РАСШИРИТЕЛЬ ДЛЯ АЛМАЗНОЙ БУРОВОЙ КОРОНКИ

Полезная модель относится к породоразрушающему алмазному инструменту, в частности к расширителям для алмазных буровых коронок, предназначенных для калибровки скважин.
Известен расширитель, содержащий корпус и алмазосодержащие износостойкие вставки, установленные на корпусе с образованием промывочных каналов. Расширитель характеризуется тем, что суммарная площадь поперечного сечения алмазосодержащих вставок равна суммарной площади поперечного сечения промывочных каналов, что обеспечивает постоянство скорости течения потока шлама (промывочной жидкости и измельченной породы), улучшение условий выноса шлама и уменьшению износа расширителя (SU №901457, Е21В 10/26, 1980 г.). Недостаток такого расширителя заключается в том, что при равенстве поперечного сечения износостойких алмазосодержащих вставок и каналов, площадь рабочей истирающей поверхности износостойких вставок, которая, контактирует со стенками скважины, при оптимальной ширине каналов, будет иметь небольшие размеры, что станет причиной повышенного износа алмазосодержащих вставок и, соответственно, снижения стойкости расширителя в целом.
В расширителе по RU №2152504, Е21В 10/26, 1998 г., также как в SU №901457 суммарная площадь поперечного сечения алмазосодержащих вставок равна суммарной площади поперечного сечения промывочных каналов. Но для более эффективного выноса шлама через промывочные каналы их входные кромки выполнены коническими, что формирует компактную струю, которая активно воздействует на стенки скважины в зоне разрушения их алмазосодержащими вставками и способствует более полному выносу шлама из зоны работы. Недостаток расширителя состоит в том, что, как отмечалось выше, при равенстве площадей поперечных сечений вставок и промывочных каналов, суммарная площадь рабочей истирающей поверхности алмазосодержащих вставок будет недостаточна для обеспечения необходимой их износостойкости. Расширение промывочных каналов на входной части будет способствовать еще большему снижению площади рабочей поверхности алмазосодержащих вставок и соответственно снижению их износостойкости.
Наиболее близким по конструктивным признакам и достигаемому результату является расширитель, содержащий корпус, с размещенными на его поверхности износостойкими алмазосодержащими вставками, разделенными наклонными промывочными каналами (RU №2337228, кл. Е21В 10/26, 2005 г.). Угол наклона промывочных каналов определяется по формуле, которая содержит большое количество переменных величин: расход промывочной жидкости, количество промывочных каналов, площадь поперечного сечения промывочного канала, диаметр расширителя, частота вращения бурового снаряда, коэффициент, зависящий от конструкции расширителя и физико-механических свойств буримых горных пород, что приводит к необходимости создания большой номенклатуры расширителей. В то же время в известном техническом решении не ставится задача выбора оптимальных размеров каналов и алмазосодержащих вставок для обеспечения необходимой износостойкости расширителя; угол наклона каналов является существенным признаком, но не достаточным для создания износостойкого инструмента. Кроме того в расширителе для уменьшения износа корпуса из-за абразивного воздействия шлама, протекающего между матрицей коронки и алмазосодержащими вставками, последние выполняют из двух частей: нижней - содержащей более прочные алмазы, и верхней - содержащей менее прочные алмазы. Такая конструкция алмазосодержащих вставок усложняет технологический процесс их изготовления, а также последующую утилизацию инструмента после его износа, включающую рекуперацию оставшихся алмазов и их классификацию.
Технической задачей полезной модели является создание износостойких расширителей, используемых при бурении без усложнения технологии их изготовления.
Решение поставленной технической задачи обеспечивается тем, что в расширителе для алмазной буровой коронки, содержащем корпус, снабженный по периферии алмазосодержащими вставками, установленными на корпусе расширителя с образованием промывочных каналов, суммарная длина алмазосодержащих вставок в окружном направлении составляет 0,55-0,65 длины окружности корпуса расширителя, а дно промывочных каналов имеет более высокую износостойкость, чем корпус расширителя.
Боковые стенки алмазосодержащих вставок, образующих промывочные каналы, выполнены параллельными друг относительно друга, либо наклонными друг относительно друга, обеспечивая расширение промывочных каналов в сторону наружного диаметра инструмента.
