БУРОВОЙ ПОРОДОРАЗРУЩАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ Российский патент 2006 года по МПК E21B10/16 

Изобретение относится к области горной промышленности, а именно к буровому породоразрушающему инструменту, преимущественно большого диаметра, оснащенному твердосплавным вставками или искусственными алмазами.

Известен породоразрушающий орган, содержащий корпус, вставку, износосостойкий зубок с рабочей головкой и ступенчатым хвостовиком (авт. св. СССР №909100, кл. Е 21 В 10/16, 1980 г.).

Недостатком данного инструмента является малая эффективность его работы при бурении по пластичным породам и значительный расход твердого сплава из-за невозможности использования по техническим причинам зубков малого диаметра для создания плотной армировки инструмента для разбуривания крепких пород.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является буровой породоразрушающий инструмент, содержащий корпус с отверстиями, породоразрушающие зубки с рабочей головкой и ступенчатым хвостовиком, закрепленные в отверстиях корпуса посредством основной и цанговой втулок, установленных соответственно на ступенях хвостовика меньшего и большого диаметра (авт. св. СССР №033691, кл. Е 21 В 10/16, 1982 г.).

Недостатком данного инструмента является малая эффективность его работы при разбуривании пород со слабо выраженной хрупкостью. Это связано с использованием зубков со сферической рабочей головкой, которые успешно работают по крепким и хрупким породам. Использование же зубков с рабочей головкой асимметричной формы или с клиновидной режущей кромкой в предложенном буровом инструменте не может дать положительного эффекта из-за отсутствия узла фиксации зубка от проворота. Последнее связано с тем, что на зубки с асимметричной или клиновидной рабочей головкой постоянно действуют усилия, стремящиеся к развороту рабочей головки зубков вдоль режущей кромки. В то же время известно, что проворот зубков ведет к их выпадению, что снижает проходку и механическую скорость бурения, а кроме того, оставление их на забое требует проведения дополнительных затрат на очистку забоя, причем эти затраты резко увеличиваются с ростом глубины скважины.

В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы бурового инструмента за счет более надежной фиксации зубков в строго заданном положении.

Достижение поставленного технического результата обеспечивается тем, что в буровом породоразрушающем инструменте, содержащем корпус с отверстиями, породоразрушающие зубки с рабочей головкой и хвостовиком ступенчатой формы, закрепленные в отверстиях корпуса посредством основной и цанговой втулок, установленных соответственно на ступенях хвостовика меньшего и большего диаметра, согласно изобретению при использовании породоразрушающих зубков с асимметричной или клиновидной рабочей кромкой каждая цанговая втулка снабжена узлом фиксации от проворота относительно породоразрушающего зубка и основной втулки, при этом основная втулка установлена в отверстии корпуса с большим натягом, чем хвостовик меньшего диаметра породоразрушающего зубка в основной втулке.

Дополнительно достижению указанного технического результата способствует также и то, что:

- узел фиксации цанговой втулки с породоразрушающим зубком образован эксцентрично выполненными ступенями хвостовика с меньшим и большим диаметром;

- фиксатор цанговой втулки с основной втулкой выполнен в виде кулачкового соединения, образованного совмещенными пазами и ответными выступами на их контактирующих торцевых поверхностях.

На фиг.1 изображен общий вид бурового породоразрушающего инструмента, разрез А-А на фиг.2; на фиг.2 - вид инструмента в плане.

Буровой породоразрушающий инструмент содержит корпус 1, в котором выполнены глухие отверстия 2 с запрессованными в них основными втулками 3. Над втулками 3 установлены конические цанговые втулки 4 с прорезями 12 со ступенчатым отверстием 5 под породоразрушающие зубки 6, имеющие асимметричную головку 7 и хвостовик со ступенями 8 большего и меньшего 9 диаметров.

Каждый породоразрушающий зубок 6 и цанговая втулка 4 имеют узел фиксации от проворота друг относительно друга. Этот узел образован эксцентричным соединением зубка 6 и цанговой втулки 4. При этом величина эксцентриситета ε выбирается в зависимости от диаметра зубка 6 и схемы его расположения. Так, зубки, расположенные на периферии инструмента, и калибрующие стенки скважины, при одинаковом диаметре с центральными зубками, могут иметь больший эксцентриситет для лучшей обработки стенок скважины, при этом эксцентриситет направлен строго по радиусу инструмента. Одновременно с узлом фиксации с породоразрушающим зубком 6 цанговая втулка 4 имеет узел фиксации от проворота относительно основной втулки 3. Причем узел фиксации между втулками 3 и 4 образован в виде кулачкового соединения, образованного их торцевыми контактирующими поверхностями, причем количество выступов 10 и ответных им пазов 11 на торцах втулок 3 и 4 выбирается в зависимости от диаметра породоразрушающих зубков 6. Выступы 10 могут выполняться как на торце цанговой втулки 4, так и на торце основной втулки 3, но во всех случаях натяг между основной втулкой 3 и корпусом 1 всегда должен быть больше, чем натяг между основной втулкой 3 и ступенью хвостовика 9 меньшего диаметра.

