БУРОВОЙ ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
BORING ROCK DESTRUCTION TOOL

Изобретение относится к бурому породоразрушающему инструменту режущего типа, преимущественно с алмазным вооружением.
Известен буровой породоразрушающий инструмент, включающий корпус с промывочными каналами и алмазно-твердосплавными резцами, закрепленными в гнездах корпуса с использованием штифтов для фиксации резцов от проворота (см. патент США №4323130, кл. 175-329, 1982 г.).
К недостаткам данного инструмента следует отнести вероятность расшатывания штифтов и выпадения их на забой. Это может привести как к развороту резов, так и выпадению самих резцов, особенно при бурении по перемежающимся по твердости породам.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является буровой породоразрушающий инструмент, содержащий корпус с промывочными каналами и установленные в гнездах рабочей части корпуса резцы с алмазно-твердосплавными пластинами и хвостовиками, закрепленными в гнездах штифтами, установленными в сквозных каналах рабочей части корпуса (см. авт. св. №1707179, кл. Е21В 10/46, 1992 г.).
К недостаткам этого инструмента следует отнести сложность его изготовления, особенно при использовании твердосплавных хвостовиков. В этом случае сверление отверстия в хвостовике представляет значительную трудность, особенно на границе «корпус-хвостовик» резца, имеющих разную твердость.
Другим недостатком известного породоразрушающего инструмента является вероятность выпадения штифта. Это связано с одной стороны со значительной вибрацией бурового инструмента, особенно заметной при бурении по трещиноватым и перемежающимися по твердости породам. С другой стороны при контакте торцов штифта со стенками скважины или керна, что наблюдается при сильном износе инструмента по диаметру, возникает радиальное усилие, стремящееся выдавить стопорный штифт из радиального канала. Это радиальное усилие носит знакопеременный характер и приводит к расшатыванию штифта и к последующему выпадению самого резца.
В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение стойкости породоразрушающего инструмента за счет более надежной фиксации резцов от выпадения и снижение его стоимости за счет упрощения технологии изготовления.
Указанный технический результат достигается тем, что в буровом породоразрушающем инструменте, содержащим корпус с промывочными каналами и установленные в гнездах рабочей части корпуса резцы с алмазно-твердосплавными пластинами и хвостовиками, закрепленными в гнездах штифтами, установленными в сквозных каналах рабочей части корпуса, согласно изобретению концевые участки штифтов оснащены износостойкими вставками, установленными с возможностью взаимодействия со стенками скважины и керном, при этом хвостовики резцов выполнены с проточками на наружной поверхности, совмещенными со сквозными каналами в рабочей части корпуса для размещения штифтов.
Достижению указанного технического результата способствует также и то, что:
- штифты и сквозные каналы под них в корпусе выполнены конической формы, причем вершина конуса направлена в сторону оси инструмента;
- что штифты и сквозные каналы в корпусе под них выполнены ступенчатой формы, причем ступень штифта большего диаметра расположена со стороны наружной поверхности корпуса.
Изобретение поясняется чертежами, фиг.1 изображает общий вид инструмента в продольном разрезе по линии В-В на фиг.2; фиг.2 - вид А на фиг.1; фиг.3 и 4 - разрез Б-Б на фиг.1 (вариантами выполнения штифта).
