БУРОВОЙ ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
ROCK-DESTROYING DRILLING TOOL

Изобретение относится к буровому породоразрушающему инструменту режущего типа, преимущественно с алмазным вооружением.
Известен буровой породоразрушающий инструмент, включающий корпус, в гнездах которого установлены резцы с алмазно-твердосплавными пластинами (АТП), закрепленными в гнездах посредством прессовки и зафиксированными от проворота штифтами, расположенными в совмещенных продольных пазах полукруглой формы, выполненных на боковых поверхностях гнезд и хвостовиков резцов (см. патент США №4323130, кл. 175-329, 1982 г.).
К недостаткам данного инструмента следует отнести вероятность расшатывания штифтов и выпадению их на забой. Это может привести как к развороту резов, так и выпадению самих резцов особенно при бурении по перемежающимся по твердости породам, процесс разрушения которых сопровождается сильной вибрацией.
Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является буровой породоразрушающий инструмент, включающий корпус, в гнездах которого установлены резцы с алмазно-твердосплавными пластинами, зафиксированными от проворота штифтами, взаимодействующими с хвостовиками резцов и размещенными в сквозных радиальных каналах корпуса (см. а.с. СССР №1707179, кл. Е21В 10/46, 1992 г.).
Недостатками данного породоразрушающего инструмента являются сравнительно быстрая «потеря» диаметра как по наружной, так и по внутренней поверхности и низкая эффективность в работе. Первый недостаток связан с малой вооруженностью инструмента по калибрующим поверхностям, а другой недостаток связан с малой надежностью крепления резцов из-за возможности радиального смещения штифтов и - как следствие этого - нарушением заданной схемы поражения забоя. Последнее объясняется сильной вибрацией инструмента, особенно при бурении по трещиноватым и перемежающимися по твердости породам. Кроме того, при контакте торцов штифта со стенками скважины, что часто наблюдается при сильном износе инструмента по диаметру, усилие со стороны стенок скважины значительно больше, чем со стороны оси инструмента, а это приводит к радиальному смещению штифтов и нарушению схемы поражения забоя из-за расшатывания резцов.
В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение стойкости породоразрушающего инструмента за счет более надежной фиксации резцов от выпадения и усилению его калибрующей способности.
Указанный технический результат достигается тем, что в буровом породоразрушающем инструменте, включающем корпус, в гнездах которого установлены резцы с алмазно-твердосплавными пластинами, зафиксированными от проворота штифтами, взаимодействующими с хвостовиками резцов и размещенными в сквозных радиальных каналах корпуса, согласно изобретению штифты выполнены с кольцевой проточкой на наружной поверхности, а их концевые участки армированы АТП, которые установлены с возможностью контакта со стенками скважины и керна, при этом сквозные каналы в корпусе выполнены с кольцевыми расточками, образующими при их совмещении с проточками штифтов кольцевую полость для размещения в них разрезных пружинных втулок для фиксации штифтов от осевого перемещения.
Достижению указанного технического результата способствует также и то, что кольцевые расточки сквозных каналов корпуса и пружинные разрезные кольца выполнены в продольном сечении в виде ответных трапеции, большее основание которых обращено в сторону оси штифта.
Изобретение поясняется чертежами, на котором фиг.1 изображает общий вид инструмента в продольном разрезе; фиг.2 и 3 - разрез А-А на фиг.1 (в исходном и рабочем положении разрезной втулки).
Породоразрушающий инструмент включает корпуса 1 с гнездами 2, в которых установлены резцы 3 с АТП 4, зафиксированные от проворота штифтами 5. Последние могут быть выполнены конической, ступенчатой или цилиндрической формы и пересекают боковую поверхность хвостовиков 6 резцов 3 преимущественно в горизонтальной плоскости и фиксируют их от проворота и выпадения. С этой целью хвостовики 6 резцов 3 выполняют с боковыми пазами 11, которые совмещают с боковой поверхностью штифтов 5. Штифты 5 устанавливают в сквозных каналах 7, соединяющих наружную 8 поверхность корпуса 1 с его внутренней поверхностью 9. Концевые участки штифтов 5 армируют АТП 10, которые устанавливают с возможностью взаимодействия со стенками скважины и керна, т.е. на одинаковом расстоянии от оси породоразрушающего инструмента со скважино- и кернокалибрующими резцами 3. Такая схема размещения штифтов 5 с АТП 10 позволяет значительно усилить калибровку бурового инструмента по наружному и внутреннему диаметрам. В то же время при использовании штифтов 5 с АТП 10 возникает проблема надежной фиксации самих штифтов 5, т.к. в этом случае исключается возможность прессового соединения «штифт 5 - корпус 1» из-за необходимости нагрева корпуса 1 до высокой температуры, что может привести АТП 10 к выходу из строя. Для решения этой проблемы предложено штифты 5 крепить в сквозных каналах 7 корпуса 1 от осевого перемещения посредством разрезных втулок 14, выполненных из пружинного материала. Каждая разрезная втулка 14 размещается в полости, образованной кольцевой расточкой 13 в сквозном канале 7 корпуса 1 и кольцевой проточкой 12 на наружной поверхности штифта 5. Кольцевые расточки 13 сквозных каналов корпуса 1 и пружинные разрезные кольца 14 выполнены в продольном сечении в виде ответных трапеций, большее основание которых обращено в сторону оси штифта 5. В рабочем положении боковые стенки 15 и 16 соответственно кольцевых расточек 13 и разрезных втулок 14 контактируют между собой, благодаря чему обеспечивается жесткая фиксация штифтов 5 от осевого перемещения и сохранность бурового инструмента по внутреннему и наружному диаметрам.
Сборка пород разрушающего инструмента осуществляется следующим образом. После установки в гнездах 2 корпуса 1 резцов 3 в кольцевой проточке 12 на наружной поверхности штифта 5 заподлицо с его наружной поверхностью устанавливают крепежные втулки 14 и фиксируют их в таком положении вспомогательной втулкой 17, наружный диаметр которой больше диаметра сквозного канала 7 со стороны наружной поверхности 8 корпуса 1. При установке штифтов 5 в сквозных каналах 7 дополнительная втулка 17 упирается в корпус 1 и остается снаружи. Пружинная втулка 14 при совпадении с кольцевой расточкой 13 сквозного канала 7 освобождается от и, увеличиваясь в диаметре, плотно прилегает своими боковыми стенками 16 к ответным боковым стенкам 15 расточки 13 сквозного канала 7.
Оснащение концевых участков штифтов 5 АТП 10 повышает калибрующую способность инструмента, а использование разрезных втулок 14 из пружинного материала позволяет крепить штифты 5 без нагрева корпуса 1, благодаря чему гарантируется сохранность АТП от графитизации.
Все это в целом повышает эффективность работы породоразрушающего инструмента