Алмазная буровая коронка

 

Использование: бурение геологоразведочных скважин. Сущность изобретения: коронка включает корпус 1, наружная боковая поверхность 2 которого выполнена в виде многогранника в сечении, внутренняя 3 имеет профиль круга 5 многоугольного наружного сечения корпуса 1. Передняя часть 6 продольной режущей кромки 7 сектора матрицы 4 выполнена суживающейся относительно граней и кругового сечения корпуса, а поперечные 8 - перпендикулярны граням многоугольного сечения. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21 В 10/46

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ (21) 4947153/03 (22) 20.06.91 (46) 23.01.93. Бюл. ¹ 3 (75) Б.Б.Аспандияров, М,T,ÀóáàêèðoB и

К.Б.Аспандияров (73) Малое государственное предприятие

"Арсен" (56) Солтыш В.М. и др, Руководство по алмазному бурению геолого-разведочных скважин. — M.: Госгеолтехиздат, 1963 r., с.16 — 20.

Авторское свидетельство СССР № 1346753, кл. Е 21 В 10/46, 1985.,»5U, „1790658 А3 (54) АЛМАЗНАЯ БУРОВАЯ КОРОНКА (57) Использование: бурение геологоразведочных скважин. Сущность изобретения: коронка включает корпус 1, наружная боковая поверхность 2 которого выполнена в виде многогранника в сечении, внутренняя 3 имеет профиль круга 5 многоугольного наружного сечения корпуса 1. Передняя часть

6 продольной режущей кромки 7 сектора матрицы 4 выполнена суживающейся относительно граней и кругового сечения корпуса, а поперечные 8 — перпендикулярны граням многоугольного сечения, 1 з.п. ф-лы, 3 ил. 4

О

О 0 !

1790658

Изобретение относится к разрушению горных пород, а именно к бурению разведочных скважин, Известны буровые коронки, включающие корпус и армированную породоразрушающими элементами сектора матрицы, жестко закрепленные с корпусом, Недостатком этой буровой коронки является то, что при бурели сектора матрицы испытывают нагрузку, направленную по касательной к периметру сектора матрицы и в целом к периметру корпуса. При этом для сектора матрицы на боковой поверхности корпуса нет практически опорных поверхностей, которые бы передавали бы нагрузку к секторам матрицы при бурении на корпус коронки, В результате этого сектор матрицы, кроме того, что он разрушает породу, должен испытывать и воспринимать фактически всю нагрузку, которая вызывает перенапряжение сектора, вызывающее его преждевременное разрушение, Выход сектора матрицы из строя во многом связан с тем, что его жесткость закрепления с корпусом во многом покоится на приварочном слое, тогда как для более монолитного их закрепления между собой было бы целесообразным наличие опоры у сектора матрицы на боковой поверхности корпуса, которое позволило бы касательные силы разлагать на пару сил, одна из которых хорошо восп ринималась бы корпусом буровой коронки, Таким образом, отсутствие опоры сектора матрицы о корпус и является причиной появления колебаний, проявляющихся при бурении из-за отсутствия монолитности в восприятии нагрузки сектором матрицы и корпусом буровой коронки, Это и является причиной преждевременного старения и выхода из строя буровой коронки как узла коронки, который должен активно бурить породу.

Известен алмазный импрегнированный инструмент, состоящий из корпуса и разделенный промывочными пазами-каналами на отдельные сектора матрицы, содержащей алмазы, твердосплавный каркас и износостойкий материал, причем сектора матрицы с торца приварены к корпусу коронки.

Недостатком этого алмазного импрегнированного инструмента является то, что фактически такие сектора матрицы испытывают нагрузки при бурении сами полностью из-за отсутствия у них упора о корпус, Эта нагрузка не передается на корпус, так как она создается касательными усилиями, которые и генерирует в секторе матрицы колебания аналогично тому, как они возникают в камертоне. Это и является основной при5

