Породоразрушающий инструмент (варианты)

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту с твердосплавным вооружением с хвостовиками и рабочей головкой. Обеспечивает рост проходки и скорости бурения при одновременном снижении стоимости буровых работ за счет уменьшения стоимости его изготовления. Инструмент включает корпус и закрепленные в отверстиях корпуса посредством фиксаторов твердосплавные зубки с хвостовиком и рабочей головкой. Каждый фиксатор выполнен в виде одного или нескольких стержней, которые установлены с возможностью взаимодействия с основанием хвостовика. Боковая поверхность хвостовика каждого зубка выполнена с продольными канавками под стержни, поперечный размер которых больше глубины канавок. По второму варианту хвостовик выполнен ступенчатым, каждый фиксатор выполнен в виде нескольких стержней, концы которых с одной стороны соединены между собой посредством кольца, которое опирается на переходную зону между ступенями хвостовика. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение относится к области буровой техники, а именно к породоразрушающему инструменту, армированному вставными твердосплавными зубками и имеющими преимущественно корпус из легкоразбуриваемого материала.

Известен породоразрушающий инструмент, содержащий корпус, рабочая поверхность которого армирована твердосплавными зубками, закрепленными в отверстиях корпуса посредством промежуточных втулок (см. авт. св. СССР №926220, кл. E 21 B 10/16, 1977 г.).

Недостатком этого инструмента является малая надежность крепления твердосплавных зубков в корпусе и возможность проворота их в отверстиях корпуса, что нарушит заданную схему поражения забоя. Это имеет особое значение при использовании зубков с вершиной, отличной от сферической, например клиновидной, тороидальной и т.д.

Известен также породоразрушающий инструмент, содержащий корпус, рабочая поверхность которого армирована твердосплавными зубками, закрепленными в отверстиях корпуса посредством гофр, выполненных на наружной поверхности зубков (см. п.США N 36034414, кл. 175-374, 1971 г.).

Выполнение зубков с гофрами обеспечивает надежное крепление их в отверстиях корпуса и предотвращает их проворот, сохраняя заданную схему поражения забоя.

Недостатком данного инструмента является высокая стоимость, связанная со сложностью изготовления твердосплавных зубков с гофрами, которые должны воспринимать значительные нагрузки при очень незначительных размерах.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является породоразрушающий инструмент, включающий корпус и закрепленные в отверстиях корпуса посредством фиксаторов твердосплавные зубки с рабочей головкой и хвостовиком (см. авт. св. СССР N 1562420, кл. Е 21 В 10/16, 1988 г.).

К недостаткам данного инструмента относятся необходимость обязательного использования промежуточных втулок, что усложняет конструкцию, повышает стоимость бурового инструмента и, как следствие, ведет к снижению эффективности его использования.

В связи с изложенным технической задачей изобретения является упрощение конструкции инструмента, расширение области его применения и повышение эффективности его работы.

Поставленная задача по первому варианту решается тем, что в породоразрушающем инструменте, включающем корпус и закрепленные в отверстиях корпуса посредством фиксаторов твердосплавные зубки с рабочей головкой и хвостовиком, согласно изобретению каждый фиксатор выполнен в виде одного или нескольких стержней, которые установлены с возможностью взаимодействия с основанием хвостовика, при этом боковая поверхность хвостовика каждого зубка выполнена с продольными канавками под стержни, поперечный размер которых больше глубины канавок.

По другому варианту задача решается тем, что в породоразрушающем инструменте, включающем корпус и закрепленные в отверстиях корпуса посредством фиксаторов твердосплавные зубки с хвостовиком и рабочей головкой, согласно изобретению хвостовик выполнен ступенчатым, каждый фиксатор выполнен в виде нескольких стержней, концы которых с одной стороны соединены между собой посредством кольца, которое опирается на переходную зону между ступенями хвостовика, при этом боковая поверхность хвостовика каждого зубка выполнена с продольными канавками под стержни, поперечный размер которых больше глубины канавок.

Решению поставленной задачи способствует также и то, что:

- канавки на хвостовике зубков выполнены с переменной глубиной, увеличивающейся в сторону основания хвостовика;

- стержни в поперечном сечении выполнены с острой кромкой, обращенной в сторону корпуса инструмента;

- корпус инструмента выполнен из легкоразбуриваемого материала, например, чугуна, алюминия и т.д.

На фиг.1 изображен общий вид вставки в рабочем положении; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1 (различные варианты); на фиг.3 - узел I на фиг.2 в увеличенном масштабе, на фиг.4а,б,в - различные варианты выполнения фиксатора; на фиг.5 - вариант крепления зубка со ступенчатым хвостовиком; на фиг.6 - фиксаторы, применяемые при ступенчатой форме хвостовика; на фиг.7 - зубок с канавкой переменного сечения.

