Породоразрушающий инструмент Советский патент 1989 года по МПК E21B10/46 

Фиг. 1

Изобретение относится .к буровой технике, а именно к породоразрушаю- щему инструменту.

Цель изобретения - повышение эффективности работы инструмента и экономия абразива и матричного материала.

На фиг.1 изображен породоразру- шающий инструмент, разрез; на фиг.2- то же, вид с рабочего торца.

Инструмент содержит корпус 1 с промывочными каналами 2 и закрепленные на рабочем торце корпуса износостойкие :элемен ты 3 в виде абразив о- содержащей матрицы. На фиг.1 и 2 изображен вариант, когда в качестве износостойких элементов используются отдельные вставки. Концентрация абразива в матрице вставок и твердость самого матричного материала изменяется вдоль радиуса инструмента причем от центра к периферии инст румента концентрация абразива увеличивается линейно, а твердость матрич ного материала в. том же направлении уменьшается обратно пропорционально увеличению концентрации абразива, т.е. в центральной части инструмента располагаются износостойкие вставки с малой концентрацией абразива и большой твердостью матричного материала, а на периферии наоборот - с большой концентрацией абразива и малой твердостью матричного материала.

В общем случае размещение вставок на рабочем торце инструмента выполняется в соответствии с формулой

У а--г- + Ь, где Y - концентрация к . .

абразива в матрице вставки; х - удаление вставки от центра инструмента, R - радиус инструмента; а - градиент концентрации абразива вдоль радиуса инструмента; b - минимально допустимая концентрация абразива в матрице вставки.

Численные значения а и b определяются экспериментально путем трения износостойких элементов с разной концентрацией абразива о блоки горных пород различной крепости и абразивности.

Установлено, что градиент концентрации абразива а равен 25% для не абразивных пород средней крепости и 50% для крепких пород независимо от их абразивности, а минимальная концентрация абразива b составляет

0

5

5

0

75% для не абразивных пород средней крепости и крепких и 100% для абразивных пород любой крепости.

Пример. В качестве примера взято буровое долото диаметром 200 мм с вооружением в виде износостойких вставок, изготовленных из композита на основе твердого сплава и алмазного наполнителя.

В зависимости от абразивности и крепости пород долото должно иметь следующую концентрацию алмазов в твердом сплаве вставок вдоль радиуса долота:

Для крепких абразивных пород.

100 100% при центре долота;

5о + 100 125% при

X 50 мм, т.е. в средней части та;

5o. 100

+ 100 150% при на периферии

X R 100 мм, т, долота.

Для крепких не абразивных пород

Y. -50.-J50

Y, 50- ,Ш- Y, 50

Для не абразивных пород средней крепости

1 I OO

25. -ь 75 75%;

45

50

foo

25. + 75 90%;

25

100

оо

+ 75 100%.

Твердость матричного материала (твердого сплава) должна изменяться следующим образом:

Для первого варианта

2 4- 0.01;

Z. . -1г

V 4г

0,008; 0,0067.

Для второго варианта

Y,

- 0,013; 0,01;

1

Y;

-™ 0,0008 третьего варианта

Значения твердости матричного материала получены в относительных единицах. Величина твердости в абсолютных единицах определяется следующим образом. Если износостойкие злементы центральной части долота изготавливаются из твердого сплава марки ВК6 с твердостью 90 ед, то злементы средней и периферийной частей - из твердого сплава с твердостью, определяемой Из соотношения Z, : Z : Z. Так, относительные твердости матричного материала износостойких элементов у долота по третьему варианту соотносятся как 1,0: :1,18:1,3. Отсюда твердость матричного материала вставок, размещенных в средней части рабочего торца долота, рии

составляет - 69 ед

76 ед., а на перифег

Долото работает следующим образом.

Под действием передаваемых на долото осевой нагрузки и крутящего момента износостойкие элементы своими выступающими из тела матрицы абразивными частицами разрушают породу путем ее истирания. В процессе бурения износостойкие элементы, расположенные в центральной части рабочего торца долота, испытывают повышенные

461857 .

удельные нагрузки при относительно невысоких линейных скоростях перемещения, вследствие чего их износ происходит преимущественно за счет скалывания и разрушения матричного материала при небольшом абразивном износе. С удалением от центра долота удельные нагрузки на элементы умень- Q шаются, но увеличиваются линейные скорости перемещения и объем разрушаемой породы, В результате их износ начинает носить абразивный характер.

Размещение на рабочем торце по- 15 Родоразрущающего инструмента износостойких элементов, концентрация абразива в матричном материале которых линейно возрастает от центра к периферии долота, а твердость матричного 2Q материала в том же направлении уменьшается обратно пропорционально увеличению концентрации абразивА, позволяет получать одинаково износостойкое и равнопрочное вооружение вдоль 25 радиуса инструмента. Все это повышает эффективность работы инструмен- та при одновременной экономии абразива и матричного материала.

оФормула изобретения

Породоразрушающий инструмент, содержащий корпус с промывочными каналами и закрепленные на рабочем торце корпуса износостойкие элементы в виде абразивосодержащей матрицы с изменяющимися вдоль радиусаинструмента концентрацией абразива и твердостью матричного материала, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности работы и экономии абразива и матричного материала, концентрация абразива в матрице увеличивается линейно от центра к периферии инструмента, а твердость матричного материала jT ieHb- шается в том же направлении обратно пропорционально увеличению концентрации абразива.

0

5

Изобретение относится к буровой технике. Цель - повышение эффективности работы и экономии абразива и матричного материала. Инструмент содержит корпус 1 с промывочными каналами 2. На рабочем торце корпуса 1 закреплены износостойкие элементы в виде абразивосодержащей матрицы с изменяющимися вдоль радиуса инструмента концентрацией абразива и твердостью матричного материала. Концентрация абразива в матрице увеличивается линейно от центра к периферии инструмента. Твердость матричного материала уменьшается в том же направлении обратно пропорхцюнально увеличению концентрации абразива. Это позволяет получить одинаково износостойкое и равнопрочное вооружение вдоль радиуса инструмента, с удалением от центра долота удельные нагрузки на элементы уменьшаются, но увеличиваются линейные скорости перемещения и объем разрушаемой породы. В результате их износ носит абразивный характер. 2 ил. с сл

Фиг. 2