тупоугольного клина 3 закруглена по радиусу, а главная режущая кромка 6 твердосплавной пластины, представляющей одну грань тупоугольного паза, выполнена под углом к диаметральной плоскости 7 долота. Твердосплавная пластина 3 выполнена из вязкого сплава, а пластина 4 из износостойкого.

Долото работает следующим образом. Закругленные по радиусу главные режущие кромки твердосплавной пластины в виде тупоугольного клина разрушают передовой врубовой забой шпура в массиве крепких горных пород. Благодаря закругленности и опережению, которое составляет 0,2-0,25 радиуса шпура, производительность бурения повышается (табл.1). Происходит разрушение горных пород в передовом заборе шпура меньшего диаметра, что повышает скорость бурения, причем оптимальность опережения предопределяет сохранение высокой стойкости долота. Не только величина опережения клиновидной твердосплавной вставки, но и ее ширина влияют на производительность бурения.

Оптимальности отношений ширины шпурообразующей вставки, представляющей одну грань тупоугольного паза, к ширине клиновидной передовой твердосплавной вставки, говорят не только о соотношениях диаметров передового врубового и оконтуривающего отстающего шпуров, но и прочности этих твердосплавных вставок (табл.2).

Уменьшение ширины шпурообразующей пластины вызывает не только снижение ее прочности, но и увеличивает диаметр передового пера, что снижает скорость бурения. Уменьшение ширины клиновидной передовой твердосплавной пластины также снижает ее прочность, но при этом скорость бурения несколько выше.

Выполнение линии главной режущей кромки шпурообразующей твердосплавной вставки под углом 3-7^о к диаметральной плоскости долота не только улучшает процесс удаления бурового штыба от забоя шпура и предотвращает его переизмельчение, но и увеличивает толщину пластины в направлении от оси вращения долота к шпурообразующей грани, что повышает ее износостойкость (табл.2).

При этом оптимальность отношений углов расположения главных режущих кромок шпурообразующей вставки и клиновидной вставки составляет 0,2-0,25, что обеспечивает высокую скорость бурения при сохранении стойкости долота при уменьшенном пылеобразовании (табл.4).

Выполнение опережающей твердосплавной пластины в виде тупоугольного клина из более вязкого сплава обеспечивает ее прочность при бурении крепких горных пород с высокими осевыми усилиями подачи. Выполнение шпуpообразующей твердосплавной вставки из более износостойкого сплава обеспечивает высокую износостойкость, так как при удалении от оси вращения долота в сторону шпурообразующей грани износ твердого сплава по главной режущей кромке возрастает. Т.о. данное решение позволяет: повысить прочность опережающей пластины; уменьшить износ шпурообразующей пластины; улучшить "отгребание" буровой мелочи и предотвратить ее истирание-переизмельчение; повысить производительность бурения.

Использование: при вращательном бурении шпуров (скважин) по породам. Сущность изобретения: долото для вращательного бурения содержит корпус с двумя перьями, закрепленные на перьях твердосплавные пластины с выпуклой передней гранью в форме тупоугольного клина, наружной и внутренней боковыми гранями, и две дополнительные твердосплавные пластины с плоскими передними гранями, примыкающие к наружным боковым граням клиновидных пластин и отстающие от последних по высоте. Передние грани дополнительных пластин и смежные с ними участки передних граней клиновидных пластин имеют встречный наклон относительно диаметральной плоскости долота. 4 з.п. ф-лы, 3 ил. 4 табл.

1. ДОЛОТО ДЛЯ ВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ, содержащее корпус с двумя перьями и закрепленные на перьях твердосплавные пластины с выпуклой передней гранью в форме тупоугольного клина, наружной и внутренней боковыми гранями, отличающееся тем, что оно снабжено двумя дополнительными твердосплавными пластинами с плоской передней гранью, примыкающими к наружной боковой грани клиновидных пластин и отстающими от последних по высоте, а передняя грань дополнительной пластины и смежный с ней участок передней грани клиновидной пластины имеют встречный наклон относительно диаметральной плоскости долота. 2. Долото по п.1, отличающееся тем, что величина отставания дополнительных твердосплавных пластин по высоте от клиновидных составляет 0,2 0,25 радиуса шпура. 3. Долото по п.1, отличающееся тем, что угол наклона передней грани дополнительной твердосплавной пластины к диаметральной плоскости долота составляет 3 7^o, а отношение этого угла к аналогичному углу клиновидной пластины 0,2 0,25. 4. Долото по п. 1, отличающееся тем, что ширина дополнительных твердосплавных пластин составляет 0,5 0,7 ширины клиновидных пластин. 5. Долото по п.1, отличающееся тем, что дополнительные пластины выполнены из менее вязкого и более износостойкого твердого сплава, чем клиновидные пластины.