Алмазный буровой инструмент

Авторы патента:

Панин Николай Митрофанович (RU)

Лельевр Анатолий Владимирович (RU)

Слуцкий Аркадий Ильич (RU)

Татарчук Юрий Серафимович (RU)

Сорокин Владимир Федорович (RU)

E21B10/46 - отличающиеся износостойкими частями, например алмазными вставками

Владельцы патента RU 2513795:

Панин Николай Митрофанович (RU)

Изобретение относится к области породоразрушающего инструмента, а именно к буровым коронкам и долотам с алмазным вооружением для бурения скважин с отбором керна и сплошным забоем. Обеспечивает увеличение эффективности работы бурового инструмента, очистку забоя от разрушенных частиц алмазов нижнего слоя. Алмазный буровой инструмент включает корпус с матрицей, разделенной промывочными пазами на секторы, армированные несколькими рядами рабочих слоев, содержащих трафаретки и размещенные в их лунках алмазы. Между рабочими слоями закреплены термоплавкие вставки, а рабочие слои оснащены сетками, в ячейках которых установлены алмазы, причем сетки соединены с пружиной растяжения, закрепленной в пазу корпуса. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Известна буровая коронка, включающая корпус, алмазосодержащую матрицу, соединенную с корпусом приварочным слоем и разделенную промывочными пазами на отдельные секторы (см. справочник «Породоразрушающий инструмент для геологоразведочных скважин», М., Недра, 1979 г., с.70-71, рис.11.20а).

Недостатком этой коронки является малая эффективность, связанная с низкой проходкой из-за недостаточной вооруженности матрицы.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является алмазный буровой инструмент, включающий корпус с матрицей, разделенной промывочными пазами на секторы, армированные несколькими рядами рабочих слоев, содержащих трафаретки и размещенные в их лунках алмазы (см. авт. св. СССР №310027, кл. E21B 10/48, 1971 г.).

К недостаткам данного бурового инструмента следует отнести малую стойкость, что связано с попаданием частиц отработанных нижележащих рабочих слоев матрицы под ее торец. Эти разрушенные зерна способствуют также сколу алмазов выше расположенного и введенного в работу рабочего слоя и тем самым снижают как проходку, так и механическую скорость бурения породоразрушающего инструмента.

В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы бурового инструмента путем лучшей очистки забоя от шлама.

Указанный технический результат достигается тем, что в алмазном буровом инструменте, включающем корпус с матрицей, разделенной промывочными пазами на секторы, армированные несколькими рядами рабочих слоев, содержащих трафаретки и размещенные в их лунках алмазы, согласно изобретению между рабочими слоями матрицы закреплены термоплавкие вставки, а рабочие слои оснащены сетками, в ячейках которых установлены алмазы, причем сетки соединены с пружиной растяжения, закрепленной в пазу корпуса.

Достижению поставленного технического результата способствует также и то, что высота каждого промывочного паза не менее суммарной длины пружины в свободном состоянии и длины сетки, а размеры ячеек сетки менее габаритных размеров алмазов.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен фрагмент алмазного бурового инструмента в продольном разрезе; на фиг.2 - вид породоразрушающего инструмента со стороны рабочего торца (фрагмент буровой коронки); на фиг.3 - развертка фиг.2 по стрелке A; на фиг.4 - схема размещения алмазов в ячейках сетки (в увеличенном масштабе).

Предложенный буровой инструмент содержит корпус 1 с присоединительной резьбой (не показано) и матрицу 2, разделенную промывочными пазами 3 на секторы 4, армированные несколькими рядами рабочих слоев, содержащих трафаретки 5 и размещенные в их лунках 6 алмазы 7. Между рабочими слоями матрицы 2 закреплены термоплавкие вставки 8, а рабочие слои оснащены сетками 9, в ячейках которых установлены алмазы 7, причем сетки 9 соединены с пружинами растяжения 10, закрепленными в пазах 3 корпуса 1. Сетки 9 служат арматурой для трафареток 5, которые изготавливаются из более мягкого материала по сравнению с материалом матрицы 2, причем размеры ячеек сетки 9 меньше габаритных размеров алмазов 7. Пружины растяжения 10 устанавливаются в растянутом (рабочем) положении и крепятся к корпусу 1 в промывочных пазах 3. Высота каждого промывочного паза 3 не менее суммарной длины пружины растяжения 10 в свободном состоянии и длины сетки 9.

