Способ определения профиля торца матрицы алмазного породоразрушающего инструмента Советский патент 1985 года по МПК E21B10/46 

1 Изобретение относится к горной промьгатенности, в частности к бурению скважин алмазным породоразрушаю щим инструментом, и предназна.чено для использования при проектировании и изготовлении этого инструмента, преимущественно однослойного. Цель изобретения - повышение дос товерности способа и обеспечение оптимального профиля торца матрицы для данного класса горных пород. Предложенньй способ включает измерение геометрических параметров алмазного породоразрушающего инстру мента и глубины разрушения образца горной породы единичным алмазом в зависимости от нормальной нагрузки линейной скоростиJ определение нормальной нагрузки N графическим путем по указанным зависимостям и мес тонахождения точки профиля торца матрицы, касательная к профилюв которой перпендикулярна оси инструмента; определение показателя влияния линейной скорости алмаза на глу бину разрушения образца графическим путем, а также определение оптималь ного профиля торца матрицы по форму ле cos V (N -NjAN R где - угол между касательной к профилю торца матрицы в рассматриваемой точке и плоскостью, перпендикуляр ной оси инструмента; N. - значение нормальной нагру ки в точке пересечения пр должений прямолинейных участков кривых графика с осью абсцисс; N .- максимальная нормальная нагрузка на зерно алмаза R - радиус инструмента, внутренний при N, 0; наружный при oL - показатель влияния линей ной скорости алмаза на глубину разрушения образ ца; г - расстояние от рассматриваемой точки профиля до оси инструмента. Предлагаемый способ осуществляет ся следуклцим образом. 092 Пример 1.Требуется определить оптимальный профиль торца матрицы алмазной буровой коронки диаметром 59 мм со стандартной щириной матрицы (внутренний радиус R 21 мм) для бурения по магнетитовым роговикам. В коронке планируется использовать природные алмазы крупностью 4060 шт/карат. Число торцовых алмазов в коронке для достаточного перекрытия забоя скважины зонами разрушения должно быть 175 шт. Коронка отрабатывается со следующим оборудованием: буровой станок ЗИФ-650М, бурильные трубы - ЛБТН. Исходя из того, что максимально допустимая осевая нагрузка на корстку диаметром 59 мм при применении указанного оборудования составляет примерно 25 кН, принимаем максимальную нормальную нагрузку на один алмаз в коронке К 140 Н. Экспериментально определенные глубины разрушения образца магнетитового роговика единичным зерном названных алмазов при различных значениях нормальной нагрузки и линейной скорости приведены в табл. 1. По данным табл. 1 построен график зависимости глубины разрушения образца магнетитового роговика от нормальной нагрузки N при следующих фиксированных значениях линейной скорости: 1,20; 2,31 и 3,75 м/с (фиг. 1). Продолжив прямолинейные участки кривых на этом графике до пересечения с осью абсцисс, получаем значение параметра N. 37,5 Н. Так как параметр имеет отрицательное значение, то точка профиля торца матрицы, касательная к профилю в которьй перпендикулярна оси коронки, должна находиться на ее внутреннем крае, -т.е. в формулу (1) при расчете подставляем значение внутреннего радиуса Rg коронки. По данным табл. 1 вычисляем значения логарифмов относительных глубин разрушения и величин, обратных относительным линейным скоростям. Результаты вычислений сводим в табл. 2, в соответствии с которой строим график зависимости логарифма относительной глубины разрушения от логарифма величины обратной относительной линейной скорости (фиг. 2), из. которого определяем значение показателя влияния линейной скорости алмаза на глубину разрушения образца как тангенс угла наклона полученной прямой к оси абсцисс (в данном случае о 0,83). Далее на основани полученных данных по формуле (1) вы числяем значения cos if для различны значений расстояния г рассматриваем точки профиля до оси коронки. Зная cos Ч в зависимости от расстояния г рассматриваемой точки профиля до оси коронки, построить -искомый профиль в прямоугольных декартовых координатах можно, например, воспользовавшись следующей формулой: У, О У, tR V i-2 I -iJi| -Ei tp . r i - ri-1 tgi.,i 2, 3 - ордината рассматриваемой точки профиля; i,j - номера рассматриваемых точек профиля. Расчет представлен в табл. 3. По строенный по данным табл. 3 искомый профиль приведен на фиг. 3. П р и м е р 2. Требуется определить оптимальньй профиль то.рца матрицы алмазной буровой коронки диаметром 59 мм со стандартной шириной матрицы для бурения по гнейсам. В коронке планируется использовать синтетические алмазные марки АРС-3 крупностью 1600/1250 мкм. Число тор цовых алмазов в коронке для достаточного перекрытия забоя скважины зонами разрушения должно быть 156 ш Коронка отрабатывается с тем же обо рудованием, что и в примере 1. Рассуждая так же, как в примере 1, при нимаем максимальную нормальную нагрузку на один алмаз в коронке N 170 Н. Экспериментально определенные глубины разрушения образца гнейса единичным зерном названных алмазов при различньгх значениях нормальной нагрузки и линейной скорости приведены в табл. 4. По данным табл. 4 построен график зависимостей глубины разрушения образца гнейса от нормальной нагрузки при следующих фиксированных значениях линейной скорости: 0,96; 1,85 и 3,00 м/с (фиг. 4). Продолжив прямо-линейные участки кривых на этом графике до пересечения с осью абсцисс получаем значение параметра N 72 Н. Так как параметр N имеет положительное значение, то точка профиля торца матрицы, касательная к профилю в которой перпендикулярна оси коронки, должна находиться на ее наружном крае, т.е. в формулу (1) при расчете подставляем значение наружного радиуса RJ, коронки. Далее заполняем табл. 5 зависимости логарифма относительной глубины разрушения от логарифма величины обратной относительной линейной скорости при различных значениях нормальной нагрузки и по данным табл.5 строим график этой зависимости (фиг. 5) ,из которого определяем значение показателя ; влияния линейной скорости алмаза на глубину разрушения образца горной породы (в данном примере oi 0,90). Далее на основании полученных данных по формулам (1) и (2), аналогично примеру 1, определяем параметры искомого профиля (табл. 6). Построенный по данным табл. 6 оптимальный профиль алмазной коронки для бурения гнейсов представлен на фиг. 6. Таблица 1

