Алмазный буровой инструмент и способ его изготовления

Алмазный буровой инструмент и способ его изготовления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к буровому алмазному породоразрушающему инструменту и технологии его изготовления. Цель изобретения - повышение износостойкости инструмента. Алмазный буровой инструмент содержит стальной корпус 1 соскважинообразующей 2 и калибрующей 3 частями рабочей поверхности. Рабочая поверхность оснащена породоразрушающими элементами 4 и 5. В корпусе выполнена расточка 6, в 76 И которой закреплена промежуточная стальная втулка 7 с центральной вставкой 10. Вставка 10 выполнена в виде износостойкой матрицы, оснащенной породоразрушающими элементами 11 и 12, а также элементами 13, установленными на стыке втулки 7 и износостойкой матрицы 10, Способ изготовления инструмента включает расточку стального корпуса 1, изготовление промежуточной стальной втулки 7, центральной вставки 10 в виде износостойкой матрицы и стальных или графитовых вкладышей 16. Вкладыши 16 размещают на стыке втулки 7 и центральной вставки 10. Затем производят совместное спекание или пропитку втулки 7 и матрицы 10, рассверливают вкладыши 16 и устанавливают породоразрушающие элементы 13. После изготовления центральной части долота ее закрепляют в расточке корпуса 1. Конструкция бурового инструмента и технология его изготовления исключают размыв рабочей поверхности и предотвращают обнажение породоразрушающих элементов.2 с.п, ф-лы,8 ил. (Л С о Јw о CJ со ю 18 Фиг1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧ ЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21 В 10/46

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

В (21) 4263043/03 (22) 15.06.87 (46) 07,04,91, Бюл. N 13 (71) Институт сверхтвердых материалов АН

УССР (72) Э.Д.Скляров (53) 622.24,051.7 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

f+ 791890, кл. Е 21 В 10/02, 1977.

Патент США М 2511991, кл,175 — 330, опублик. 1950. (54) АЛМАЗНЫЙ БУРОВОЙ ИНСТРУМЕНТ

И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к буровому алмазному породоразрушающему инструменту и технологии его изготовления. Цель изобретения — повышение износостойкости инструмента. Алмазный буровой инструмент содержит стальной корпус 1 со скважинообразующей 2 и калибрующей 3 частями рабочей поверхности, Рабочая поверхность оснащена породоразрушающими элементами 4 и 5, В корпусе выполнена расточка 6, в. Ы 1640339 А1 которой закреплена промежуточная стальная втулка 7 с центральной вставкой 10.

Вставка 10 выполнена в виде износостойкой матрицы, оснащенной породоразрушающими элементами 11 и 12, а также элементами 13, установленными на стыке втулки 7 и износостойкой матрицы 10, Способ изготовления инструмента включает расточку стального корпуса 1, изготовление промежуточной стальной втулки 7, центральной вставки 10 в виде износостойкой матрицы и стальных или графитовых вкладышей 16. Вкладыши 16 размещают на стыке втулки 7 и центральной вставки 10. Затем производят совместное спекание или пропитку втулки 7 и матрицы 10, рассверливают вкладыши 16 и устанавливают породоразрушающие элементы 13. После изготовления центральной части долота ее закрепляют в расточке корпуса 1. Конструкция бурового инструмента и технология его изготовления исключают размыв рабочей поверхности и предотвращают обнажение породоразрушающих элементов.2 с.п, ф-лы,8 ил.

1640339

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым долотам и бурильным головкам, оснащенHblM алмазосодержащими породораэрушающими элементами, и технологии его изготовления, Целью изобретения является повышение износостойкости инструмента.

На фиг.1 изображено алмазное колонковое долото, продольный разрез; на фиг,2 — то же, вид внизу; на фиг.3 — пресс-форма для центральной вставки, разрез; на фиг.4— алмазное долото для бурения сплошным забоем, продольный разрез; на фиг,5 — сечение А — А на фиг.4; на фиг.6 — сечение Б-Б на фиг,4; на фиг.7 — алмазное долото, вид снизу; на фиг.8 — пресс-форма для центральной вставки, разрез, другое исполнение.