Буровой породоразрушающий инструмент включает корпус 1 с промывочными каналами 12 и установленные в гнездах 2 рабочей части 7 корпуса 1 резцы 3 с алмазно-твердосплавными пластинами 4 и хвостовиками 13, закрепленными в гнездах 2 штифтами 5, установленными в сквозных каналах 6 рабочей части 7 корпуса 1. Концевые участки штифтов 5 оснащены износостойкими вставками 10 из синтетических или природных алмазов, установленными с возможностью взаимодействия со стенками скважины и керном, т.е. они выходят за наружную и внутреннюю поверхности 8 и 9 соответственно рабочей части 7 корпуса и расположены в вертикальной плоскости на одинаковом расстоянии с резцами 3, обеспечивающими калибровку стенок скважины и керна. Все резцы 3 фиксируются от осевого перемещения штифтами 5, которые крепятся в сквозных каналах 6 путем прессовки или другим известным способом. При этом могут использоваться как цилиндрические штифты 5 (фиг.1 и 3), так и другой формы, у которых диаметр штифтов 5 со стороны наружной поверхности 8 корпуса 1 больше диаметра штифтов 5 со стороны внутренней поверхности 9 корпуса. 1. Хвостовики 13 резцов 3 выполнены с проточками 14 на наружной поверхности, совмещенными со сквозными каналами 6 рабочей части 7 корпуса 1 для установки штифтов 5. Указанные проточки 14 могут выполняться как на стадии изготовления хвостовиков 6 резцов 3, в частности при формировании хвостовиков 13 из твердого сплава путем их горизонтальной прессовки путем использования специальных вставок на месте проточки, так и после его изготовления, например, посредством фрезеровки. При выполнении штифтов 5 с функциями по калибровке стенок скважины и керна они постоянно испытывают радиальные нагрузки, стремящиеся выдавить штифты 5 из каналов 6. Это объясняется тем, что ось скважины практически никогда не совпадает с осью породоразрушающего инструмента из-за разработки стенок скважины, из-за чего износостойкие вставки 10 штифтов 5 контактируют или только со стенками скважины или же с поверхностью керна. Это с учетом вибрации инструмента способствует расшатыванию штифтов 5 и их выпадению. С целью исключения этого явления штифты 5 и сквозные каналы 6 под них в корпусе по одному варианту предпочтительно выполнять конической формы (фиг.4, верхний штифт), причем вершина конуса направлена в сторону оси инструмента. По другому варианту штифты 5 и сквозные каналы 6 под них выполнены ступенчатой формы (фиг.4, нижний штифт). При этом ступень штифта 5 большего диаметра расположена со стороны наружной поверхности 8 рабочей части 7 корпуса 1. Такое выполнение штифтов 5 связано с тем, что усилие со стороны стенок скважины значительно превосходит усилие со стороны керна и при одновременном контакте износостойких элементов 10 одного штифта 5 со стенками скважины и поверхностью керна результирующее усилие будет направлено в сторону центральной оси инструмента и будет восприниматься рабочей частью 7 корпуса 1.
Для усиления калибровки стенок скважины могут быть использованы дополнительные вставки 11. Такое же вооружение может использоваться и для армировки внутренней поверхности 9 рабочей части 7 корпуса 1.
Породоразрушающий инструмент работает следующим образом. При вращении бурового вала и создании осевой нагрузки породоразрушающий инструмент своими резцами 3 внедряется в породу и разрушает ее. Образующийся при этом шлам выносится на поверхность промывочной жидкостью, прокачиваемой через каналы 12 в корпусе 1. Благодаря использованию штифтов 5 в качестве калибрующих элементов значительно усиливается сохранность диаметра породоразрушающего инструмента, что благоприятно сказывается на эффективности его работы. Выполнение проточек 14 на боковой поверхности хвостовиков 13 обеспечивает большой выбор размерного ряда элементов вооружения торцевых участков штифтов 5. В прототипе это жестко ограничено диаметром хвостовика 13 резца 3 и даже незначительное увеличение диаметра штифта 5 может привести к поломке резцов из-за возникновения опасного сечения в зоне расположения штифта.
Таким образом, схема расположения штифтов 5 в проточках 14 на наружной поверхности хвостовиков 13 резцов 3 позволяет упростить технологию изготовления инструмента и тем самым снизить его стоимость, а кроме того и повысить надежность крепления резцов 3 и одновременно обеспечить необходимую вооруженность калибрующих поверхностей породоразрушающего инструмента.