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЦРОФШ1Я ТОРЦА МАТРИЦЫ АЛМАЗНОГО ПОРОДОРАЗРУШАЮЩЕГО ИНСТРУМЕНТА, включающий измерение его геометрических параметров, отличающийся тем, что, с целью повьшения достоверности способа иобеспечения оптимального профиля торца матрицы для данного класса горных пород, измеряют глубину разрушения образца данного класса горных пород единичным алмазом в за-висимости от нормальной нагрузки на алмаз при различных значениях линейной скорости алмаза, строят график кривых этих зависимостей и находят точку пересечения продолжения прямолинейных участков этих кривых с осью абсцисс, в зависимости от расположения этой точки относительно оси ординат определяют местонахождение точки профиля торца, в которой касательная к профилю перпендикулярна оси инструмента, далее строят график линейной зависимости логарифма относительной глубины разрушения от логарифма величины обратной относительной линейной .скорости, из которого определяют показатель влияния линейной скорости алмаза на глубину разрушения образца как тангенс угла наклона полученной прямой к оси абсцисс и на основании полученных данных определяют искомый профиль торца матрицы инструмента для данного класса горных пород по формуле cos Ц аГ ( + i w где V - угол между касательной к профилю торца матрицы в рассматриваемой точке и плоскостью, перпендикулярной оси инструмента; N - значение нормальной нагрузки в точке пересечения продолжений прямолинейных участков кривых графика с осью абсцисс; N - максимальная нормальная нагрузка на зерно алмаза со в инструменте; R радиус инструмента, внутренний при N 0, наружный при N:, 70; расстояние от рассматриваег мой точки профиля до оси инструмента; показатель влияния линейoi ной скоцости алмаза на глубину разрушения образца.

23 44 65 86

10

17 23 27

10 13 17

6

7 В

9 11

Продолжение табл,1

h,Mi4

в.в5

IQ fl

-0.6

-0,2 -0. -0.6 -0,6 Iq

Фи8.2

К

11

21 22 2 2 25 26 27 28 29 30 Г,

(/г. J Л, 40 SO 80 100 иО М ФигЛ 160 180 200 N, Н

-о.в

-0.2 -0. -0.6

в

0.8 uf.S