Породоразрушающая вставка

 

ПОРОДОРАЗРУШАЮЩАЯ BCtABKA, состоящая из мате{жала матрицы и aJiMaaoB, обраэунздих несколько смежных рабочих слоев с различной концентрацией алмазов, отличающаяся тем# что, с целью повьппекия ее производительности, концентрации алмазов переднего К., и заднего К по ходу вращения рабочих слоев выбраны в соответствии с отношением К « 1,55-1,85, а толщина каждого рабочего слоя 6- определяется по формуле . 3 l/ .4U,J , п где К - концентрация алмазов в i-OM слое, %; dpp - средний размер алмазоносной гранулы, мм; Кр - концентрация алмазов в переднем рабочем слое, %.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

ШЮ

РЕСПУБЛИК

09) (22)

gag Е 21 В 10/46

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

". — а.о З

К

f 1 и где К

1 концентрация алмазов в

).-ом слое, Х; средний размер алмазоносной гранулы, мм; концентрация алмазов в переднем рабочем слое, X. гр

К

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET СССР

AO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И CITHPbfFHA (21) 3570603/22-03 (22) 30.03.83 (46) 15.04.84. Бюл, 9 14 (72) P.Ê. Богданов, А.А. Бугаев, Н.Ф. Голод и В.Н. Лившиц (71) Ордена Трудового Красного Знамени институт сверхтвердых материалов АН УССР (53) 622.233.051.4(088.8} (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 473813, кл. Е 21 В 10/46, 1968.

2. Патент ФРГ В 1188528, кл. Е 21 В 9/02, опублик. 1965 (прототип). (54)(57) ПОРОДОРАЗРУШАЕМЦАЯ ВСТАВКА, состоящая яэ материала матрицы и алмазов, образующих несколько смежных рабочих слоев с различной концентрацией алмазов, о т л и ч а ю— щ а я с я тем что, с целью повышения ее производительности, концентрации алмазов переднего К и заднего К по ходу вращения ра очих сло" ев выбраны в соответствии с отношением К : K y 1,55-1,85, а толщина каждого рабочего слоя 8 определяет1 ся по формуле

Ф 1

Изобретение относится к буровой технике, а именно к породоразрушающему,инструменту, и может быть использовано при бурении скважин в условиях часто перемежающихся мягких и крепких пород.

Известна вставка для породораэрушающего инструмента, состоящая из твердосплавного и алмазного слоев, при этом твердосплавный слой в 8-12 раэ превосходит по твердости матричный материал, s котором находятся алмазы (1) .

Недостатком этой вставки является низкая эффективность ее работы в породоразрушающем инструменте при бурении твердых и перемежающихся пород. Попадая в твердые породы, передний твердосплавный слой вставки как и в предыдущем случае образует с поверхностью породы непрерывный контакт, в результате чего он подвержен аномальному износу. В силу того, что материал матрицы алмазоносного слоя меньше по износостойкости в 8-10 раз твердосплавного слоя, то он подвергается более интенсивному износу, чем в случае, если бы твердосплавный слой защищал

его. Как и в первом случае, при бурении в твердых породах вставка быстро изнашивается и коронка снимается с работы, не исчерпав заложенного в него, ресурса, Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является породоразрушающая вставка, содержащая материал матрицы и алмазы, образующие несколько смежных рабочих слоев с различной концентрацией алмазов (2| .

Недостатком известной вставки является низкая производительность при бурении в твердых малоабразивнык породах из-эа значительной контактной поверхности твердосплавного слоя с породой, затрудняющей очистку забоя от шлама и охлаждение рабочих кромок.

Цель изобретения — повышение производительности вставки.

Цель достигается тем, что в породоразрушающей вставке, состоящей из материала матрицы и алмазов,образующих несколько смежных рабочих слоев с различной концентрацией алмазов, концентрации алмазов передне-. го К„ и заднего К> по ходу вращения .рабочих слоев выбраны в соответст08611О

55 вии с соотношением Кп:K = 1,55-1,85 а толщина каждого рабочего слоя 1 определяется по формуле

ll где К вЂ” концентрация алмазов в

i-ом слое, 7;

d, — средний размер алмаэоносгр ной гранулы, мм;

К вЂ” концентрация алмазов в пег1 реднем рабочем слое, X.

