Алмазная буровая коронка Советский патент 1993 года по МПК E21B10/48 

Изобретение относится к бурению разведочных скважин, а именно к алмазным буро вым коронкам.

Целью изобретения является повышение эффективности работы за счет повышения износостойкости алмазоносного импрегнированного слоя режущей параллелепипеда.;

На фиг.1 изображен общий вид алмазной буровой коронки; на фиг.2 - вид со стороны рабочего торца; на фиг.З.- продольное сечение сектора буровой коронки.

Коронка содержит корпус 1 и матрицу, состоящую из секторов 2, выполненных из алмазоносного импрегнированного слоя. 3,

выполненного в виде параллелепипеда и вкладыша 4 из легкоразрушаемого абразив- . ного материала в виде треугольной призм.ы, соединенных посредством приварочного слоя 5 с корпусом алмазной буровой коронки. Одна грань параллелепипеда 3 соединена. . с . приварочным слоем 5, а противоположная ей грань параллелепипеда .3 является режущей. Передняя и задняя гра- ; ни паралл 1епипеда 3 являются наклонными. Задняя грань параллелепипеда 3 соприкасается и опирается на наклонную боковую грань вкладыша 4. Отсутствие жесткого соединения последних между собой создает степень свободы задней грани параллелесо

о

ел со ю

ы

пи педа относительно боковой грани вкладыша 4, что создает условия для нее скольжение при термическом расширении, появляющемся при выделении энергии в процессе бурения, Между секторами матри- цы 2 расположен промывочный паз 6, который образован наклонной передней гранью параллелепипеда 3 и задней гранью вкладыша 4. Между,задней наклонной гранью параллелепипеда и наклонной боковой гранью вкладыша 4 имеется щель 7, в которую в силу действия капиллярных и поверхностных сил втягивается охлаждающая промывочная среда из промывочного паза 6 в процессе резания горной породы при бу- рении..

Режущая грань алмазоносного наклон- ногопараллелепипеда 3 выполнена в виде профиля переменного типа, в частности, синусоиды 8 с углом раскрытия при вершине равным 60°. Щель 7 на чертеже фиг. 1, ввиду ее незначительности, представлена в виде . Вкладыш 4 имее т форму прямоугольной призмы, основание которой жестко со- единено приварочным слоем 5 и выполнен из легкоразрушаемого абразивного материала. Так как рабочую поверхность образует параллелепипед 3,-его нагрев будет выше чем у вкладыша 4 и поэтому для параллелепипеда 3 будет выше термическое расшире- ние. а значит вершина вкладыша 4 будет в тени параллелепипеда будет отставать в расширении и поэтому она находится в режиме .длительной работы без разрушения, Это попытает в целом ресурс алмазной бу- ровой коронки. Жесткое закрепление задней грани параллелепипеда 3 ко вкладышу 4. что было в прототипе приводило при дей- ствии термических расширений к накоплению термических напряжений в нем, являясь тем самым основной причиной преждевременного старения инструмента и выхода из строя.

Алмазная буровая коронка работает следующим образом.

При вращении корпуса 1 алмазной буровой коронки, матрпца, состоящая из секторов 2 начинает разрушать пробуриваемую горную породу резанием. При этом параллелепипеды 3 каждого сектора 2 внедряются в пробуриваемую породу. Этот процесс идет плавно, ввиду того, что ввиду наклона передней грани параллелепипеда 3, процесс ввода каждого сектора в разрушаемую горную породу происходит равномерно. Через тра- пецевидный промывочный паз 6 происходит вынос разрушенной буровой мелочи. Промывочная жидкость ооддействием капиллярных сил. втягивающих в щель 7 и таким путем активизирующих и интенсифицирующих

процесс охлаждения, вплоть до осуществлении процесса испарения этой среды в щели 7 . При осуществлении последнего происходит термостатирование этой зоны при одновременном повышении интенсивности охлаждения этой активной части алмазной буровой колонки. Наличие вместо плоской грани, как это имеет место в прототипе рабочей режущей поверхности в виде синусоидального периодически переменного профиля повышает значение режущей поверхности что уменьшает удельную нагрузку при резании, а значит, повышает скорость и производительность в процессе резания, исключая при этом вредный эффект полирования режущей кромки и переизмельчения разрушаемой горной породы, вызывая к жизни процесс перезаточки инструмента в процессе резания. При этом режим в одной плоскости резания заменяется на режим резания в слое определенной толщины со своей стратегией и порядком поэтапного разрушения в каждом уровне слоя, периодически меняющегося во времени. Все это позволяет без снижения надежности и долговечности алмазной буровой коронки повысить скорость и .производительность коронки.

Технико-экономические преимущества заявляемой алмазной буровой коронки в сравнении с прототипом и аналогами состоят: .

