ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ

Полезная модель относится к буровой технике, а именно к породоразрушающему инструменту для вращательного бурения скальных пород на небольшую глубину.
Известен породоразрушающий инструмент [1] для вибровращательного бурения, предназначенный для бурения геологоразведочных скважин с отбором и без отбора керна с использованием высокочастотных вибраторов, напрмер, магнитострикторов. Известный породоразрушающий инструмент [1] содержит корпус и резцы из алмазно-твердосплавных пластин (АТП). Пластины АТП установлены с положительным передним углом. На твердосплавной подложке АТП выполнены радиальные или параллельные оси коронки в проекции на вертикальную плоскость прямолинейные пазы, образующие ребра жесткости. Пластины АТП могут иметь дополнительный надалмазный твердосплавный слой. Известный породоразрушающий инструмент [1] обладает высокой эффективностью бурения, которое осуществляется в две стадии. Одна группа породоразрушающих элементов подготавливает породу к разрушению, а
вторая разрушает. Это происходит путем наложения интенсивной вибрации на опережающие лезвия ребра жесткости. Однако конструкция известного породоразрушающего инструмента [1] очень сложна, а, кроме того, для обеспечения эффективной работы инструмента требуется специальное дорогостоящее оборудование, а именно -магнитострикционный высокочастотный вибратор.
Известна также алмазная зубчато-ступенчатая коронка [2], имеющая более простую конструкцию, включающую корпус и алмазосодержащую матрицу, разделенную торцовыми и внутренними и наружными боковыми промывочными каналами на секторы. Для повышения эффективности работы путем улучшения очистки забоя от шлама, корпус выполнен с наружной кольцевой проточкой, сообщающейся с наружными боковыми промывочными каналами и имеющей поперечное сечение в форме прямоугольной трапеции. Площадь поперечного сечения и внутренних боковых промывочных каналов составляет 0,23-0,33 площади поперечного сечения наружных боковых промывочных каналов. Однако, известная алмазная зубчато-ступенчатая коронка [2], армированная природными, синтетическими алмазами и алмазно-твердосплавными пластинами не предназначена для бурения скальных пород. Она может быть использована только для бурения сравнительно мягких пород.
Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели по своей технической сущности и достигаемому эффекту является буровая коронка [3], выбранная в качестве прототипа. Известная буровая коронка [3] содержит корпус, кольцевой торец которого армирован скважинообразующими и кернообразующими вставками. Вставки расположены двумя отдельными группами на противоположных сторонах кольцевого торца коронки. На одной стороне кольцевого торца размещены подряд три кернообразующие вставки, а на другой стороне, диаметрально противоположной, - пять скважинообразующих вставок. Количество вставок и их соотношение может быть другим. По мере вращения бурового вала коронка разрушает породу. Несимметричная схема расположения скважино- и кернообразующих вставок приводит к радиальному биению коронки за счет неуравновешенности сил, действующих на вставки со стороны стенки скважины и керна. Поперечные вибрации за счет этих сил приводят к разработке ствола скважины до номинального диаметра даже при износе коронки по наружному диаметру. Это обстоятельство является важным преимуществом известной буровой коронки [3], однако, конструктивно коронка выполнена как единое целое с корпусом, что можно отнести к недостаткам конструкции. Кроме того, недостатком прототипа является сложность конфигурации вставок, имеющих цилиндрическую форму, а,
следовательно, и сложность технологии их изготовления. Еще одним недостатком известной буровой коронки [4] является недостаточная жесткость корпуса коронки. Этим обусловлена невозможность ее применения для бурения скальных пород.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение надежности и эксплуатационных возможностей породоразрушающего инструмента при существенном упрощении его конструкции.
