Породоразрушающий инструмент

(19) И 1) 151) 4 Е 21 В 10/46 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ КК 0 аа 8 )н 1 ЕД,; )."."3 ;,. Б;1 БЛ)1 О-А Фиг. 1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Институт сверхтвердых материалов АН УССР и Всесоюзный научно-исследовательский институт буровой техники (72) И.Ф.Вовчановский, И.И.Барабашкин, Я.А.Эдельман, Е.М.финкельштейн, Н.А.Бондаренко и А.В.Бляхер(56) Авторское свидетельство СССР У 690160, кл. Е 21 В 10/42, 1978,Авторское свидетельство СССР У 1110888, кл. Е 21 В 10/48, 1982.(57) Изобретение относится к буровой технике. Цель - повышение эффективности работы и экономии абразива и матричного материала. Инструмент содержит корпус 1 с промывочными каналами 2. На рабочем торце корпуса 1 закреплены износостойкие элементы в виде абразивосодержащей матрицы с изменяющимися вдоль радиусаинструмента концентрацией абразиваи твердостью матричного материала.Концентрация абразива в матрице увеличивается линейно от центра к периферии инструмента. Твердость матричного материала уменьшается в том женаправлении обратно пропорциональноувеличению концентрации абразива.Это позволяет получить одинаково износостойкое и равнопрочное вооружение вдоль радиуса инструмента, судалением от центра долота удельныенагрузки на .элементы уменьшаются, ноувеличиваются линейные скорости перемещения и объем разрушаемой породы.В результате их износ носит абразивный характер. 2 ил.Изобретение относится,к буровойтехнике, а именно к породоразрушающему инструменту,Цель изобретения - повышение эф"фективности работы инструмента и5экономия абразива и матричного мате"риала.На фиг.1 изображен породоразрушающий инструмент, разрез; на фиг,2 то же, вид с рабочего торца.Инструмент содержит корпус 1 спромывочными каналами 2 и закрепленные на рабочем торце корпуса износостойкие элементы 3 в виде абразивосодержащей матрицы. На фиг.1 и 2изображен вариант, когда в качествеизносостойких элементов используются отдельные вставки. Концентрацияабразива в матрице вставок и твердость самого матричного материалаизменяется вдоль радиуса инструмента,причем от центра к периферии инструмента концентрация абразива увеличивается линейно, а "твердость матричного материала в, том же направленииуменьшается обратно пропорциональноувеличению концентрации абразива,т.е. в центральной части инструмента,располагаются иэносостойкие вставки 30с малой концентрацией абразива ибольшой твердостьюматричного материала, а на периферии наоборот - сбольшой концентрацией абразива и малой твердостью матричного материала.В общем случае размещение вставокна рабочем торце инструмента выполняется в соответствии с формулойх, Уа - -Ь, где У - концентрацияю40абразива в матрице вставки; х - уда-,ленИе вставки от центра инструмента,0х 6 К; К - радиус инструмента;а - градиент концентрации абразивавдоль радиуса инструмента Ь - миниф45мально допустимая концентрация абразива в матрице вставки.Численные значения а и Ь определяются экспериментально путем тренияизносостойких элементов с разной концентрацией абразива о блоки горныхпород различной крепости и абразив"ности,Установлено, что градиент концентрации абразива а равен 253 для неабразивных пород средней крепостии 503 для крепких пород независимоот их абразивности, а минимальнаяконцентрация абразива Ь составляет 757 для не абразивных пород средней крепости и крепких и 1003 для абразивных пород любой крепости.П р и м е р. В качестве примера взято буровое долото диаметром 200 мм с вооружением в виде износостойких вставок, изготовленных из композита на основе твердого сплава и алмазного наполнителя.В зависимости от абраэивности и крепости пород долото должно иметь следующую концентрацию алмазов в твердом сплаве вставок вдоль радиуса долота:Для крепких абразивных пород,Т щ 50 -" - + 100 = 100 Ж при 1 100 х 1 мм, т.е. в центре долота;Т, 50 + 100 1253 при50х50 мм, т.е. в средней части долота;Т50 в + 100 щ 1503 при100э 100хВ.100 мм, т.е. на перифериидолота.Для крепких не абразивных породТ50 -- + 75 - 7531,- 100.Ф Т50 в -" + 751003;50з 100Т = 50 -- + 751253,1003 100Для не абразивных пород среднейкрепостит, - 25 00 + 75 - 75 З;У25 -- + 75 = 90 Хф50100 фТ 25, --- + 75 100 Ж.100100Твердость матричного материала(твердого сплава) должна изменятьсяследующим образомгДля первого варианта:Е, . =001;11Е " -- = 0 0081 у фЕ= , 0,0067,13618574удельные нагрузки при относительноневысоких линейных скоростях перемещения, вследствие чего их износ происходит преимущественно за счет ска 5лывания и разрушения матричного материала при небольшом абразивном износе. С удалением от центра долотаудельные нагрузки на элементы уменьшаются, но увеличиваются линейныескорости перемещения и объем разрушаемой породы, В результате их износначинает носить абразивный характер,Размещение на рабочем торце по родоразрушающего инструмента износостойких элементов, концентрация абразива в матричном материале которыхлинейно возрастает от центра к периферии долота, а твердость матричногоматериала в том же направлении уменьшается обратно пропорционально увеличению концентрации абразивй, позволяет получать одинаково износостойкое и равнопрочное вооружение вдоль р 5 радиуса инструмента. Все это повышает эффективность работы инструмента при одновременной экономии абразива и матричного материала. 14 Для второго варианта 12 = -= 0 013у 9 Ф12=- -- =001у Э Эг12 -- = 0 0008у Уз 1У,11У= 0,011; 2а 0,01. Долото работает следующим образом,Под действием передаваемых на долото осевой нагрузки и крутящего момента износостойкие элементы своими выступающими из тела матрицы абразивными частицами разрушают породу путем ее истирания. В процессе бурения износостойкие элементы, расположенные в центральной части рабочего торца долота, испытывают повышенные Для третьего варианта Значения твердости матричного материала получены в относительных единицах, Величина твердости в абсолютных единицах определяется следующим образом. Если износостойкие элементы центральной части долота изготавливаются из твердого сплава марки ВК 6 с твердостью 90 ед, то элементы средней и периферийной частей - иэ твердого сплава с твердостью, определяемой из соотношения 2, ; 2 : 2 , Так, относительные твердости матричного материала износостойких элементов у долота по третьему варианту соотносятся как 1,0: :1,18:1,3. Отсюда твердость матричного материала вставок, размещенных в средней части рабочего торца долота, составляет 76 ед., а на перифе рии - 69 ед. ЗОФормула изобретения Породоразрушающий инструмент,содержащий корпус с промывочными каналами и закрепленные на рабочем торце корпуса износостойкие элементы 35в виде абразивосодержащей матрицы с изменяющимися вдоль радиуса инструмента концентрацией абразива и твердостью матричного материала, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности работы и экономии абразива и матричного материала, концентрация абразива в матрице увеличивается линейно от цен 45тра к периферии инструмента а тверЭдость матричного материала уменьшается в том же направлении обратно пропорционально увеличению концентрации абразива.1461857 Корректор С.Подписное актор М.Банду раж 51 твенного комитета по изобретениям 113035, Москва, ЖРауаская н оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Уагород ул. Гагарина,10 Заказ 64 ВНЮЩИ Го Составитель В.ЯкимовТехред М.Дидык открытиям при ГЕНТ СССР