Колонковое долото (фиг.1) содержит стальной кольцевой корпус 1 со скважинообраэующей .2 и калибрующей 3 частями рабочей поверхности, оснащенными соответственно породоразрушающими элементами 4 и 5 из композиционного алмазосодержащего материала. Кольцевой корпус 1 выполнен с центральной цилиндрической расточкой 6, в которой установлена и жестко закреплена промежуточная втулка 7 посредством резьбы 8 или сварного шва 9 по линии сопряжения промежуточной втулки 7 с корпусом 1.

Промежуточная втулка 7 выполнена из стали и размещена между корпусом 1 и центральной вставкой, выполненной в виде износостойкой матрицы 10 и оснащенной по рабочей поверхности кернообразующими

11 и кернокалибрующими 12 породоразрушающими элементами, а также элементами

13, установленными по линии 14 сопряжения промежуточной стальной втулки 7 и износостойкой матрицы 10.

Скважинообразующие элементы 13 размещены в глухих отверстиях 15, выполненных в стальных или графитовых вкладышах 16, эакрепляемых в теле стальной втулки 7. Толщина последней должна быть равна по крайней мере диаметру державки породоразрушающих элементов 13, В износостойкой матрице 10 выполнены промывочные пазы 17, сообщающиеся с внутренней полостью корпуса 1 колонкового долота и промывочными пазами 18, выполненными на рабочей поверхности 2 корпуса 1, Породоразрушающие элементы

4,5, 11 — 13 выполнены из износостойкого композиционного алмазосодержащего, материала, например славутича, твесала и др.

Износостойкая матрица 10 выполнена, например, из порошков карбидов вольфрама или других частиц тугоплавких металлов, 5

55 их карбидов и связующего металла или сплава и имеет твердость 40--60 HRC.

Породоразрушающие элементы 4,5,11—

13 (фиг.1 и 2) на рабочих поверхностях алмазного бурового инструмента могут быть установлены по спиральным линиям или по шахматной схеме, обеспечивая полное перекрытие забоя скважины.

Способ изготовления алмазного колонкового долота включает механическую обработку корпуса с выполнением расточки вдоль оси корпуса, изготовление центральной вставки с оснащением ее породоразрушакнцими элементами, установку и жесткое крепление центральной. вставки в расточке корпуса посредством промежуточной втулки и дооснащение остальной рабочей поверхности породоразрушающими элементами.

Изготовление центральной вставки 10 колонкового долота осуществляют в прессформе, показанной на фиг,3. Пресс-форма состоит из графитовой формочки 19 и пуансона 20, На фасонной поверхности 21 формочки 19 в местах, соответствующих рабочей поверхности матрицы 10, выполняют выемки 22, в которые размещают кернообразующие 11 и кернокалибрующие 12 породоразрушающие элементы, а в местах, соответствующих промывочным пазам 17 на рабочей поверхности матрицы 10, выполняют выступы 23, В формочке 19 размещают промежуточную стальную втулку 7, при этом предварительно по линии 14 сопряжения износостойкой матрицы 10 и втулки 7 устанавливают и закрепляют во втулке, например, пайкой стальные вкладыши 16 или графитовые вкладыши в формочке 19, сориентированные аналогично породоразрушающим элементам, В полость, образованную внутренней поверхностью втулки 7 и фасонной поверхностью 21 формочки 19, засыпают расчетное количество матричного материала: каркас и пропитывающий металл или сплав.

В качестве каркаса могут быть применены, например, порошки карбидов вольфрама, зерна или крупка релита и другие, в качестве пропитывающего — медь, цинк, никель и другие.

Матрицу 10 совместно с промежуточной втулкой 7 отформовывают под прессом пуансоном 20 и осуществляют операцию спекания или пропитки.