Для достижения этого технического результата предлагается породоразрушающий инструмент для вращательного бурения, который, как и наиболее близкий к нему, выбранный в качестве прототипа, состоит из корпуса и вставок. Вставки установлены в пазах, расположенных по кольцу, и чередуются с канавками. Особенностью предлагаемой полезной модели, отличающей ее от известной буровой коронки [3], принятой за прототип, является то, что нижняя часть корпуса оснащена жестко соединенной с ним коронкой, наружный диаметр которой превышает наружный диаметр корпуса. Вставки и канавки расположены на коронке. Вставки выполнены в форме усеченной пирамиды, а канавки выполнены радиально направленными. На наружной поверхности коронки в области канавок выполнены радиальные выборки, а верхняя часть корпуса с помощью дна и ребер жесткости неразъемно соединена с хвостовиком.
Технический результат, достигнутый в предлагаемой полезной модели, получен за счет следующего.
В заявляемой полезной модели предложена конструкция породоразрушающего инструмента, предназначенного для вращательного бурения скальных пород на глубину порядка 1 метра. В отличие от прототипа корпус в заявляемой полезной модели выполнен из двух частей: собственно корпуса и жестко соединенной с ним коронки, наружный диаметр которой превышает наружный диаметр корпуса. Разница в диаметрах упомянутых элементов конструкции способствует уменьшению трения при внедрении породоразрушающего инструмента в скважину.
Кроме того, в отличие от прототипа, снабженного вставками цилиндрической формы, в предлагаемой полезной модели установлены вставки, выполненные в форме усеченной пирамиды, которые работают при разрушении скальных пород более эффективно.
Такие существенные признаки, как радиальное направление канавок, а также наличие радиальных выборок на наружной поверхности коронки облегчают удаление шлама из зоны работы породоразрушающего инструмента, а также предотвращают закусывание режущего инструмента.
В предлагаемой полезной модели верхняя часть корпуса с помощью
дна и ребер жесткости неразъемно соединена с хвостовиком. В результате этого существенно увеличена . жесткость верхней части породоразрушающего инструмента, что является особенно важным для бурения таких твердых пород, как скальные.
Таким образом, совокупность указанных выше признаков позволяет решить поставленные задачи.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, на которых изображены:
на фиг.1 - вид сбоку предлагаемого породоразрушающего инструмента (осевой разрез);
на фиг.2 - вид А на фиг.1 (рабочий торец инструмента, фрагмент).
Породоразрушающий инструмент для вращательного бурения состоит из трубчатого корпуса 1 (см. фиг.1), к нижней части которого приварена коронка 2, имеющая форму кольца, наружный диаметр которого больше, чем наружный диаметр трубчатого корпуса 1. На коронке 2 имеются пазы, в которые впаяны износостойкие вставки 3, выполненные, например, из твердого сплава ВК 6, чередующиеся с радиально направленными канавками 4 (см. фиг.2), предназначенными для удаления шлама. Вставки 3 имеют форму усеченной пирамиды, они выпускаются рядом отечественных и зарубежных фирм. На наружной поверхности коронки 2 в области радиально направленных канавок 4
выполнены радиальные выборки 5, также способствующие удалению отработанной породы. В верхнюю часть трубчатого корпуса 1 вварено дно 6, в отверстие которого устанавливается и также вваривается хвостовик 7, служащий для соединения породоразрушающего инструмента с механизмом, обеспечивающим вращательное движение инструмента. Кроме того, хвостовик 7 соединяется с дном 6 трубчатого корпуса 1 с помощью приваренных к хвостовику 7 и к дну 6 четырех ребер жесткости 8, придающих конструкции породоразрушающего инструмента дополнительную жесткость.
Породоразрушающий инструмент для вращательного бурения работает следующим образом.
Хвостовик 7 породоразрушающего инструмента закрепляется в устройстве для вращательного бурения. Под действием осевой нагрузки и вращающего момента бурового вала, которые передаются через корпус 1 и коронку 2, породоразрушающие вставки 3 внедряются в породу, разрушая ее. Образовавшиеся при этом продукты разрушения выносятся через канавки 4 из зоны работы породоразрушающего инструмента в затрубное пространство потоком промывочной жидкости.
Таким образом, предлагаемый породоразрушающий инструмент для вращательного бурения, имеющий описанную выше конструкцию, обеспечивает повышение надежности и эксплуатационных
возможностей устройства, при этом существенно упрощается конструкция инструмента.