Породоразрушающая вставка Советский патент 1987 года по МПК E21B10/46 

Изобретение относится к буровой технике, а именно к устройству породоразру- шающих вставок, изготовляемых из износостойких сплавов для оснащения бурового инструмента.

Цель изобретения - увеличение надежности вставки с повышенным вылетом нри бурении долотами различного диаметра.

На фиг. 1 изображена породоразрушаю- щая вставка с полостью; на фиг. 2 - то же, вид сбоку; на фиг, 3 - кривые распределения контактных напряжений на поверхности цилиндрической части вставки.

Породоразрушающая вставка из износостойкого материала (фиг. 1) содержит рабочую породоразрушающую часть 1, сужаю- ш.уюся к продольной оси вставки от внешней поверхности цилиндрического основания 2, в торцовой области которой расположена полость 3.

Рабочая часть 1 выступает на длину L Ьад поверхностью шарошки и предназначена для разрушения горных пород (фиг. 2). Цилиндрическое основание 2 диаметром D на длину И запрессовано с натягом в тело шарошки и удерживает вставку от выпадения в процессе бурения. Полость 3 имеет полусферическую форму с центром О, расположенным на пересечении продольной оси вставки с нижней плоскостью цилиндрического основания.

Величина радиуса полусферы г о реде- ляется распределением контактных напряжений по длине цилиндрической части вставки, возникающих при запрессовании ее в шарошку и взаимодействии рабочей выступающей части с породой.

Вставка запрессовывается в термообра- ботанное стальное тело шарошки с натягом, выбираемым в зависимости от диаметра вставки, в диапазоне 0,06-0,14 мм. Цилиндрическая часть вставки под воздействием упругой деформации стенок отверстия испытывает сжимающие контактные напряжения, значения которых непостоянны по ее длине. Цри запрессовке вставки стенка отверстия у поверхности шарошки подвергается пластической деформации на длину «Г, что уменьшает протяженность зоны контактных напряжений.

Цри бурении рабочая выступающая часть вставки циклически испытывает нагрузку Р и при этом возникает изгибающий момент М„, под действием которого в цилиндрической части появляются напряжения, по направлению совпадающие с контактными напряжениями упругой деформации. На фиг. 3 представлены результаты

Шарошку, оснащенную указанными порасчета относительных контактных напря- 55 родоразрущающими вставками устанавли- жений по длине цилиндрической части встав- вают с телами качения на лапе. Лапы с ща- ки, выполненные с использованием методарошками соединяют сваркой и формируют

конечных элементов.трехшарошечное буровое долото, которое

Напряжения, создаваемые запрессовыва- нием вставки в тело щарошки (кривая 1), по длине цилиндрической части меняются несущественно - от.мечается концентрация напряжений у ее краев. Они в несколько раз меньше относительных контактных напряжений, возникающих от силового взаимодействия с породой (кривая 2).

Суммарные контактные напряжения (кривая 3) характеризуются максимумом при 0,15-0,20 Z/H и достигают минимальных значений при Z/H более 0,5. В связи с этим для сохранение; прочности породораз- рушаю цей вставки полость должна быть размещена в цилиндрической части на глубину, не превышающую 0,5 Н.

Таки.м образом, радиус полусферы г определяется соотношением г«0,5Н.

Цри указанном соотношении полость, располагаясь ниже зоны максимальных напряжений, создаваемых запрессовкой цилиндрического основания в тело шарошки и нагрузками, воспринимающимися рабочей частью при контакте с породой, не уменьшает надежности и прочности вставки.

Длина Н цилиндрического основания в свою очередь, определяется диаметром D и длиной L рабочей части встав(и.

Математическая обработка данных, ха- рактеризуюц№х геометрические параметры твердосплавных вставок, применяемых для оснащения шарошечных буровых долот различных типоразмеров, позволяет получить соотношение между Н, L и D:

Ц 0,36 D + 0,6 L

35 С учетом этого уравнения соотношение, определяюшее величину радиуса полусферы, имеет вид

,18D + 0,3L.

Работа породоразрушающей вставки с полостью в виде полусферы оптимального радиуса состоит в следующем. Указанную вставку, например, диаметром 12,14 мм и длиной породоразрушающей части 7,1 мм изготавливают метода.ми порошковой металлургии из износостойкого материала. В ци45 линдрической части длиной 8,5 мм размещают полусферическую полость с радиусом 4,25 мм, объем которой составляет 16,4% объема цилиндрической части вставки.

cQ Вставку с натягом, например, 0,10 мм запрессовывают на всю длину цилиндрической части в глухое отверстие стальной шарошки, термообработанную на твердость в зоне отверстия 38-42 HR С.

Шарошку, оснащенную указанными по40

55 родоразрущающими вставками устанавли- вают с телами качения на лапе. Лапы с ща- рошками соединяют сваркой и формируют

используют для строительства нефтяных и газовых скважин.

В процессе бурения породоразрушающая вставка вступает в силовое взаимодействие с горной породой. В связи с тем, что полусферическая полость в породоразрушающей вставке расположена ниже зоны максимальных напряжений, ее надежность при экономии дефицитных материалов не снижается по сравнению со вставкой без полости.

Стендовые испытания предлагаемой породоразрушающей вставки с полусферической полостью показали, что ее надежность при ударном нагружении по сравнению с известной повышается на 30%.

Формула изобретения Породоразрушаюшая вставка, содержа- шая цилиндрическое основание с полостью и рабочую часть, отличающаяся тем, что, с целью увеличения надежности вставки с повышенным вылетом при бурении долотами различного диаметра, полость выполнена в виде полусферы с центром, распо.ложен- ным на пересечении продольной оси с нижней плоскостью цилиндрического основания, и имеет радиус г. определяемый из условия

,18D + 0,3L. где D -диаметр цилиндрического основания

вставки;

L- длина породоразрушающей части вставки.

Изобретение относится к буровой технике. Цель изобре1ения - увеличение надежности вставки с повышенным вылетом при бурении долотами различного диаметра. Вставка содержит цилиндрическое основание 2 с полостью 3 в виде полусферы с центром и рабочую породоразрушающую часть 1. Центр полусферы полости 3 расположен на пересечении продольной оси с нижней плоскостью основания 2. Радиус г полусферы определяется из условия ,18D + 0,3L, где D - диаметр основания 1 вставки; L- длина породоразрушающей части вставки. Шарошку оснаш,ают вставкой и формируют трехшарошечное буровое долото. В процессе бурения породоразрушающая часть 1 вступает в силовое взаимодействие с горной породой. Благодаря расположению полусферической полости 3 вставки ниже зоны максимальных напряжений ее надежность при экономии дефицитных материалов не снижается по сравнению со вставкой без полости. При ударном нагружении надежность вставки повышается на 30%- 3 ил. (Л со СП СО 00 00 сд Фиг.1

1

Фиг. 2.

«Г,

у

ЦОКС

0,250.5

Фиг.З

0.15 W Z/H