в повышении скорости резания при одновременном повышении надежности и долговечности, за счет выполнения режущего профиля 8 секторов в виде синусоидального профиля, осуществляющего разрушение горной породы в слое определенной толщины, а не плоском слое, как это имеет в прототипе. Выполнению этой же задачи способствует наличие щели 7, а также наклон задней грани параллелепипеда, равного 30°. Последнее повышает плотность упаковки кристаллической структуры матрицы каждого сектора 2. а следовательно ее жесткость:

в исключении эффекта полирования алмазоносного слоя 3. а также режима переизмельчения породы, связанного с ним, притупляющего инструмент, за счет осуществления режима резания в слое горной породы конечной толщины, что достигается путем бурения горной породы с помощью синусоидально-переменного профиля 8 режущей грани каждого сектора 2, а также повышению эффективности самоочищения от буровой мелочи благодаря щели 7, с помощью которой осуществляется режим испарительного истечения паровой фазы промывочной среды, генерируемой от тепловой энергии, выделяемой на секторах 2 при бурении;

в повышении стойкости параллелепипеда 3 из-за наличия щели 7 на задней грани, повышающей степень его свободы, создающего условия для самоустановки параллелепипеда 3 в момент резания, создающего условия для равномерного термического расширения всех граней параллелепипеда 3, что исключает накопление в нем термических напряжений во времени. Параллелепипед жестко соединен с приварочным слоем 5 лишь в своем основании, то есть консольно, что позволяет ему освобождаться от энергии термических напряжении, являющейся причиной преждевременного выхода из строя, путем колебаний с собственной частотой, аналогично камертону. Этому же способствует выполнение наклона параллелепипеда под углом 30° и синусоиды с углом при вершине равным 60°, первое повышает эффект его скольжение в процессе бурения, а второе- повышенную прочность равносторонней структуры профиля 8 синусоиды. Все это повышает скорость бурения и повышает эффективность бурения, за счет более полного использования режущего потенциала алмазоносных слоев параллелепипеда 3 каждого сектора 2 алмазной буровой коронки;

в повышении ресурса работы вкладыша 4, за счет того, что наличие щели 7 между задней гранью параллелепипеда 3 и боковой, смежной с ним гранью вкладыша 4, создает условия для свободного расширения обоих под действием термических расширений при выделении на них .энергии в процессе разрушения горной породы при бурении. Поскольку параллелепипед 3 воспринимает основную энергию, выделяемую

при бурении, то он и нагревается больше, а

значит и больше расширяется и удлиняется,

перекрывая вкладыш 4 по высоте, что и предохраняет его от преждевременного износа

и связанного с ним выхода его из строя.

Формула изобретения

1. Алмазная буровая коронка, содержащая корпус, на рабочем торце которого выполнены промывочные пазы и секторы, включающие алмазоносный слой в виде па- раллеяепипеда с наклонными передней и

задней гранями, приварочный слой и вкладыш из легкоразрушаемого абразивного материала в виде треугольной призмы, одна боковая грань которой жестко соединена с приварочным слоем, отличающаяся

тем, что, с целью повышения эффективности в работе за счет повышения износостойкости алмазоносного импрегнированного слоя режущей грани параллелепипеда, поверхность режущей грани параллелепипеда

в продольном сечении сектора выполнена периодически переменного профиля, например, в виде синусоиды, а задняя наклонная грань параллелепипеда плотно прилегает к смежно расположенной боковой грани вкладыша и содержит щель.

2. Коронка по п.1, отличающаяся тем, что угол при вершине синусоиды составляет 60°..

3. Коронка по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ а я- с я тем, что задняя наклонная грань параллелепипеда и смежная с ней боковая грань вкладыша имеют угол наклона относительна приварочного слоя, равный 30°.

Редактор

ФкгчЗ

Составитель Б.Аспандияров

Техред М.МоргенталКорректор Я.Ливринц

Использование: бурение геологоразве-Г домны скважин Сущность изобретения: коронка содержит корпус 1 и матрицу, состоящую из секторов 2, каждый из.кото - рых выполнен из алюмазоносного импреги- рованного слоя 3 и вкладыша 4,. .соединенных посредством приварочного слоя 5 с-жорпусом 1 коронки. Алмазоносный ймпрегированный слой 3 каждого сектора 2 выполнен в виде параллелепипеда. Верхняя грань параллелепипеда соединена с приварочным слоем 5 сектора 2, а противоположная ей грань, является режущей, Задняя наклонная боковая грань параллелепипеда соприкасается плотно со смежно расположенной с ней боковой гранью вкладыша 4. Между задней наклонной гранью параллелепипеда противопо- ложная - передняя является наклонной стенкой промывочного паза 6, имеется щель 7, в которой.скользит задняя наклонная грань параллелепипеда и смежная относительно нее боковая грань вкладыша 4 из-за разных коэффициентов линейного расшиое- ния. Наклон составляет 30°. Режущая грань параллелепипеда содержит поверхность периодически-переменного профиля 8 в ча- стноети синусоидального типа, с углом раскрытия при вершине равным 60°. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.