При сборке бурового инструмента вначале в глухие отверстия 2 корпуса 1 запрессовывают основные втулки 3, а затем после совмещения торцевых выступов 10 с ответными пазами 11 втулок 3 и 4 в осевом канале втулки 3 размещают породоразрушающие зубки 6 совместно с цанговыми втулками 4, которые соединяют между собой заранее. Возможен вариант сборки породоразрушающего инструмента, когда полностью собранный узел породоразрушающего зубка 6 совместно с зафиксированными между собой основной и цанговой втулками 3 и 4 после соответствующей термообработки корпуса 1 инструмента запрессовывают в отверстия 2 корпуса 1. Это позволяет сократить общие затраты на сборку инструмента и обеспечить надежную центровку породоразрушающих зубков 6 цанговой втулкой 4, сегменты которой равномерно охватывают ступень 8 хвостовика большего диаметра.

Принцип работы бурового породоразрушающего инструмента заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента породоразрушающие зубки 6 внедряются в породу и разрушают ее. Разрушенная порода выносится с забоя промывочной жидкостью или сжатым воздухом, обеспечивая работу породоразрушающих зубков по чистому забою, что значительно повышает эффективность их работы. При этом клиновидная или асимметричная рабочая головка 7 породоразрушающих зубков 6 сохраняет свое заданное положение благодаря жесткой фиксации ее относительно цанговой втулки 4, которая в свою очередь зафиксирована относительно основной втулки 3, запрессованной в отверстиях 2 корпуса 1. Сохранение заданной схемы поражения забоя позволяет использовать минимально необходимое количество породоразрушающих зубков 6, что увеличивает удельные нагрузки на породоразрушающие зубки 6 при неизменной осевой нагрузке на буровой инструмент. Кроме того, это позволяет сократить непроизводительные затраты времени на спускоподъемные операции на замену бурового инструмента, так как при нарушении схемы расположения клиновидной или асимметричной рабочей головки 7 породоразрушающих зубков 6, т.е. при их провороте относительно корпуса 1, появляются непоражаемые участки забоя и скорость бурения резко падает. Это ведет к подъему и замене бурового инструмента часто при вполне работоспособном вооружении.

Таким образом, применение предложенного бурового инструмента повышает эффективность его работы за счет более надежной фиксации зубков в строго заданном положении.

Изобретение относится к буровому породоразрушающему инструменту с твердосплавным или алмазным синтетическим вооружением с асимметричной рабочей головкой или клиновидной режущей кромкой. Позволяет надежно зафиксировать зубки в строго заданном положении. Инструмент содержит корпус с глухими отверстиями, породоразрушающие зубки с рабочей головкой и хвостовиком ступенчатой формы, закрепленные в отверстиях корпуса посредством основной и цанговой втулок. Цанговая втулка установлена на ступени хвостовика большего диаметра, а основная втулка - на ступени хвостовика меньшего диаметра. Каждая цанговая втулка снабжена, по меньшей мере, одним узлом фиксации от проворота относительно породоразрушающего зубка и основной втулки, которая установлена в отверстии корпуса с большим натягом, чем хвостовик меньшего диаметра породоразрушающего зубка в основной втулке. Фиксатор цанговой втулки с породоразрушающим зубком образован эксцентричным расположением хвостовика зубка большего диаметра в эксцентричном канале цанговой втулки, а фиксатор цанговой втулки с основной втулкой выполнен в виде кулачкового или шпоночного соединения, образованного совмещенными пазами и ответными выступами на их контактирующих торцевых поверхностях или съемной шпонкой, устанавливаемой в совмещенных пазах втулок. 2 ил.

Буровой породоразрушающий инструмент, содержащий корпус с отверстиями, породоразрушающие зубки с рабочей головкой и хвостовиком ступенчатой формы, закрепленные в отверстиях корпуса посредством основной и цанговой втулок, установленных соответственно на ступенях хвостовика меньшего и большего диаметров, отличающийся тем, что при использовании породоразрушающих зубков с асимметричной или клиновидной рабочей кромкой каждая цанговая втулка снабжена узлом фиксации от проворота относительно породоразрущающего зубка и основной втулки, при этом основная втулка установлена в отверстии корпуса с большим натягом, чем хвостовик меньшего диаметра породоразрушающего зубка в основной втулке, при этом узел фиксации цанговой втулки с породоразрушающим зубком образован эксцентрично выполненными ступенями хвостовика с меньшим и большим диаметрами, а фиксатор цанговой втулки с основной втулкой выполнен в виде кулачкового соединения, образованного совмещенными пазами и ответными выступами на их контактирующих торцевых поверхностях.