На фиг. 1 изображена вставка, общий вид; на фиг. 2 — схема расположения вставок на торце буровой коронки.

Вставка 1 состоит иэ трех слоев

II, III, концентрация алмазов в которых соответственно равна К „, К, К, а толщина слоев — F, 3>, 0 .

Может быть и большее количество слоев.

Вставка в коронке работает следуккцим образом, При помощи резьбы, расположенной на корпусе 2, коронка закреплена в колонковой трубе (не показана), которая посредством привода станка через штанги приводится во вращение.

Закрепленные поверхностью А в пазах на торце корпуса вставки 1 вступают в контакт с породой поверхностью Б и разрушают ее.

В процессе бурения перемежающихся по твердости пород все слои вставки, состоящие из алмазов и матричного материала, принимают активное участие в разрушении породы.

Между поверхностями алмаэосодержащих слоев и поверхностью породы создается прерывистый контакт. Вызвано это тем, что поверхность вставки соприкасается с поверхностью породы через выступающие из материала матрицы алмазы, Это вызывает па сравнению с прототипом улучшение условий промывки эа счет возможности прохождения жидкости и частиц шла ма в зазорах между алмазами. Б то же время интенсивность изнашивания слоев вставки в зависимости от концентрации будет различна (при малой концентрации — больше и наоборот). Расположение алмазных слоев предпочтительно в порядке убывания величины концентрации в чих. Первый слой I имеющий наибольшую концентрацию и, следовательно, наибольшую износостойкость, принимает на

1086110

/ h

K) . Кп

1:1,1

I . l,45

1:1,55

2,1

10,5

1:1,85

1:2,1

9,8

7,5

ВНИИПИ Заказ 2206/30 Тираж 564 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород,ул.Проектная, 4

3 себя основную нагрузку. В процессе бурения он первым внедряется в породу.

Последующие слои пропорционально концентрации имеют меньшую износостойкость и в процессе бурения изнашиваются неодинаково. Быстрее изнашивается последний слой (III), который имеет меньшую концентрацию и, следовательно, низшую износостой- IO кость. Таким образом, вставка в месте контакта с горной породой приобретает форму клина с вершиной, лежащей на сЛое с наибольшей концентрацией. Такая форма износа способствует лучшему удалению частиц разрушенной породы из-под торца инструмента.

Кроме этого, насыщенность алмазами всей площадки вставки в месте контакта с породой позволяет избежать негативного явления — повышения коэффициента трения при соприкосновении с твердыми породами.

С целью обеспечения оптимальных условий для своевременного удаления 25 частиц разрушенной породы из-под торца коронки без дополнительного ее переиэмельчения концентрация алмазов переднего Кп(в данном случае

I слоя) и заднего КЗ {III слоя) по gp ходу вращения рабочйх слоев выбирается в соответствии с соотношением

Кп . K> =- 1,55-1,85, а толщина каждого слоя определяется по формуле

Е- " .0З

К

t В р где К„и Кп — концентрация алмазов соответственно в onределяемом и переднем слоях, Е;

d — средний размер алмазоносной гранулы, мм.

Укаэанное соотношение между слоями обеспечивает получение наиболее оптимального значения обобщенного показателя работы коронки, учитывающего механическую скорость буре ф1ВХ H проходку

В таблице представлены результа-ты сравнительных испытаний, Толщина каждого слоя рассчитывается в зависимости от их концентрации, при этом толщина первого слоя выбирается равной 6 d. что обеспечивает необходимую прочность и работоспособность I слоя вставки.

Применяя различную концентрацию алмазов в слоях, варьируя зернистостью алмазов и толщиной слоев, а также количеством. вставок можно создать гамму коронок для бурения в различных по абразивности и твердости горных породах.