Сущность полезной модели заключается в том, что суммарная длина алмазосодержащих вставок в окружном направлении, равная 0,55-0,65 длины окружности корпуса расширителя, образует оптимальную суммарную площадь рабочей поверхности алмазосодержащих вставок, при которой удельные нагрузки, распределенные по площади, не вызывают интенсивного износа вставок, а ширина промывочных каналов будет достаточной для эффективного выноса шлама, образующегося при калибровке скважин. Наклон боковых сторон алмазосодержащих вставок обеспечит большую ламинарность движения шлама в канавке, что создаст более благоприятные условия для отвода шлама из зоны обработки, исключения его скапливания и уплотнения в канале, а также уменьшает площадь поверхности корпуса, которая подвергается воздействию шламом.
На фиг.1 показан расширитель.
На фиг.2 и 3 показано сечение расширителя по А-А с различным выполнением алмазосодержащих вставок
Расширитель содержит стальной корпус 1, на концах которого имеются резьбовые участки 2 и 3, один из которых предназначен для присоединения к коронке, второй - для присоединения к колонковой трубе. На корпусе установлены износостойкие алмазосодержащие вставки 4 на некотором расстоянии друг от друга, образуя промывочные каналы 5. Алмазосодержащие вставки 4 образуют наружную рабочую алмазосодержащую поверхность расширителя. Вставки могут быть расположены в направлении оси расширителя, а могут быть установлены под углом к оси расширителя. Боковые стенки 6 вставок, образующие промывочные канавки, могут быть выполнены параллельными друг относительно друга, либо могут быть выполнены наклонными. Параллельные и наклонные стенки вставок образуют промывочные каналы, расширяющиеся в сторону рабочей поверхности инструмента. В тоже время наклонные стенки вставок способствуют более эффективному прохождению шлама через промывочные каналы без его скапливания и уплотнения. Кроме того, наклонные стенки вставок частично перекрывают поверхность корпуса расширителя, оставляя участки 7, которые после прикрепления вставок могут быть подвергнуты легированию прочными износостойкими материалами. В качестве упрочняющего легирования могут быть использованы следующие виды обработки: электроискровое, контактнодиффузионное цементирование, изотирова Слой материала, нанесенный упрочняющим легированием резко увеличивает износостойкость поверхности 7 корпуса расширителя, при этом на ней образуется тонкий слой упрочняющего материала, толщина которого может составлять сотые доли миллиметра, что не значительно уменьшает исходный объем (эффективное рабочее сечение) промывочного канала.
Изготовление алмазосодержащих вставок осуществляют по стандартной технологии: изготавливают шихту из алмазного порошка и связки, из полученной шихты прессуют алмазосодержащие вставки в прессформе. Форма вставок определяется формой полости прессформы, в которой прессуют вставки. Затем спрессованные вставки собирают, центрируют их на корпусе и пропитывают металлами или сплавами с необходимыми рабочими характеристиками, одновременно припаивая их к корпусу. После соединения алмазосодержащих вставок с корпусом, участки корпуса между алмазосодержащими вставками подвергают упрочняющему легированию.
Оптимальная суммарная длина алмазосодержащих вставок при бурении прочных и среднепрочных, крепких, полукрепких, твердых, малоабразивных пород составляет 0,55-0,65 длины окружности корпуса расширителя. При уменьшении суммарной длины алмазосодержащих вставок уменьшается общая площадь контакта алмазосодержащих вставок со стенками буримого отверстия, соответственно увеличивается удельная нагрузка на рабочую поверхность каждой вставки, что вызывает их быстрый износ. При увеличении суммарной длины алмазосодержащих вставок значительно уменьшаются размеры промывочных каналов, ухудшаются условия прохождение абразивного шлама буримой породы и соответственно происходит более интенсивный износ расширителя. Выбранная оптимальная суммарная длина алмазосодержащих вставок, кроме того, учитывает небольшие изменения в соотношении суммарной длины вставок и суммарной длины промывочных каналов по мере износа инструмента.
При бурении горных пород расширитель присоединяют к коронке и к колонковой трубе. В процессе бурения алмазосодержащие вставки калибруют стенки скважины, а образующийся шлам увлекается потоком промывочной жидкости, вынося его из зоны резания через промывочные каналы.
Таким образом, оптимальные размеры алмазосодержащих вставок и промывочных каналов, выполнение вставок с наклонными боковыми стенками и упрочнение дна каналов износостойкими материалами повышает износостойкость расширителя.