Принцип работы предложенного алмазного инструмента заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента режущие элементы матрицы 2 внедряются в породу и разрушают ее. Разрушенная порода через пазы 3 на наружной поверхности матрицы 2 удаляется на дневную поверхность. В процессе работы после отработки первого слоя алмазов 3 происходит быстрый износ трафаретки 5, выполненной из мягкого материала. Этот момент характеризуется резким падением механической скорости бурения и служит сигналом для включения в работу второго слоя алмазов 7. Для этого уменьшают промывку и увеличивают осевую нагрузку, в результате чего происходит нагрев матрицы 2 и расплавление вставок 8. Одновременно освобождаются и пружины растяжения 10, под усилием которых трафаретки 5 с сеткой 9 и остатками алмазов 7 втягиваются в промывочные пазы 3 коронки и не препятствуют дальнейшей работе верхнего слоя алмазов 7. Это обеспечивается выбором высоты промывочных пазов 3 для размещения отработанного нижнего рабочего слоя. Затем проводят усиленную очистку забоя от шлама и разрушенных элементов рабочего слоя путем увеличения объема промывки, после чего и процесс бурения продолжается.

Таким образом, предложенная конструкция бурового инструмента позволяет повысить эффективность его работы путем обеспечения очистки забоя от шлама после отработки первого слоя алмазов и исключения аномального износа матрицы разрушенными частицами алмазов первого слоя.

1. Алмазный буровой инструмент, включающий корпус с матрицей, разделенной промывочными пазами на секторы, армированные несколькими рядами рабочих слоев, содержащих трафаретки и размещенные в их лунках алмазы, отличающийся тем, что между рабочими слоями закреплены термоплавкие вставки, а рабочие слои оснащены сетками, в ячейках которых установлены алмазы, причем сетки соединены с пружиной растяжения, закрепленной в пазу корпуса.

2. Алмазный буровой инструмент по п.1, отличающийся тем, что высота каждого промывочного паза не менее суммарной длины пружины в свободном состоянии и длины сетки, а размеры ячеек сетки менее габаритных размеров алмазов.

Группа изобретений относится к буровым инструментам с пассивными и активными элементами и к способам формирования такого инструмента. Обеспечивает замедление износа калибрующих и пассивных областей.

Алмазный буровой инструмент // 2506402

Буровой инструмент // 2494217

Изобретение относится к буровому инструменту с твердосплавным или синтетическим алмазным вооружением. Обеспечивает повышение эффективности работы бурового инструмента, надежную фиксацию зубков.

Породоразрушающий инструмент (варианты) // 2481459

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, в котором используются твердосплавные вставки, закрепляемые в корпусе инструмента методом запрессовки. .

Буровая коронка // 2478767

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым коронкам, и может быть использовано при бурении геологоразведочных скважин. .

Коронка для ударно-вращательного бурения // 2473772

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к коронкам для ударно-вращательного бурения, преимущественно по монолитным твердым породам. .

Породоразрушающая вставка (варианты) // 2462582

Изобретение относится к буровым долотам, а именно к породоразрушающим вставкам для буровых долот, предназначенных для разрушения перемежающихся по твердости пород.

Породоразрушающий зубок // 2462581

Изобретение относится к буровым долотам, а именно к породоразрушающим зубкам буровых долот, предназначенным для разрушения перемежающихся по твердости пород. .

Буровая коронка // 2459064

Изобретение относится к коронкам для ударно-вращательного бурения, преимущественно по абразивным породам. .

Буровые долота на основе композита "матрица-частицы" с твердосплавным упрочнением и способы изготовления и ремонта таких долот с использованием твердосплавных материалов // 2457281

Изобретение относится к буровым долотам для бурения подземных пород. .

Способ формирования бурильного инструмента с использованием геометрической компенсации и сформированный посредством него инструмент // 2520313

Группа изобретений относится к области бурового инструмента и способам его изготовления. Технический результат обеспечивается геометрической компенсацией, используемой для улучшения точности, с которой элементы могут размещаться на буровых долотах, формируемых с использованием прессования частиц и спекания. При осуществлении способа формирования корпуса долота для роторного бурения прогнозируют ошибку расположения, которую будет иметь по меньшей мере один элемент из группы элементов на не полностью спеченном корпусе долота, при спекании не полностью спеченного корпуса долота до заданной конечной плотности, формируют по меньшей мере один элемент из группы элементов на не полностью спеченном корпусе долота в месте расположения, по меньшей мере частично определенном по прогнозируемой ошибке расположения, которую будет иметь по меньшей мере один из группы элементов, и спекают не полностью спеченный корпус долота до требуемой конечной плотности. Корпус долота для роторного бурения, не полностью спеченный, имеет профиль режущей поверхности с формой, отличающейся от заданной формы проектного профиля режущей поверхности полностью спеченного корпуса долота, формируемого из не полностью спеченного корпуса долота. 2 н.з. и 18 з.п. ф-лы, 14 ил.

