Породоразрушающий инструмент

 

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

CO)03 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1 57 А1 (19) (11) (51) 4 Е 21 В 10/46

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

BCECOiQMiiR

pgg(!Т:, .;.. l,,";,,;,"„; я0 ; .

Б; 1БЛ11О (=

Фиг. !

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbfTHRM

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4073610/22-03 (22) 18.04.86 (46) 28.02.89. Бюл, Ф 8 (71) Институт сверхтвердых материалов

АН УССР и Всесоюзный научно-исследовательский институт буровой техники (72) И.Ф.Вовчановский, И.И.Барабашкин, Я.А.Эдельман, Е.M.Ôèíêåëüøòåéí, Н.А.Бондаренко и А.В.Бляхер (53) 622.24.051.7 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 690160, кл. Е 21 В 10/42, 1978.

Авторское свидетельство СССР

)) 1110888, кл. Е 21 В 10/48, 1982. (54) ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИИ ИНСТРУМЕНТ (57) 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 пропорционально 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.

1461857

Изобретение относится .к буровой технике, а именно к породоразрушающему инструменту, Цель изобретения — повышение эффективности работы инструмента и

5 экономия абразива и матричного мате" риала.

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

Инструмент содержит корпус 1 с промывочными каналами 2 и закрепленные на рабочем торце корпуса износостойкие элементы 3 в виде абразивосодержащей матрицы. На фиг.1 и 2 изображен вариант, когда в качестве износостойких элементов используются отдельные вставки. Концентрация абразива в матрице вставок и твер- 20 дость самого матричного материала изменяется вдоль радиуса инструмента, причем от центра к периферии инструмента концентрация абразива увеличивается линейно, а "твердость матрич- 25 ного материала в. том же направлении уменьшается обратно пропорционально увеличению концентрации абразива, т.е. в центральной части инструмента, располагаются иэносостойкие вставки 3О с малой концентрацией абразива и . большой твердостьюматричного материала, а на периферии наоборот — с большой концентрацией абразива и ма лой твердостью матричного материала. 35

В общем случае размещение вставок на рабочем торце инструмента выполняется в соответствии с формулой х, Y а — - + b где Y «концентрация

40 абразива в матрице вставки; x - -уда-, ленИе вставки от центра инструмента, 0 х R; R — радиус инструмента; а — градиент концентрации абразива вдоль радиуса инструмента Ь - мини45 мально допустимая концентрация абразива в матрице вставки.

Численные значения а и Ь 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 25Х для не абразивных пород средней крепости и 50Х для крепких пород независимо от их абразивности, а минимальная концентрация абразива Ь составляет

75Х для не абразивных пород средней крепости и крепких и 100Х 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 абраэивности и крепости пород долото должно иметь следующую концентрацию алмазов в твердом сплаве вставок вдоль радиуса долота:

Для крепких абразивных пород, Т 50 — — + 100 = 100X при

100 х 1 мм, т.е. в центре долота;

100 +

50 х 50 мм, т.е. в средней части долота;

Y 50i — — + 100 150Х при

100 э 100 х В. 100 мм, т.е. на периферии долота.

Для крепких не абразивных пород

Y * 50 — — + 75 75X

1 л

1 100 . °

Т 50 †-" + 75 100Х)

2 100

Y = 50 ° — — + 7$ - 125X.

Для не абразивных пород средней крепости

+ 75 75Х!

Y 25« — — + 75 = 90X

Y 25 °, — — — + 75 100Х.

Твердость матричного материала (твердого сплава) должна изменяться следующим образомг

Для первого вариантаЕ, . = 0013

l

Z — — = 0 008 у t °

Е = 0,0067.

61857

4 удельные нагрузки при относительно невысоких линейных скоростях перемещения, вследствие чего их износ про. исходит преимущественно за счет ска5 лывания и разрушения матричного материала при небольшом абразивном износе. С удалением от центра долота удельные нагрузки на элементы уменьшаются, но увеличиваются линейные скорости перемещения и объем разрушаемой породы. В результате их износ начинает носить абразивный характер.

Размещение на рабочем торце породоразрушающего инструмента износостойких элементов, концентрация абразива в матричном материале которых линейно возрастает от центра к периферии долота, а твердость матричного материала в том же направлении уменьшается обратно пропорционально увеличению концентрации абразивй, позволяет получать одинаково износостойкое и равнопрочное вооружение вдоль р5 радиуса инструмента. Все это повышает эффективность работы инструмента при одновременной экономии абразива и матричного материала.

Для второго варианта

2 = — ---=0013 у У Ф

Z=- — -=001 .2 г

2 — — = 0 0008 у У з

У, 1

У2

0 0131

= 0,0111

0,01.

®>Формула изобретения

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

Для третьего варианта

Значения твердости матричного материала получены в относительных единицах. Величина твердости в абсолютных единицах определяется следующим образом. Если износостойкие элементы центральной части долота изготавливаются из твердого сплава марки ВК6 с твердостью 90 ед, то элементы средней и периферийной частей — иэ 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, составляет 76 ед., а на перифе рии — 69 ед.

Породоразрушающий инструмент, содержащий корпус с промывочными каналами и закрепленные на рабочем торце корпуса износостойкие элементы

35 в виде абразивосодержащей матрицы с изменяющимися вдоль радиуса инструмента концентрацией абразива и твердостью матричного материала, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности работы и экономии абразива и матричного материала, концентрация абразива в матрице увеличивается линейно от цен.

45 тра к периферии инструмента а тверЭ дость матричного материала уменьшается в том же направлении обратно пропорционально увеличению концентрации абразива.

1461857

Фиг. 2

Составитель В.Якимов

Техред М.Дидык Корректор С.Черни

Редактор M.Áàíäóðà

Тираж 514

Заказ 641/24

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГЕНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рауаская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. ужгород, ул. Гагарина,101