Алмазный буровой инструмент и способ его изготовления Советский патент 1991 года по МПК E21B10/46 

Изобретение относится к породоразру- шающему инструменту, а именно к буровым долотам и бурильным головкам, оснащенным алмазосодержащими породоразруша- ющими элементами, и технологии его изготовления.

Целью изобретения является повышение износостойкости инструмента.

На фиг.1 изображено алмазное колонковое долото, продольный разрез; на фиг.2 - то же, вид внизу; на фиг.З - пресс-форма для центральной вставки, разрез; на фиг.4 - алмазное долото для бурения сплошным забоем, продольный разрез; на фиг.5 - сечение А-А на фиг.4; на фиг.6 - сечение Б-Б на фиг.4; на фиг.7 - алмазное долото, вид снизу; на фиг.8 - пресс-форма для центральной вставки, разрез, другое исполнение.

Колонковое долото (фиг.1) содержит стальной кольцевой корпус 1 со скважино- образующей 2 и калибрующей 3 частями рабочей поверхности, оснащенными соответственно породоразрушающими элементами 4 и 5 из композиционного алмазосодержащего материала. Кольцевой корпус 1 выполнен с центральной цилиндрической расточкой 6, в которой установлена и жестко закреплена промежуточная втулка 7 посредством резьбы 8 или сварного шва 9 по линии сопряжения промежуточной втулки 7 с корпусом 1.

Промежуточная втулка 7 выполнена из стали и размещена между корпусом 1 и центральной вставкой, выполненной в виде износостойкой матрицы 10 и оснащенной по рабочей поверхности кернообразующими 11 и кернокалибрующими 12 породоразрушающими элементами, а также элементами 13, установленными по линии 14 сопряжения промежуточной стальной втулки 7 и износостойкой матрицы 10.

Скважинообразующие элементы 13 размещены в глухих отверстиях 15, выполненных в стальных или графитовых вкладышах 16, закрепляемых в теле стальной втулки 7. Толщина последней должна быть равна по крайней мере диаметру державки породоразрушающих элементов 13. В износостойкой матрице 10 выполнены промывочные пазы 17, сообщающиеся с внутренней полостью корпуса 1 колонкового долота и промывочными пазами 18, выполненными на рабочей поверхности 2 корпуса 1. Породоразрушающие элементы 4,5, 11-13 выполнены из износостойкого композиционного алмазосодержащего материала, например славутича, твесала и др

Износостойкая матрица 10 выполнена, например, из порошков карбидов вольфрама или других частиц тугоплавких металлов.

их карбидов и связующего металла или сплава и имеет твердость 40 -60 HRC.

Породоразрушающие элементы 4.5,11- 13 (фиг.1 и 2) на рабочих поверхностях алмазного бурового инструмента могут быть установлены по спиральным линиям или по шахматной схеме, обеспечивая полное перекрытие забоя скважины.

Способ изготовления алмазного колон0 кового долота включает механическую обра- ботку корпуса с выполнением расточки вдоль оси корпуса, изготовление центральной вставки с оснащением ее породоразрушающими элементами, установку и жесткое

5 крепление центральной .вставки в расточке корпуса посредством промежуточной втулки и дооснащение остальной рабочей поверхности породоразрушающими элементами. Изготовление центральной вставки 10

0 колонкового долота осуществляют в пресс- форме, показанной на фиг.З. Пресс-форма состоит из графитовой формочки 19 и пуансона 20 На фасонной поверхности 21 формочки 19 в местах, соответствующих

5 рабочей поверхности матрицы 10, выполняют выемки 22, в которые размещают керно- образующие 11 и кернокалибрующие 12 Породоразрушающие элементы, а в местах, соответствующих промывочным пазам 17

0 на рабочей поверхности матрицы 10, выполняют выступы 23

В формочке 19 размещают промежуточную стальную втулку 7, при этом предварительно по линии 14 сопряжения

5 износостойкой матрицы 10 и втулки 7 устанавливают и закрепляют во втулке, например, пайкой стальные вкладыши 16 или графитовые вкладыши в формочке 19, сориентированные аналогично породоразруша0 ющим элементам

В полость, образованную внутренней поверхностью втулки 7 и фасонной поверхностью 21 формочки 19, засыпают расчетное количество матричного материала:

5 каркас и пропитывающий металл или сплав. В качестве каркаса могут быть применены, например, порошки карбидов вольфрама, зерна или крупка релита и другие, в качестве пропитывающего - медь, цинк, никель и

0 другие

Матрицу 10 совместно с промежуточной втулкой 1 отформовывают под прессом пуансоном 20 и осуществляют операцию спекания или пропитки.

