Алмазная буровая коронка

 

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 импрегированного 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 противоположная - 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 расшиоения. Наклон составляет 30°. Режущая грань параллелепипеда содержит поверхность периодически-переменного профиля 8 в частноети синусоидального типа, с углом раскрытия при вершине равным 60°. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК Ы „, 1804539 А3 (st)s Е 21 В 10/48

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4926200/03 (22) 08.04,91 (46) 23.03.93, Бюл. ¹ 11 (71) Малое государственное предприятие

"Арсен" (72) М,Т,Аубакиров, А.M,Äoñòèÿðîâ и Б.Б.Асимпрегировайный 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 HBKëîííàÿ боковая грань пандияров (73) Малое государственное предприятие параллелепипеда соприкасается плотно-со смежйо расположенной с ней боковой гранью вкладыша 4, Между задней наклонной гранью параллелепипеда противопо"Арсен" (56) Патент- США № 3537538 кл, 175-33 1970.:

Авторское свидетельство СССР

¹ 1375785. кл. Е 21 В 10/48, 1983, ложная - передняя является наклонной

: стенкой промывочного паза 6, имеется щель

7, в которой скользит задняя наклонная грань параллелепипеда и смежная относи(54) АЛМАЗНАЯ БУРОВАЯ КОРОНКА тельно нее боковая грань вкладыша 4 из-за ронка содержит корпус 1 и матрицу,: параллелепипеда содержит поверхность состоящую из секторов 2, каждый из кото- периодически-переменного профиля 8 в чарых выполнен из алюмазоносного импреги- " стности синусоидального тийэ, с углом расрован ного слоя 3 и вкладыша 4, крытия при вершине равным 600. 2 соединенных посредством приварочного з.п.ф-лы, 3 ил. слоя 5 с..корпусом 1 коронки. Алмазоносный

Изобретение относится к бурению раз- ",:"выполненного в виде параллелепипеда и ведочных скважин, а именно к алмазным вкладыша4излегкоразрушаемогоабразивбуровым коронкам., ного материала в виде треугольной призмы, Целью изобретения является повыше- соединейнь х посредством привзрочноГо ние эффективности работы за счет повыше- слоя 5 с корпусом алмазйой буровой коронния износостойкости алмазоносного ки. Одна грань параллелепипеда 3соединеимпрегнированного слоя режущей гра1.и,. на . с приварочным слоем 5, а параллелепипеда. противоположная ей грань параллелепипеда

На фиг.1 изображен общий вид алмаз-,3 является режущей, Передняя и задняя граной буровой коронки; на фиг.2 — вид со сто-, ни параллелепипеда 3 являются наклонными. роны рабочего торца; на фиг.3 — продольное Задняя грань параллелепипеда 3 соприкэсечение сектора буровой коронки.. сается и опирается на наклонную боковую

Коронка содержит корпус 1 и матрицу, грань вкладыша 4. Отсутствие жесткого сосостоящую из секторов 2, выполненных из . единения последних между собой создает алмазоносного импрегнированного слоя 3, степень свободы задней грани пэрэллеле(57) Использование: бурение геологоразве-: разныхкоэффициентовлинейногорасшйредочныхскважин, Сущностьизобретения: ко-: ния. Наклон составляет 30 . Режущая грань

1804539 пипеда относительно боковой грани вкладыша 4, что создает условия для нее скольжение при термическом расширении, появляющемся при выделении энергии в процессе бурения, Между секторами матрицы 2 расположен промывочный паз 6, который образован наклоннол 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 бурении.

Режущая грань алмазоносного наклонногопараллелепипеда Звыполнена в виде профиля переменного типа, в частности, синусоиды 8 с углом раскрытия при вершине равным 60О, Щель 7 на чертеже фиг,1. ввиду ее незначительности, представлена B виде . лидии, Вкладыш 4 имеет форму прямоугольной призмы, основание которой жестко соединено приварочным слоем 5 и выполнен . из легкоразрушаемого абразивного материала. Так как рабочую поверхность образует параллелепипед З..его нагрев будет выше чем у вкладыша 4 и поэтому для параллелепипеда 3 будет выше термическое расширение, а значит вершина вкладыша 4 будет в

"тени параллелепипеда будет отставать в расширении и поэтому она находится в режиме .длительной работы без разрушения, Это повышает в целом ресурс алмазной буровой 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, матрица, состоящая из секторов

2 начинает разрушать гтробуриваемую 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 трапецевидный промывочный паз 6 происходит вынос разрушенной буровой мелочи. Промывочная жидкость поддействием капиллярных сил. втягивающих в щель 7 и таким путем активизирующих и интенсифицирующих процесс охлаждения, вплоть до осуществлении процесса испарения этой -.ðåäû в щели 7 . При осущес1влении последнего происходит термостатирование этой зоны при одновременном повышении интенсивности охлаждения этой активной части алмазной буровой коронки. 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

"5 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 ре20 жим s одной плоскости резания заменяется на режим резания в слое определенной толщины со своей стратегией и порядком поэтапного разрушения е ка>кдом уровне слоя, периодйчески меняющегося во времени, Все это позволяет без снижения надежности и долговечности алмазной буровой коронки повысить скорость и производительность коронки.

Технико-экономические преимущества

30 заявляемой алмазной буровой коронки в сравнении с прототипом и аналогами состоят: в повышении скорости резания при одновременном повышении надежности и

35 долговечности, за счет выполнения режущего профиля 8 секторов в виде синусоидальН О Г О П Р О ф И Л Я, 0 С У В ) P. С Т В Л Я Ю Щ P. Г 0 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 ЗОО, Последнее повышает плотность упаковки кристаллической структуры

45 матрицы каждого сектора 2. а следовательно ее жесткость; в исключении эффекта полирования алмазоносного слоя 3. а также режима переизмельчения породы, связанного с ним, 50 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 ре55 жущей грани каждого сектора 2, э также повышению эффективности самоочищения от буровой мелочи благодаря u,"åëè 7, с помощью которой осуществляется режим испарительн0го истечения паровой фазы промывочной среды, генерируемой от теп1804539 ловой 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 рас= ширения 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 60О, первое повышает эффект его скольжение в процессе бурения, а второе— повышенную прочность равносторонней структуры. профиля 8 синусоиды. Все это повышает скорость бурения и повышаетзффективность 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 пре5 дохраняет его от преждевременного износа и связанного с ним выхода его из строя.

Формула изобретения

10 1, Алмазная буровая коронка, содержащая корпус, на рабочем. торце которого выполнены промывочные пазы и секторы, включающие алмазоносный слой в виде па.раллелепипеда с наклонными передней и

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

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

25 в продольном сечении сектора выполнена периодически переменного профиля, например, в виде синусоиды, а задняя наклонная грань параллелепипеда плотно прилегает к смежно расположенной боко30 вой грани вкладыша и содержит щель.

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

3, Коронка по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ а я35 с я тем, что задняя наклонная грань параллелепипеда и смежная с ней боковая грань вкладыша имеют угол наклона относительно приварочного слоя, равный 30 .

1804539

Составитель Б.Аспандияров

Техред М.Моргентал Корректор Л.Ливринц

Редактор

Заказ 1074 Тира>к Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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