55 чиной преждевременного выхода из строя буровой коронки, затупления инструмента, неэффективного резания. Другими словами, нагрузку, которую в целом должна воспринимать вся коронка, в действительности, воспринимает лишь сектора матрицы. При этом корпус буровой коронки работает сам по себе, Все это вызвано тем, что сектор матрицы не имеет опоры на боковой поверхности корпуса. Жесткость же крепления сектора матрицы на корпусе базируется на припайке сектора матрицы к корпусу. Этот режим нагружения сектора матрицы несвойственной для нее функциональной задачей и приводит к выходу, инструмента, не отработавшего своего ресурса, из строя. С точки зрения повышения надежности и долговечности инструмента необходимо, чтобы сектора матрицы совместно с корпусом работали монолитно как единое целое, так как только в этом случае можно разложить на составляющие, одна из которых будет восприниматься корпусом буровой коронки, Это устройство принято в качестве прототипа, Целью изобретения является повышение эффективности бурения, Поставленная цель достигается тем, что алмазная буровая коронка, включающая в себя корпус, внутренняя боковая поверхность которого в сечении имеет профиль круга, а с рабочего торца корпуса расположены сектора матрицы, внешняя боковая поверхность корпуса в сечении имеет профиль многоугольника, в углах при вершинах которого размещены сектора матрицы, при этом передняя носовая часть продольной кромки сектора матрицы выполнена суживающейся относительно граней и круглого сечения внутренней боковой поверхности корпуса.

Новыми признаками заявляемого изобретения в сравнении с буровой коронкой прототипа и другими известными решениями являются выполнение в сечении внешней боковой поверхности корпуса в виде профиля многоугольника, что позволяет каждому сектору матрицы создавать упор о площадку на боковой поверхности корпуса, что позволяет при бурении, часть усилия, проявляющегося при бурении, передавать корпусу буровой коронки, тем самым обеспечивая монолитность восприятия нагрузки сектором матрицы и корпусом; выполнение передней носовой части продольного сектора матрицы суживающейся относительно граней и круглого сечения внутренней боковой поверхности корпуса, что позволяет по сравнению с прототипом уменьшить расход дефицитного материала сектора матрицы, с одной стороны, а с другой обеспечить эф1790658 фективность бурения за счет плавного вхождения сектора матрицы в тело разрушаемой горной породы. Одновременно происходит увеличение живого сечения промывочного канала, что приводит к усилению выноса разрушенной горной породы из зоны бурения из-за снижения гидравлического сопротивления промывочного канала, Кроме того, закрепление сектора матрицы в вершине многоугольника корпуса по всему периметру его внешней боковой поверхности, с одной стороны, повышает жесткость закрепления каждого сектора матрицы к корпусу алмазной буровой коронки, а с другой — иэ-за наличия опорной поверхности на боковой поверхности корпуса приводит к разложению касательной нагрузки, возникающей при бурении, действующей на сектора матрицы на две составляющие, одна из которых воспринимается корпусом буровой коронки. При этом происходит разгрузка каждого сектора матрицы, Это и приводит в конечном итоге к повышению надежности, долговечности и ресурса работы буровой коронки, Это попутно снижает расход металла на изготовление корпуса буровой коронки. композитного материала матрицы, снижает вибоацию, энергозатраты, повышает эффективность бурения в трещиноватых породах.

На фиг.1 представлен общий вид в аксонометрии; на фиг.2 — аксонометрический вид рабочего торца корпуса; на фиг.3 — вид алмазной буровой коронки сверху, Заявляемая алмазная буровая коронка включает в себя корпус 1, наружная боевая поверхность 2 которого в сечении выполнена в виде многогранника, а внутренняя 3 имеет в сечении профиль круга, Алмазная буровая корон ка содержит с рабочего торца корпуса 1 сектора матрицы 4 в углах 5 наружного многоугольного сечения корпуса 1.

При этом передняя часть 6 продольной режущей кромки 7 сектора матрицы 4 выполнена суживающейся относительно граней и круглого сечения внутренней боковой 3 поверхности корпуса 1, а задние поперечные

8 перпендикулярны граням многоугольного сечения корпуса 1. Такое конструктивное исполнение алмазной буровой коронки позволяетуменьшить расход материала на изготовление корпуса 1, секторов матрицы 4, создает опорную поверхность на внешней боковой стороне каждого сектора матрицы

4, что позволяет часть нагрузки при бурении, испытываемой каждым сектором матрицы 4, перераспределять на корпус 1 алмазной буровой коронки, создавая тем самым условия для равномерного восприятия нагрузки при бурении корпусом 1 и сектором матрицы 4.