После спекания или пропитки получается центральная часть алмазного колонкового долота как единое целое, включающее износостойкую матрицу 10 и стальную втулку 7, так как при этом иэносостойкая матрица припаивлегся к втулке.

1640339

10

20

ЗО

45

55

На наружной цилиндрической поверхности центральной части колонкового долота нарезают резьбу и устанавливают ее в расточке корпуса.

В стальных вкладышах 16 (фиг.1) и на рабочих поверхностях 2 и 3 корпуса 1 сверлят глухие отверстия для размещения породораэрушающих элементов 13, 4 и 5. В продолжение отформованных в иэносостойкой матрице 10 промывочных пазов 17 фрезеруют промывочные пазы 18 на рабочей поверхности корпуса долота. Породоразрушающие элементы 13, 4 и 5 закрепляют, например, пайкой.

Выполнение колонкового долота с расточкой вдоль оси корпуса, в которой установлена и жестко закреплена центральная часть, выполненная в виде втулки 7, охватывающей износостойкую матрицу 10, на рабочей поверхности которой выполнены промывочные пазы 17, позволяет исключить гидроэрозионный размыв рабочей поверхности, промывочных пазов 18 и предотвратить обнажение породоразрушающих элементов 11 — 13, ликвидировать их выпадение и срез на уровне рабочей поверхности, оптимально оснастить элементами линию сопряжения втулки и матрицы, а также обеспечивает надежное формирование керна и его калибровку, повышая тем самым процент выноса керна.

Оснащение всех рабочих поверхностей колонкового долота породоразрушающими элементами, в том числе по линии 14 сопряжения стальной втулки 7 и износостойкой матрицы 10, обеспечивает в процессе бурения эффективное поражение забоя скважины, позволяет разместить породоразрушающие элементы по оптимальной схеме и исключить аномальный износ долота в виде кольцевых выработок.

Алмазное долото для бурения скважины сплошным забоем (фиг.4) содержит стальной кольцевой корпус 1 со скважинообразующей 2 и калибрующей 3 частями рабочей поверхности, оснащенными соответственно породоразрушающими элементами, скважинообразующими резцами 24 и калибрующими износостойкими вставками 10 из композиционного алмазосодержащего материала, Скважинообразующие резцы 24 приведены на фиг.5 и выполнены, например, в виде стержневой твердосплавной державки 25, передняя грань которой армирована алмазно-твердосплавной пластиной 26, включающей опорный слой 27 твердого сплава и алмазный поликристаллический слой 28.

Корпус 1 (фиг.4) выполнен с центральной цилиндрической расточкой 6 вдоль оси корпуса, в которой установлена и жестко закреплена промежуточная втулка 7 с применением, например, резьбы 8 и сварного шва 9 по линии сопряжения втулки 7 с корпусом 1. Центральная вставка 10 оснащена по рабочей поверхности скважинообраэующими резцами 29, а также по линии 14 сопряжения стальной втулки 7 и иэносостойкой матрицы 10 — скважинообраэующими резцами 30, выполненными, напримерр, в виде стержневых твердосплавных державок, передняя грань которых армирована алмазно-твердосплавными пластинами.

Резцы 29 (фиг.6) выполнены, например, в виде дисковой твердосплавной державки

31, армированной алмазно-твердосплавной пластиной 26, и размещены в выемках 32 износостойкой матрицы 10.

Резцы 30 (фиг.4), располагаемые по линии 14 сопряжения стальной втулки 7 и иэносостойкой матрицы 10, размещены в выемках (глухих отверстиях ) 15, выполненных в стальных вкладышах 16. закрепляемых в теле втулки 7. Пересекающиеся с втулкой 7 и матрицей 10 резцы 30 размещаются в стальных вкладышах 16 до тех пор, пока они не выйдут за зону износостойкой матрицы 10, поэтому толщина стальной втулки 7 должна быть равна по крайней мере ширине (диаметру) державки резца 30.

