Породоразрушающая вставка

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (50 4. Е 21 В 1046

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3911497/22-03 (22) 17.06.85 (46) 23.11.87. Бюл. № 43 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт буровой техники (72) П. П. Евсеев, P. А. Иванов и У. Н. Якимчук (53) 622.24.051.55 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 848565, кл. Е 21 В 10/58, 1975.

Патент США № 4150728, кл. 175 — 374, опублик. 1981. (54) ПОРОДОРАЗРУШАЮЩАЯ ВСТАВКА (57) Изобретение относится к буровой технике. Цель изобретения — увеличение надежности вставки с повышенным вылетом при бурении долотами различного диаметра.

Вставка содержит цилиндрическое основа„„SU„„1353885 А 1 ние 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 га0,18D + 0,31„ где D — диаметр основания 1 вставки;

1 — длина породоразрушающей части вставки. Шарошку оснащают 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.

1353885

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

Цель изобретения — увеличение надежности вставки с повышенным вылетом при бурении долотами различного диаметра.

На фиг. 1 изображена породоразрушающая 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. I) содержит рабочую породоразрушающую часть 1, сужающуюся к продольной оси вставки от внешней поверхности цилиндрического основания 2, в торцовой области которой расположена полость 3.

Рабочая часть 1 выступает на длину L над поверхностью шарошки и предназначена для разрушения горных пород (фиг. 2) .

Цилиндрическое основание 2 диаметром D на длину Н 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 r оггределяется распределением контактных напряжений по длине цилиндрической части вставки, возникающих при запрессовании ее в шарошку и взаимодействии рабочей выступающей части с породой.

Вставка запрессовывается в термообработанное 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. При запрессовке вставки стенка отверстия у поверхности шарошки подвергается пластической деформации на длину d, что уменьшает протяженность зоны контактных напряжений.

При 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 расчета относительных контактных напряжений по длине цилиндрической части вставки, выполненные с использованием метода конечных элементов.

5 !

О

50

Напряжения, создаваемые запрессовыванием вставки в тело шарошки (кривая 1), по длине цилиндрической части меняются несущественно — отмечается 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/Н и достигают минимальных значений при Z/Н более 0,5. В связи с этим для сохранения прочности породоразрушаю;цей вставки полость должна быть размещена в цилиндрической части на глубину, не превышающую 0,5 Н.

Таким образом, радиус полусферы г определяется соотношением г 0,5 Н.

При 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 1 рабочей части вставки.

Математическая обработка данных, характеризующих геометрические параметры твердосплавных вставок, применяемых для оснащения шарошечных буровых долот различных типоразмеров, позволяет получить соотношение между Н, 1 и D:

Н =0,36D+0,61

С учетом этого уравнения соотношение, определяющее величину радиуса полусферы, имеет вид

r 0,18 D + 0,3 L.

Работа породоразрушающей вставки с полостью в виде полусферы оптим ального радиуса состоит в следующем. Указанную вставку, например, диаметром 12,14 мм и длиной породоразруш ающей части 7,1 мм изготавливают методами порошковой металлургии из износостойкого материала. В цилиндрической части длиной 8,5 мм размещают полусферическую полость с радиусом

4,25 мм, объем которой составляет 16,4Р/р объема цилиндрической части вставки.

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 породоразрушающими вставками, устанавливают с телами качения на лапе. Лапы с шарошками соединяют сваркой и формируют трехшарошечное буровое долото, которое

1353885

15 g ptas

Q5

Фиг.Л

0,7f

025

Фиг. 2

Составитель В. Никулин

Редактор А. Козориз Техред И: Верес Корректор И. Эрдейи

Зака з 5323/28 Тираж 533 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 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

Породоразрушающая вставка, содержащая цилиндрическое основание с полостью и рабочую часть, отличающаяся тем, что, = целью увеличения надежности вставки с повышенным вылетом при бурении долотами различного диаметра, полость выполнена в виде полусферы с центром, расположенным на пересечении продольной оси с нижней плоскостью цилиндрического основания, и имеет радиус г, определяемый из условия г 0,18 D + 0,31. где D — диаметр цилиндрического минования вставки;

1 — длина породоразрушающей части вставки.