БУРОВОЙ ИНСТРУМЕНТ (ЕГО ВАРИАНТЫ)
DRILLING TOOL (ITS VERSIONS)

Изобретение относится к области горной промышленности, а именно к породоразрушающему инструменту большого диаметра с твердосплавным или синтетическим алмазным вооружением.
Известен породоразрушающий орган, содержащий корпус, вставку, износосостойкий зубок с рабочей головкой и ступенчатым хвостовиком (авт. св. СССР №909100, кл. E21B 10/16, 1980 г.).
Недостатком данного инструмента является малая эффективность его работы при бурении по пластичным породам и значительный расход твердого сплава из-за невозможности использования по техническим причинам зубков малого диаметра для создания плотной армировки рабочей части инструмента, необходимой для разбуривания крепких пород.
Известен также буровой инструмент, содержащий корпус с отверстиями, породоразрушающие зубки с рабочей головкой и ступенчатым хвостовиком, закрепленные в отверстиях корпуса посредством втулок, установленных между боковыми стенками отверстий и породоразрушающих зубков (авт. св. СССР №1033691, кл. E21B 10/16, 1982 г.).
Недостатком данного инструмента является малая эффективность его работы при разбуривании пород со слабовыраженной хрупкостью. Это связано с использованием зубков со сферической рабочей головкой, которые успешно работают по крепким и хрупким породам. Использование же зубков с рабочей головкой асимметричной формы или с клиновидной режущей кромкой в предложенном буровом инструменте не может дать положительного эффекта из-за отсутствия узла фиксации зубка от проворота. Последнее связано с тем, что на зубки с асимметричной или клиновидной рабочей головкой постоянно действуют усилия, стремящиеся развернуть рабочую головку зубков таким образом, чтобы их режущая кромка занимала положение, перпендикулярное направлению вращения породоразрушающего инструмента. В то же время известно, что проворот зубков снижает надежность их крепления и, как следствие этого, ведет к выпадению зубков, что снижает проходку и механическую скорость бурения. Кроме того, 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 буровой инструмент, содержащий корпус с отверстиями, породоразрушающие зубки с рабочей головкой и хвостовиком, закрепленные в отверстиях корпуса посредством втулок, установленных между боковыми стенками отверстий и породоразрушающих зубков (патент РФ №2273714, E21B 10/16, 2006 г.).
В указанном патенте решен вопрос о надежности крепления зубков путем использования специальных фиксаторов. Однако использование специальных фиксаторов и двух втулок для каждого породоразрушающего зубка ведет к удорожанию бурового инструмента в целом из-за усложнения его конструкции.
В связи с изложенным техническим результатом изобретения является упрощение конструкции и снижение стоимости бурового инструмента при одновременном сохранении эффективности его работы.
Достижение поставленного технического результата по первому варианту обеспечивается тем, что в буровом инструменте, содержащем корпус с отверстиями, породоразрушающие зубки с рабочей головкой и хвостовиком, каждый из которых закреплен в отверстии корпуса посредством втулки, установленной между боковыми стенками отверстия и породоразрушающим зубком, согласно изобретению, породоразрушающие зубки выполнены с рабочей головкой большого диаметра по сравнению с диаметром хвостовика, а втулки выполнены с коническим внутренним каналом и продольным разрезом и установлены на хвостовике породоразрушающих зубков с возможностью контакта с нижним торцом рабочей головки, при этом длина втулки меньше длины хвостовика, наружная поверхность которого имеет коническую форму, соответствующую конической поверхности отверстия втулки.
По второму варианту указанный технический результат достигается тем, что в буровом инструменте, содержащем корпус с отверстиями, породоразрушающие зубки с рабочей головкой и хвостовиком, каждый из которых закреплен в отверстии корпуса посредством втулки, установленной между боковыми стенками отверстия и породоразрушающим зубком, согласно изобретению, породоразрушающие зубки выполнены с рабочей головкой большого диаметра по сравнению с диаметром хвостовика, а втулки выполнены с конической наружной поверхностью и продольным разрезом и установлены на хвостовике породоразрушающих зубков с возможностью контакта с нижним торцом рабочей головки, при этом длина втулки меньше длины хвостовика, а боковые стенки отверстий в корпусе имеют коническую форму, соответствующую конической поверхности втулки.
Дополнительно достижению указанного технического результата способствует также и то, что контактирующие поверхности нижнего торца рабочей головки породоразрушающего зубка и верхнего торца втулки выполнены в виде конуса.
На фиг.1 изображен фрагмент бурового инструмента в разрезе в соответствии с вариантом 1; на фиг.2 - то же по второму варианту выполнения бурового инструмента; на фиг.3 - сечение А-А на фиг.1.
Буровой инструмент содержит корпус 1 с глухими отверстиями 2, в которых установлены породоразрушающие зубки 3 с рабочей головкой 4 и хвостовиком 5. Каждый из зубков 3 закреплен в отверстии 2 корпуса 1 посредством втулки 6, установленной между боковыми стенками отверстия 2 и породоразрушающим зубком 3. Рабочая головка 4 породоразрушающего зубка 3 имеет больший диаметр по сравнению с диаметром хвостовика 5 и в процессе работы постоянно контактирует с верхним торцом втулки 6. Последняя выполнена по всей длине с продольным разрезом 7 и имеет длину меньше длины хвостовика 5, что обеспечивает возможность осевого перемещения втулки 6 на некоторую величину. По одному из вариантов наружная поверхность хвостовика 5 имеет коническую форму, соответствующую конической поверхности отверстия 2 втулки 6 (см. фиг.1). В этом случае наружная поверхность втулки 6 и контактирующая с ней боковая поверхность отверстия 2 корпуса 1 имеют цилиндрическую форму. По другому варианту хвостовик 5 породоразрушающего зубка 3 имеет цилиндрическую форму, как и контактирующая с ней внутренняя поверхность втулки 6. В этом случае наружная поверхность втулки 6 и боковая поверхность отверстия 2 корпуса 1 имеют коническую форму (см. фиг.2).
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, действующая на породоразрушающий зубок 3, передается через его рабочую головку 4 на разрезную втулку 6, которая находится в постоянном контакте с породоразрушающим зубком 3. При этом благодаря выполнению втулки 6 с продольным разрезом 7 по всей ее длине она имеет возможность радиального перемещения. Это позволяет выбрать образующийся под действием осевых нагрузок зазор между боковыми стенками отверстий 2 и втулок 6, а также между породоразрушающим зубком 3 и втулкой 6 в зависимости от формы выполнения их контактирующих поверхностей. Тем самым достигается плотный обхват хвостовика 5 разрезной втулкой 6 и надежная фиксация породоразрушающего зубка от выпадения. Для повышения надежности передачи осевой нагрузки от рабочей головки 4 зубка 3 на втулку 6 контактирующая поверхность их выполняется в виде конуса 8. Кроме того, это позволяет исключить скол рабочей головки 4 породоразрушающего зубка 3, который выполняется, как правило, из твердого сплава или синтетического алмаза, имеющих незначительную прочность на изгиб.
Таким образом, применение предложенного бурового инструмента повышает эффективность разрушения породы за счет более надежной фиксации зубков инструмента от выпадения.