СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ ЗУБКОВ В БУРОВОМ ИНСТРУМЕНТЕ
METHOD OF SECURING TEETH IN DRILL TOOL

Изобретение относится к области горной промышленности, а именно к способу крепления породоразрушающих зубков из твердого сплава или синтетических алмазов в буровом инструменте, преимущественно большого диаметра.
Известен способ крепления породоразрушающих зубков в буровом инструменте, включающий установку хвостовиков зубков в глухие отверстия корпуса и фиксацию их посредством основной и цанговой втулок (авт. св. СССР № 1033691, кл. Е21В 10/16, 1982 г.).
Недостатком данного способа является вероятность проворота зубков вокруг продольной оси, что приводит к нарушению заданной схемы разрушения породы. Кроме того, проворот зубков снижает надежность их крепления и как следствие этого ведет к выпадению зубков, что снижает проходку и механическую скорость бурения. Одновременно с этим известно, что оставление зубков на забое скважины требует проведения дополнительных материальных и трудовых затрат на очистку забоя, причем эти затраты резко увеличиваются с ростом глубины скважины.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ крепления породоразрушающих зубков в буровом инструменте, включающий установку хвостовиков зубков в глухие отверстия корпуса и фиксацию их посредством втулок, которые устанавливают между боковыми стенками отверстий и наружной поверхностью породоразрушающих зубков (патент РФ № 2273714, Е21В 10/16, 2006 г.).
К негативным моментам данного способа следует отнести недостаточную надежность крепления зубков, особенно при бурении по трещиноватым твердым и крепким породам. Бурение по таким породам сопровождается сильной вибрацией, что часто приводит к расшатыванию зубков и их последующему выпадению.
В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение надежности крепления зубков и как следствие этого - снижение стоимости буровых работ.
Достижение поставленного технического результата обеспечивается тем, что в способе крепления породоразрушающих зубков в буровом инструменте, включающем установку хвостовиков зубков в глухие отверстия корпуса и фиксацию их посредством втулок, которые устанавливают между боковыми стенками отверстий и наружной поверхностью породоразрушающих зубков, согласно изобретению для крепления зубков используют втулки с коническими внутренней или наружной поверхностями, контактирующими соответственно с коническими боковыми поверхностями отверстий или с коническими поверхностями хвостовиков зубков и изменяющимися наружным и внутренним диаметрами под действием осевой нагрузки, которую передают на втулку через рабочую головку породоразрушающего зубка, причем рабочую головку зубка выполняют с большим диаметром по сравнению с максимальным внутренним диаметром втулки, а втулку устанавливают с возможностью ограниченного осевого перемещения.
Реализация предложенного способа иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 и фиг.2 показаны варианты использования предложенного способа.
На фиг.1 показан буровой инструмент, содержащий корпус 1, выполненный с глухими цилиндрическими отверстиями 2, в которых устанавливают породоразрушающие зубки 3 с рабочей головкой 4 и хвостовиком 5 с конической наружной поверхностью. Каждый из зубков 3 крепят в отверстии 2 корпуса 1 посредством втулки 6 с продольным разрезом 7, обеспечивающим изменение наружного и внутреннего диаметра втулки 6 под действием силы реакции забоя - Р, воспринимаемой через рабочую головку 4 породоразрушающего зубка 3. При этом рабочая головка 4 зубка 3 в процессе работы постоянно контактирует с верхним торцом втулки 6, которая установлена с возможностью ограниченного осевого перемещения - l.
Буровой инструмент на фиг.2 в отличие от первого варианта выполнен с конической контактной поверхностью между боковыми стенками отверстий 2 и наружной поверхностью втулки 6, при этом хвостовик 5 зубка 3 и контактирующая с ним внутренняя поверхность втулки 6 выполнены с цилиндрической поверхностью. Как и в 1-ом варианте втулка 6 выполнена с продольным разрезом 7 и установлена между боковыми стенками отверстия 2 в корпусе 1 и хвостовиком 5 зубка 3 с возможностью ограниченного осевого перемещения. С этой целью в обоих вариантах втулка 6 имеет длину меньше длины хвостовика 5. Изменение диаметра втулки 6, как и в первом варианте, обеспечивается осевой нагрузкой - Р, передаваемой на нее через рабочую головку 4 зубка 3, которая постоянно контактирует с верхним торцом втулки 6.
Принцип работы бурового инструмента заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента породоразрушающие зубки 3 внедряются в породу и разрушают ее. Разрушенная порода выносится с забоя промывочной жидкостью или сжатым воздухом, обеспечивая работу породоразрушающих зубков 6 по чистому забою, что значительно повышает эффективность их работы. В процессе работы осевая нагрузка - Р, действующая на породоразрушающий зубок 3, передается через его рабочую головку 4 на разрезную втулку 6, которая находится в постоянном контакте с породоразрушающим зубком 3.
В примере, представленном на фиг.1, где контакт между хвостовиком 5 зубка 2 и втулкой 6 выполнен в виде конической поверхности, хвостовик 5 зубка 3 под действием осевой нагрузки - Р постоянно стремится разжать втулку 6 и прижать ее к стенкам отверстия 2. При этом радиальная составляющая осевой нагрузки со стороны стенок отверстия 2 на коническую поверхность втулки 6 обеспечивает плотный обхват хвостовика 5 разрезной втулкой 6 и надежное его крепление. Причем, чем выше осевая нагрузка, тем с большим усилием разрезная втулка 6 охватывает хвостовик и удерживает зубок 3 от выпадения.
В примере, представленном на фиг.2, где контакт между хвостовиком 5 зубка 2 и втулкой 6 выполнен в виде цилиндрической поверхности, осевая нагрузка - Р на втулку 6 передается через рабочую головку 4 зубка 3. При этом осевая нагрузка - Р постоянно поджимает втулку 6 вниз. В результате на границе между коническими поверхностями боковых стенок отверстия 2 и наружной поверхностью втулки 6 возникает радиальная составляющая осевой нагрузки, которая обеспечивает плотный обхват хвостовика 5 разрезной втулкой 6 и надежное его удержание от выпадения. Как и в первом варианте, чем выше осевая нагрузка на зубки 3, тем больше радиальная составляющая и тем с большим усилием разрезная втулка 6 охватывает хвостовик 5 и удерживает зубок 3 от выпадения.
Таким образом, применение предложенного способа крепления зубков бурового инструмента повышает надежность фиксации зубков инструмента от выпадения и тем самым - эффективность его работы.