Алмазная буровая коронка работает следующим образом. При воздействии алмазной буровой коронки на забой первоначально с разрушаемой горной породой взаимодействует носовая суженная передняя часть сектора матрицы 4. Суженность позволяет сектору матрицы 4 с оптимальн ыми нагрузками внедряться в тело горной

10 породы тонким кольцом забуривания, которое далее ввиду плавности сужения носовой части сектора матрицы 4 постепенно расширяется до требуемой толщины кольца забуривания, создаваемой задней поперечной

15 гранью 8 сектора матрицы 4. При этом из-за того, что наружная боковая поверхность в сечении имеет профиль многогранника, а в углах при его вершинах расположены сектора матрицы 4, повышается жесткость их закрепления к корпусу 1, создаются опорные поверхности для восприятия нагрузки при бурении, в целом носящей касательный характер. Именно наличие опорной поверхности на корпусе 1 для каждого сектора матрицы 4 создает условия для разложения нагрузки при бурении на две составляющие, одна из которых воспринимается корпусом

1 буровой коронки. Последнее способствует более равномерному восприятию нагрузки всеми деталями буровой коронки, приближая коронку в целом к более монолитной системе, а также приводит к уменьшению абсолютного значения касательных усилий, воспринимаемых секторами матрицы 4 при бурении, Последнее повышает вибрационную стойкость буровой коронки, надежность и долговечность ее работы за счет снижения нагрузки на металлическую связку сектора матрицы 4 к корпусу 1 буровой

40 коронки. Все эти преимущества связаны с расположением секторов матрицы 4 по периметру рабочего торца корпуса в углах 5 при вершинах многоугольного профиля внешней боковой поверхности корпуса 1, 45

Технико-экономические преимущества заявляемой алмазной буровой коронки по сравнению с прототипом и другими известными решениями состоят в следующем.

Снижается материалоемкость при изготовлении корпуса 1 и секторов матрицы 4, что уменьшает весовые характеристики буровой коронки за счет выполнения сечения корпуса 1 в виде профиля многогранника, а также выполнения передней носовой части

6 сектора матрицы 4 суживающейся.

Повышается жесткость и вибростойкость закрепления секторов матрицы 4 к корпусу 1 за счет того, что угловое расположение их в углах 5 при вершинах многоугольника само по себе создает жесткость

1790658 так как сектор матрицы 4 выполняет роль связки в ферме, роль которой выполняет корпус 1 буровой коронки. С точки зрения жесткости многогранник корпуса 1 и сектор матрицы 4 в угле 5 при его вершине дополняют друг друга, усиливая жесткость буровой коронки в целом. Кроме того, ломанность профиля боковой наружной поверхности корпуса

1 дает каждому сектору матрицы 4 точку опоры о корпус, что приводит к разложению касательной нагрузки при бурении на две составляющие, одна из которых воспринимается корпусом 1 буровой коронки, Это значит, что опорные поверхности хорошо подготовлены к восприятию касательных нагрузок при бурении.

Снижается нагрузка на сектор каждой матрицы 4 из-за разложения нагрузки на две составляющие, что разгружает его и на

Формула изобретения

1. Алмазная буровая коронка, включающая корпус, внутренняя боковая поверхность которого в сечении имеет профиль круга, а с рабочего торца корпуса расположены сектора матрицы, отличающаяся тем, что. с целью повышения эффективности бурения, внешняя боковая поверхность корпуса в сечении имеет профиль многоэтом основании повышает надежность и долговечность, увеличивается ресурс работы алмазной буровой коронки.

Повышается механическая скорость и

5 производительность бурения за счет того, что буровая коронка обладает повышенной жесткостью и виброустойчивостью, более равномерном распределении нагрузки между всеми частями буровой коронки, плав10 ным забуриванием горной породы с постепенным наращиванием нагрузки, приводящим к щадящему с точки зрения надежности и нагрузок режиму бурения, Готовность алмазной буровой коронки к

15 использованию в народном хозяйстве высока, так как все операции по изготовлению осуществляются по стандартной технологии, широко используемой на заводах изготовителях алмазных инструментов, 20

25 угольника, в углах при вершинах которого размещены сектора матрицы, при этом передняя носовая часть продольной кромки сектора матрицы выполнена сужающейся относительно граней и круглого сечения

30 внутренней боковой поверхности корпуса.

2, Алмазная буровая коронка по п.1, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что в углах при вершинах многоугольника сектора матрицы размещены периодически через один угол.

1790658 и

40

50

Составитель Б.Аспэндияров

Техред М.Моргентал Корректор С.Шекмар

Редактор О.Стенина

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 369 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5