Породоразрушающий инструмент включает корпус 1, в отверстиях 2 которого крепятся зубки 3 с рабочей головкой 4 и хвостовиком 5 конической или цилиндрической формы. Зубки 3 крепятся в отверстиях 2 посредством фиксатора 6, который выполнен в виде одного (см. фиг.4а) или нескольких стержней (см. фиг.4б и 4в), равномерно расположенных на наружной поверхности хвостовика 5 в канавках 7, дно которых может располагаться как параллельно, так и под углом - α к продольной оси зубка. При выполнении хвостовика 5 ступенчатой формы (см. фиг.5) концы стержней 6 со стороны, противоположной рабочей головке 4, соединены между собой посредством кольца 8, которое опирается в переходную зону 9 между ступенями хвостовика 5 и предотвращает стержни 6 от осевого перемещения.

Соединение стержней 6 посредством кольца 8 может быть использовано и для зубков 3 с цилиндрическим и коническим хвостовиками. При выполнении хвостовика 5 в виде цилиндра одного диаметра фиксатор может выполняться из одного стержня в форме скобы (см. фиг.4а), из двух скобообразных стержней, расположенных перпендикулярно один другому (фиг.4б), из трех стержней Г-образной формы (фиг.4в), горизонтально расположенные концы которых - 10 жестко соединены между собой. При использовании скобообразных фиксаторов 6 на основании хвостовика 5 выполняются канавки 7а и 7б под их горизонтально расположенные элементы 10, которые соединяются с боковыми канавками 7. Расположение канавок 7а и 7б в два яруса позволяет исключить вероятность перерезания одного стержня другим в процессе запрессовки зубков 3 в отверстия 2 корпуса 1. Стержни 6 целесообразно выполнять с наружной стороны с острой кромкой 11 (см. фиг.3), обеспечивающей эффективное внедрение фиксаторов 6 в стенки отверстий 2 корпуса 1. Для изготовления фиксаторов используется высокопрочный материал, например вольфрамовая проволока.

При изготовлении данного породоразрушающего инструмента запрессовка твердосплавных зубков 3 осуществляется совместно с фиксаторами 6, которые предварительно надеваются на хвостовик 5 и крепятся на зубке 3 любым известным способом, например клеем. В процессе работы крутящий момент, передаваемый от корпуса 1 на твердосплавный зубок 3, воспринимается фиксатором 6, который предотвращает проворот зубка относительно корпуса 1 и тем самым сохраняет заданную схему поражения забоя. В первую очередь это относится к зубкам 3 с клиновидной и асимметричной рабочей головкой 4, которые крепятся в строго определенном положении для обеспечения полного поражения забоя. Применение фиксаторов 6 позволяет, кроме того, повысить и надежность удержания зубков от выпадения. Наиболее перспективной областью применения предложенного технического решения является использование в долотах, корпус которых изготавливается из легкоразбуриваемого материала, например чугуна, алюминия и т.д. (см. авт. св. СССР 1461856, кл. Е 21 В 10/42. 1982 г.).

Таким образом, применение предложенного породоразрушающего инструмента обеспечит рост проходки и скорости бурения благодаря высокой надежности его работы при одновременном снижении стоимости буровых работ за счет уменьшения стоимости его изготовления.

1. Породоразрушающий инструмент, включающий корпус и закрепленные в отверстиях корпуса посредством фиксаторов твердосплавные зубки с хвостовиком и рабочей головкой, отличающийся тем, что каждый фиксатор выполнен в виде одного или нескольких стержней, которые установлены с возможностью взаимодействия с основанием хвостовика, при этом боковая поверхность хвостовика каждого зубка выполнена с продольными канавками под стержни, поперечный размер которых больше глубины канавок.

2. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что канавки на хвостовике зубков выполнены с переменной глубиной, увеличивающейся в сторону основания хвостовика.

3. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что стержни в поперечном сечении выполнены с острой кромкой, обращенной в сторону корпуса инструмента.

4. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен из легкоразбуриваемого материала.

5. Породоразрушающий инструмент, включающий корпус и закрепленные в отверстиях корпуса посредством фиксаторов твердосплавные зубки с хвостовиком и рабочей головкой, отличающийся тем, что хвостовик выполнен ступенчатым, каждый фиксатор выполнен в виде нескольких стержней, концы которых с одной стороны соединены между собой посредством кольца, которое опирается на переходную зону между ступенями хвостовика, при этом боковая поверхность хвостовика каждого зубка выполнена с продольными канавками под стержни, поперечный размер которых больше глубины канавок.

6. Инструмент по п.5, отличающийся тем, что канавки на хвостовике зубков выполнены с переменной глубиной, увеличивающейся в сторону основания хвостовика.

7. Инструмент по п.5, отличающийся тем, что стержни в поперечном сечении выполнены с острой кромкой, обращенной в сторону корпуса инструмента.

8. Инструмент по п.5, отличающийся тем, что корпус выполнен из легкоразбуриваемого материала.