5После спекания или пропитки получается центральная часть алмазного колонкового долота как единое целое, включающее износостойкую матрицу 10 и стальную втулку 7, так как при этом износостойкая матрица припаивав ся к втулке

На наружной цилиндрической поверхности центральной части колонкового долота нарезают резьбу и устанавливают ее в расточке корпуса.

В стальных вкладышах 16 (фиг.1) и на рабочих поверхностях 2 и 3 корпуса 1 сверлят глухие отверстия для размещения поро- доразрушающих элементов 13, 4 и 5. В продолжение отформованных в износостойкой матрице 10 промывочных пазов 17 фрезеруют промывочные пазы 18 на рабочей поверхности корпуса долота. Породо- разрушающие элементы 13, 4 и 5 закрепляют, например, пайкой.

Выполнение колонкового долота с расточкой вдоль оси корпуса, в которой установлена и жестко закреплена центральная часть, выполненная в виде втулки 7, охватывающей износостойкую матрицу 10, на рабочей поверхности которой выполнены промывочные пазы 17, позволяет исключить гидроэрозионный размыв рабочей поверхности, промывочных пазов 18 и предотвратить обнажение породоразрушающих элементов 11-13, ликвидировать их выпадение и срез на уровне рабочей поверхности, оптимально оснастить элементами линию сопряжения втулки и матрицы, а также обеспечивает надежное формирование керна и его калибровку, повышая тем самым процент выноса керна.

Оснащение всех рабочих поверхностей колонкового долота породоразрушающими элементами, в том числе по линии 14 сопряжения стальной втулки 7 и износостойкой матрицы 10, обеспечивает в процессе бурения эффективное поражение забоя скважи- ны,позволяетразместить

породоразрушающие элементы по оптимальной схеме и исключить аномальный износ долота в виде кольцевых выработок.

Алмазное долото для бурения скважины сплошным забоем (фиг.4) содержит стальной кольцевой корпус 1 со скважинообразу- ющей 2 и калибрующей 3 частями рабочей поверхности, оснащенными соответственно породоразрушающими элементами, скважинообразующими резцами 24 и калибрующими износостойкими вставками 10 из композиционного алмазосодержащего материала. Скважинообразующие резцы 24 приведены на фиг.5 и выполнены, например, в виде стержневой твердосплавной де- ржавки 25, передняя грань которой армирована алмазно-твердосплавной пластиной 26, включающей опорный слой 27 твердого сплава и алмазный поликристаллический слой 28.

Корпус 1 (фиг.4) выполнен с центральной цилиндрической расточкой 6 вдоль оси

корпуса, в которой установлена и жестко закреплена промежуточная втулка 7 с при- 5 менением, например, резьбы 8 и сварного шва 9 по линии сопряжения втулки 7 с корпусом 1. Центральная вставка 10 оснащена по рабочей поверхности скважинообразующими резцами 29, а также по линии 14 со0 пряжения стальной втулки 7 и износостойкой матрицы 10 - скважинообразующими резцами 30, выполненными, например, в виде стержневых твердосплавных державок, передняя грань которых армиро5 вана алмазно-твердосплавными пластинами.

Резцы 29 (фиг.6) выполнены, например, в виде дисковой твердосплавной державки 31, армированной алмазно-твердосплавной

0 пластиной 26, и размещены в выемках 32 износостойкой матрицы 10.

Резцы 30 (фиг.4), располагаемые по линии 14 сопряжения стальной втулки 7 и износостойкой матрицы 10, размещены в

5 выемках (глухих отверстиях ) 15, выполненных в стальных вкладышах 16, закрепляемых в теле втулки 7. Пересекающиеся с втулкой 7 и матрицей 10 резцы 30 размещаются в стальных вкладышах 16 до тех пор,

0 пока они не выйдут за зону износостойкой матрицы 10, поэтому толщина стальной втулки 7 должна быть равна по крайней мере ширине (диаметру) державки резца 30. В матрице 10 выполнены промывочные

5 пазы 17, сообщающиеся с внутренней полостью долота каналами 33 и промывочными пазами 18. выполненными на рабочей поверхности корпуса 1.

Изготовление центральной части доло0 та осуществляют в пресс-форме, приведенной на фиг.8. Пресс-форма состоит из графитовой формочки 19 и пуансона 20. На фасонной поверхности 21 формочки 19 в местах, соответствующих рабочей поверх5 ности матрицы 10 выполняют выемки 34, в которые размещают графитовые вкладыши 35, образующие выступы с целью получения выемок 34 в износостойкой матрице 10 для последующего размещения резцов 29. Про0 мывочные каналы 33 и пазы 17 в износостойкой матрице 10 отформовываются графитовыми вкладышами 36.

