БУРОВОЙ ИНСТРУМЕНТ Российский патент 2006 года по МПК E21B10/16 

Изобретение относится к области горной промышленности, а именно к породоразрушающему инструменту большого диаметра с твердосплавным или синтетическим алмазным вооружением.

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 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 №1033691, 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 развернуть рабочую головку зубков таким образом, что их режущая кромка занимала положение, перпендикулярное направлению вращения породоразрушающего инструмента. В то же время известно, что проворот зубков ведет к ослаблению их крепления и, как следствие этого, к выпадению зубков, что снижает проходку и механическую скорость бурения. Кроме того, оставление зубков на забое скважины требует проведения дополнительных материальных и трудовых 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 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 имеет, по меньшей мере, один фиксатор от проворота относительно породоразрушающего зубка и основной втулки, которая установлена в отверстии корпуса с большим натягом, чем ступень хвостовика меньшего диаметра в основной втулке.

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

- фиксатор цанговой втулки с породоразрушающим зубком образован лысками, выполненными на боковой поверхности ступени хвостовика большего диаметра, и контактирующей с ними внутренней поверхностью втулки;

- высота лысок и ответной им внутренней поверхности втулки соответствует высоте ступени хвостовика большего диаметра;

- 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 инструмента в разрезе; на фиг.2 - то же, вид в плане; на фиг.3 - другой вариант выполнения бурового инструмента; на фиг.4 - вид инструмента в плане в соответствии с фиг.3; на фиг.5, 6 и 7 - варианты выполнения узла фиксации цанговой втулки с основной втулкой.

Буровой 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 со ступенчатым отверстием 5 под породоразрушающие зубки 6, имеющие клиновидную рабочую головку 7 с режущей кромкой 8 или асимметричную головку 9 (см. фиг.1 и 3) и хвостовик со ступенями 10 большего и меньшего 11 диаметров.

Каждый породоразрушающий зубок 6 и цанговая втулка 4 имеют узел фиксации от проворота друг относительно друга. Узел фиксации может быть образован лысками 12 на боковой поверхности ступени 10 большего диаметра хвостовика и контактирующими с ними боковыми стенками паза 13 на внутренней поверхности цанговой втулки 4. Паз 13 может быть как глухим, так и сквозным (показан пунктиром, см. фиг.2). Возможен вариант выполнения зубка 6 с одной лыской 12 и паза 13 конгруэнтной формы. Лыски 11 могут выполняться разной высоты, однако предпочтительным является вариант выполнения их соответственно высоте ступени 10 большого диаметра хвостовика породоразрушающего зубка 6 или высоте ступени отверстия 5 большого диаметра. Другим вариантом выполнения фиксатора между цанговой втулкой 4 с породоразрушающим зубком 6 является использование одного или нескольких стержней 14 (фиг.3 и 4), установленных в совмещенных полуцилиндрических отверстиях 15 и 16 соответственно на внутренней поверхности цанговой втулки 4 и наружной поверхности породоразрушающих зубков 6 между прорезями 17 цанговой втулки 4. Количество стержней 14 выбирается в зависимости от размеров породоразрушающих зубков 6. Цанговая втулка 4 фиксируется от проворота относительно основной втулки 3, причем фиксатор между втулками 3 и 4 выполнен в виде кулачкового соединения, образованного их торцевыми контактирующими поверхностями, причем количество выступов 18 и ответных им пазов 19 на торцах втулок 3 и 4 выбирается в зависимости от диаметра породоразрушающих зубков 6. Выступы 18 могут выполняться как на торце цанговой втулки 4 (см. фиг.6), так и на торце основной втулки 3 (фиг.7), 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 11 меньшего диаметра. Возможен также вариант выполнения фиксатора между втулками 3 и 4 в виде съемной шпонки 20, которая устанавливается в совмещенных пазах 19 на ответных торцах втулок 3 и 4 (фиг.5).

При сборке бурового инструмента вначале в глухие отверстия 2 корпуса 1 устанавливают основные втулки 3, а породоразрушающие зубки 6 размещают в полости цанговых втулок 4 и соединяют их фиксаторами. С этой целью по 1-му варианту совмещают пазы 13 цанговой втулки 4 с лысками 12 твердосплавных зубков 6 или по 2-му варианту размещают стержни 14 в совмещенных полуцилиндрических отверстиях 15 и 16 цанговой втулки 4 и породоразрушающего зубка 6. После этого совмещают торцевые выступы 18 с ответными пазами 19 и твердосплавный зубок 6 запрессовывают в полость основной втулки 3. Возможен вариант сборки бурового 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 9 хвостовика большего диаметра.

Принцип работы бурового 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 6 по чистому забою, что значительно повышает эффективность их работы. При этом клиновидная 7 или асимметричная рабочая головка 9 породоразрушающих зубков 6 сохраняет свое заданное положение благодаря жесткой ее фиксации относительно цанговой втулки 4, которая в свою очередь зафиксирована относительно основной втулки 3, запрессованной в отверстии 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 8 или асимметричной 9 рабочей головки 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 инструменту с твердосплавным вооружением с асимметричной или клиновидной рабочей кромкой. Позволяет обеспечить надежную фиксацию зубков в строго заданном положении. Буровой 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 фиксатором от проворота относительно породоразрущающего зубка и основной втулки, которая установлена в отверстии корпуса с большим натягом, чем ступень хвостовика меньшего диаметра в основной втулке. Фиксатор цанговой втулки с породоразрушающим зубком образован лысками на боковой поверхности ступени хвостовика большого диаметра и контактирующей с ними внутренней поверхностью втулки. Фиксатор цанговой втулки с основной втулкой выполнен в виде кулачкового соединения, образованного совмещенными пазами и ответными выступами на их контактирующих торцевых поверхностях. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Буровой 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 имеет, по меньшей мере, один фиксатор от проворота относительно породоразрущающего зубка и основной втулки, которая установлена в отверстии корпуса с большим натягом, чем ступень хвостовика меньшего диаметра в основной втулке, при этом фиксатор цанговой втулки с породоразрушающим зубком образован лысками, выполненными на боковой поверхности ступени хвостовика большего диаметра, и контактирующей с ними внутренней поверхностью цанговой втулки, а высота лысок и ответных им пазов соответствует высоте ступени хвостовика большего диаметра.2. Буровой инструмент по п.1, отличающийся тем, что фиксатор цанговой втулки с основной втулкой выполнен в виде кулачкового соединения, образованного совмещенными пазами и ответными выступами на их контактирующих торцевых поверхностях.3. Буровой инструмент по п.1, отличающийся тем, что фиксатор цанговой втулки с основной втулкой выполнен в виде шпоночного соединения, образованного совмещенными пазами на их контактирующих торцах и установленной в них съемной шпонкой.