В матрице 10 выполнены промывочные пазы 17, сообщающиеся с внутренней полостью долота каналами 33 и промывочными пазами 18, выполненными на рабочей поверхности корпуса 1.

Изготовление центральной части долота осуществляют в пресс-форме, приведенной на фиг.8. Пресс-форма состоит из графитовой формочки 19 и пуансона 20. На фасонной поверхности 21 формочки 19 в местах, соответствующих рабочей поверхности матрицы 10, выполняют выемки 34, в которые размещают графитовые вкладыши

35, образующие выступы с целью получения выемок 34 в износостойкой матрице 10 для последующего размещения резцов 29, Промывочные каналы ЗЗ и пазы 17 в износостойкой матрице 10 отформоаываются графитовыми вкладышами 36.

В формочке 19 размещают стальную втулку 7, при этом предварительно по линии

14 сопряжения износостойкой матрицы 10 и втулки 7 устанавливают и закрепляют во втулке 7, например пайкой, стальные вкладыши 16 или графитовые вкладыши в формочке 19, сориентированные аналогично державкам резцов 30, В полость, образованную внутренней поверхностью втулки 7 и фасонной поверх1640339

17

11

12 ностью 21 формочки 19, засыпают матричный материал, Матрицу 10 совместно с охватывающей втулкой 7 отформовывают под прессом пуансоном 20 и осуществляют операцию спекания или пропитки, при которой одновременно со спеканием матрицы она припаивается к втулке.

На наружной цилиндрической поверхности втулки 7 нарезают резьбу и устанавливают ее в расточке корпуса и,закрепляют, например, сваркой.

В стальных вкладышах 16 (фиг,4) на рабочих поверхностях 2 и 3 корпуса 1 сверлят глухие отверстия — выемки для размещения резцов 24 и 30 и элементов 5. В продолжение промывочных пазов 17 центральной вставки фрезеруют промывочные пазы 18.. В глухих отверстиях 15 и выемках 32 размещают резцы 24, 30 и 29, элементы 5 и закрепляют их, например, пайкой.

Выполнение долота с расточкой вдоль оси корпуса, в которой закреплена центральная износостойкая вставка посредством промежуточной стальной втулки, позволяет исключить гидроэрозионный размыв рабочей поверхности и промывочных каналов, а также предотвратить обнажение породоразрушающих элементов в процессе бурения.

Формула изобретения

1. Алмазный буровой инструмент, содержащий стальной корпус с рабочей поверхностью, центральную вставку в корпусе, породоразрушающие элементы и промывочные пазы на рабочих поверхностях корпуса и центральной вставки, о т л и ч а ю5 шийся тем, что, с целью повышения износостойкости инструмента, он снабжен промежуточной стальной втулкой, размещенной между корпусом и центральной вставкой, которая выполнена в виде износо10 стойкой матрицы, причем на стыке втулки и центральной вставки установлены породоразрушающие элементы, 2. Способ изготовления алмазного буро15 вого инструмента. включающий расточку стального корпуса, изготовление центральной вставки, оснащение рабочих поверхностей вставки и корпуса породоразрушающими элементами, закрепление центральной

20 вставки в расточке корпуса, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения износостойкости инструмента, центральную вставку выполняют как износостойкую матрицу, при этом изготавливают промежу25 точную стальную втулку и стальные или графитовые вкладыши, которые размещают на стыке втулки и центральной вставки, после чего производят совместное спекание или пропитку втулки и матрицы, затем рас30 сверливают вкладыши, на место которых устанавливают породоразрушающие элементы, 1640339

21 21 юг. 5 гг

29

2б

1640339

Фиг. 7

2121 И 3255 Р

Фиг.8

Составитель Ю.Палащенко

Техред М.Моргентал Корректор Н.Патай

Редактор Н,Рогулич

Заказ 1005 Тираж 372 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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