Суперабразивные резцы с пазами на режущей поверхности и снабженные ими буровые долота и инструмент // 2532026

Группа изобретений относится к конструкциям для использования в бурении подземных пород, включающим по меньшей мере один режущий элемент, в частности, к буровым долотам и инструменту с режущими элементами. Техническим результатом является повышение стабильности и срока службы бурового долота. Режущий элемент содержит объем суперабразивного материала, включающий: режущую поверхность, проходящую в двух измерениях и поперек продольной оси режущего элемента, причем часть режущей поверхности может быть не перпендикулярна продольной оси режущего элемента; заднюю границу, расположенную сзади режущей поверхности; и по меньшей мере один паз в режущей поверхности, начинающийся вблизи ее боковой границы и проходящий через по меньшей мере часть режущей поверхности. Паз может иметь переменную глубину, проходить через или по диаметру (диаметрам) режущей поверхности. К пазу могут прилегать ребра. 8 н. и 2 з.п. ф-лы, 22 ил.

Способ изготовления алмазной буровой коронки // 2534164

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению алмазной буровой коронки методом пропитки. Разовую графитовую пресс-форму изготавливают со сквозными отверстиями, формы и размеры которых соответствуют нижней проекции сечения секторов матрицы коронки, при укладке алмазов, загрузке, формовании и прессовании шихты матрицы под графитовую пресс-форму помещают основание, верхняя поверхность которого повторяет профиль поверхности нижней части секторов матрицы, при спекании в вакуумной печи основание удаляют, при этом под каждым сектором матрицы коронки располагают таблетки из пропитываемого металла или сплава так, чтобы пропитка происходила снизу вверх. Обеспечивается саморегулируемая и равномерная дозировка пропитываемого металла или сплава во всех секторах матрицы, равномерная плотность матрицы, повышение выхода годного, а также исключается образование наплыва металла на корпус инструмента. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Резец, скважинный инструмент и способ формирования паза резца // 2537432

Группа изобретений относится к резцам, скважинным инструментам, применяемым в подземном бурении, и способам формирования паза резца. Технический результат заключается в точной ориентации резцов в пазах скважинных инструментов. Резец включает подложку, содержащую соединительную поверхность с одного торца подложки, имеющей конфигурацию для соединения внутри паза резца; и множество индексов резца, по меньшей мере, на участке соединительной поверхности, в котором каждый индекс резца расположен вокруг центральной оси подложки и проходит менее чем полностью вокруг центральной оси, и в котором множество индексов резца, по существу, равномерно разнесены по окружности вокруг центральной оси подложки. Соединительная поверхность может быть прецизионно расположена внутри паза резца более чем в одном положении, в котором соединительная поверхность является неплоской. 7 н. и 20 з.п. ф-лы, 7 ил.

Материалы твердосплавного упрочнения, включая пка частицы, сварочные прутки и буровой инструмент, содержащий такие материалы, и способы их формирования и использования // 2537462

Группа изобретений относится к буровым инструментам и способам их твердосплавного упрочнения. Технический результат заключается в повышении сопротивления бурового инструмента к истиранию, эрозии. Буровой инструмент включает корпус; по меньшей мере один режущий элемент на корпусе; и материал твердосплавного упрочнения на по меньшей мере части поверхности корпуса, содержащий металлический матричный материал и частицы поликристаллического алмазного материала, внедренные в металлический матричный материал и включающие множество взаимно скрепленных друг с другом алмазных кристалликов. Частицы поликристаллического алмазного материала содержат фрагменты одного или нескольких слоев поликристаллического алмазного материала. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 8 ил.

Способ формирования режущих элементов из поликристаллического алмаза, сформированные этим способом режущие элементы и оснащенное ими буровое долото // 2539639

Изобретение относится к получению поликристаллического алмазного режущего элемента методом порошковой металлургии. Может использоваться для изготовления долот для бурения подземных пород. Для получения поликристаллического алмазного режущего элемента первоначально из алмазных частиц формуют вставку при давлении и температуре, достаточных для образования связей алмазного типа в присутствии катализатора, после чего практически полностью удаляют из нее катализатор. Вставку, практически не содержащую катализатор, прикрепляют к несущей подложке при температуре и давлении, достаточных для поддержания стабильности связей алмазного типа посредством связующего материала, по меньшей мере, частично отличающегося от материала катализатора. Полученный режущий элемент обладает высокой термостабильностью. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 3 ил.