В формочке 19 размещают стальную втулку 7, при этом предварительно по линии

5 14 сопряжения износостойкой матрицы 10 и втулки 7 устанавливают и закрепляют во втулке 7, например пайкой, стальные вкладыши 16 или графитовые вкладыши в формочке 19, сориентированные аналогично державкам резцов 30.

В полость, образованную внутренней поверхностью втулки 7 и фасонной поверхностью 21 формочки 19, засыпают матричный материал. Матрицу 10 совместно с охватывающей втулкой 7 отформовывают под прессом пуансоном 20 и осуществляют операцию спекания или пропитки, при которой одновременно со спеканием матрицы она припаивается к втулке.

На наружной цилиндрической поверхности втулки 7 нарезают резьбу и устанавливают ее в расточке корпуса и закрепляют, например, сваркой.

В стальных вкладышах 16 (фиг.4) на рабочих поверхностях 2 и 3 корпуса 1 сверлят глухие отверстия - выемки для размещения резцов 24 и 30 и элементов 5. В продолже- ние промывочных пазов 17 центральной вставки фрезеруют промывочные пазы 18. В глухих отверстиях 15 и выемках 32 размещают резцы 24, 30 и 29, элементы 5 и закрепляют их, например, пайкой.

Выполнение долота с расточкой вдоль оси корпуса, в которой закреплена центральная износостойкая вставка посредством промежуточной стальной втулки, позволяет исключить гидроэрозионный раз- мыв рабочей поверхности и промывочных каналов, а также предотвратить обнажение породоразрушающих элементов в процессе бурения.

Формулаизобретения

1. Алмазный буровой инструмент, содержащий стальной корпус с рабочей поверхностью, центральную вставку в корпусе, породоразрушающие элементы и промывочные пазы на рабочих поверхностях корпуса и центральной вставки, отличающийся тем, что, с целью повышения износостойкости инструмента, он снабжен промежуточной стальной втулкой, размещенной между корпусом и центральной вставкой, которая выполнена в виде износостойкой матрицы, причем на стыке втулки и центральной вставки установлены породоразрушающие элементы.

2. Способ изготовления алмазного бурового инструмента, включающий расточку стального корпуса, изготовление центральной вставки, оснащение рабочих поверхностей вставки и корпуса породоразрушающими элементами, закрепление центральной вставки в расточке корпуса, отличающийся тем, что, с целью повышения износостойкости инструмента, центральную вставку выполняют как износостойкую матрицу, при этом изготавливают промежуточную стальную втулку и стальные или графитовые вкладыши, которые размещают на стыке втулки и центральной вставки, после чего производят совместное спекание или пропитку втулки и матрицы, затем рассверливают вкладыши, на место которых устанавливают породоразрушающие элементы.

Изобретение относится к буровому алмазному породоразрушающему инструменту и технологии его изготовления. Цель изобретения - повышение износостойкости инструмента. Алмазный буровой инструмент содержит стальной корпус 1 соскважи- нообразующей 2 и калибрующей 3 частями рабочей поверхности. Рабочая поверхность оснащена породоразрушающими элементами 4 и 5. В корпусе выполнена расточка 6, в 76 И которой закреплена промежуточная стальная втулка 7 с центральной вставкой 10. Вставка 10 выполнена в виде износостойкой матрицы, оснащенной породоразрушающими элементами 11 и 12, а также элементами 13, установленными на стыке втулки 7 и износостойкой матрицы 10, Способ изготовления инструмента включает расточку стального корпуса 1, изготовление промежуточной стальной втулки 7, центральной вставки 10 в виде износостойкой матрицы и стальных или графитовых вкладышей 16. Вкладыши 16 размещают на стыке втулки 7 и центральной вставки 10. Затем производят совместное спекание или пропитку втулки 7 и матрицы 10, рассверливают вкладыши 16 и устанавливают породоразру- шающие элементы 13. После изготовления центральной части долота ее закрепляют в расточке корпуса 1. Конструкция бурового инструмента и технология его изготовления исключают размыв рабочей поверхности и предотвращают обнажение породоразру- шающих элементов.2 с.п, ф-лы,8 ил. (Л С о Јw о CJ со ю 18 Фиг1

10

1

15

Фиг 2

о n n о ч- со

С

to

2k

17

18

30

V

Фиг. 7

го