Pdc-буровой инструмент // 2545201

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту режущего типа, применяемому в бурении скважин, а именно, к PDC-инструменту: бурголовкам или долотам. Технический результат заключается в увеличении показателей эффективности работы инструмента путем снятия напряженного состояния от бокового воздействия горного давления в большей части забоя скважины за счет переноса его под периферийные резцы. Инструмент включает корпус, вооруженный резцами PDC, при этом рабочая поверхность, на которой размещены резцы, выполнена в виде обратной конической поверхности с соотношением радиуса основания конуса к его высоте, равным 2/3. Резцы на внутренней обратной конической поверхности необязательно дублируются в полном объеме. Резцы, калибрующие стенку скважины, размещены ступенчато по ходу вращения инструмента. 6 ил.

Поликристаллические алмазные элементы, режущие инструменты и буровые инструменты, включающие такие элементы, а также способы изготовления таких элементов и буровых инструментов // 2559183

Группа изобретений относится к буровому инструменту, включающему режущий инструмент, к такому режущему инструменту с поликристаллическими алмазными элементами и к способу его изготовления для использования в буровом инструменте. Технический результат заключается в повышении срока службы и производительности резания режущего инструмента. Способ изготовления режущего инструмента включает изготовление алмазной пластины с поликристаллическим алмазным материалом и с первым материалом, находящимся в междоузлиях между связанными между собой алмазными кристаллами поликристаллического алмазного материала; удаление первого материала из междоузлий по меньшей мере в одной части поликристаллического алмазного материала; выбор второго материала для обеспечения более высокой скорости деструкции алмазных кристаллов в условиях высоких температур, чем скорость деструкции алмазного материала, в котором первый материал удален из междоузлий в условиях в основном таких же высоких температур; и введение второго материала в междоузлия между связанными между собой алмазными кристаллами по меньшей мере в части по меньшей мере одного участка алмазной пластины, из которого удален первый материал. Режущий инструмент включает первую область поликристаллического алмазного материала, содержащую первый материал в междоузлиях между связанными между собой алмазными кристаллами в первой области поликристаллического алмазного материала; и вторую область поликристаллического алмазного материала, содержащую второй материал в междоузлиях между алмазными кристаллами во второй области поликристаллического алмазного материала, причем второй материал выбран для того, чтобы в условиях примерно такой же высокой температуры индуцировать более высокую скорость деструкции поликристаллического алмазного материала, чем первый материал. Буровой инструмент включает указанный режущий инструмент. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 7 ил.

Породоразрушающий инструмент // 2565307

Группа изобретений относится к породоразрушающим инструментам и устройствам. Технический результат заключается в обеспечении эффективной проходки и увеличении срока службы инструмента. Породоразрушающий инструмент содержит корпус инструмента, имеющий осевую линию и предназначенный для прикрепления к бурильному блоку с возможностью принимать ударную нагрузку от бурильного блока вдоль осевой линии, и породоразрушающие штыри, закрепленные в отверстиях под штыри, просверленных в дальней концевой части корпуса инструмента. Корпус инструмента, отцентрованный по осевой линии, выполнен с возможностью перемещения вперед в направлении к дальней торцевой стороне вдоль осевой линии, при этом по меньшей мере один из породоразрушающих штырей, прикрепленных к наружной периферийной части дальней торцевой поверхности корпуса инструмента, является вращающимся породоразрушающим штырем и выполнен в такой конфигурации, что встраиваемая часть, имеющая снаружи цилиндрическую форму вокруг центральной оси, выполнена интегрально с участком режущей кромки дальней торцевой стороны в направлении центральной оси. Встраиваемая часть вставляется в отверстие под штырь, и участок режущей кромки выступает из отверстия под штырь, при этом вращающийся породоразрушающий штырь выполнен с возможностью вращения вокруг центральной оси встраиваемой части во время проходки и блокирования для исключения скольжения в направлении к дальней торцевой стороне вдоль центральной осевой линии. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 12 ил.

Способ упрочнения буровых коронок, армированных алмазно-твердосплавными пластинами // 2566523

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для упрочнения твердосплавного инструмента и, в частности, буровых коронок, армированных алмазно-твердосплавными пластинами (АТП), путем комплексной обработки в жидком азоте и последующим воздействием постоянным магнитным полем. Технический результат заключается в уменьшении износа АТП и увеличении проходки буровых коронок более чем на 22% по породам средней категории по буримости. Способ упрочнения буровых коронок, армированных АТП, включает обработку холодом, при этом обработку холодом ведут при погружении коронок с температурой 20°C в жидкий азот с температурой жидкого азота минус 196°C в течение 15 минут с последующим доведением температуры коронок до 20°C, затем на коронки дополнительно воздействуют в течение 15 минут постоянным магнитным полем с напряженностью 4000 эрстед. 1 табл.