Породоразрушающий элемент

(19) 1 В 10/46, 10/52 5) ИСАН БРЕТЕНИ К АВТОРСКО ТЕЛЬСТ иалов А оронин, нкельш- Цыпин е синтетижин за руед. работ;1988, с.7,м к изобре ющий элем индрическном иэ его личес кую сти, диаме товикэ. Наиболее близки ется породоразруша жащий хвостовик цил закрепленную на од мазную поликристал виде диска или его ча равен диаметру хвос ению являент, содеройформы и торцов алпластину вр которого ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР .(71) Институт сверхтвердых матеУССР(56) Патент США ЛЬ 4699277,кл. 175-329, опублик.1987,Кардыш В.Г, и др, Применени ческих алмазов для бурения сква бежом. Техн, и технол, геол.-разв орг. пр-ва, Обзор ВИЭМС, - М рис,1, с.8, табл.3,Изобретение относится к производству.бурового алмазного инструмента, а именно к изготовлению породоразрущающих элементовсодержащих алмазные .поликристаллические пластины, предназначенных для оснащения долот, коронок и другого инструмента, работающего в условиях интенсивного абразивного воздействия.Известна конструкция породоразрушающего элемента цилиндрической формы, содержащего алмазные поликристаллические пластины в виде круглого стержня или его,сектора. Пластины размещены в матричном материале, одинаково ориентированы и находятся в непосредственной близости друг от друга или удалены друг от друга,Недостатком конструкции является наличие протяженных участков матричного материала между алмазными пластинами, которые вырабатываются породой в процессе бурения, в результате чего существен(54) ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ (57) Использование: армирование рабочих торцов бурового инструмента, Сущность изобретения:, породоразрушающий элемент содержит хвостовик цилиндрической формы и закрепленную на одном из его торцов алмазную поликристаллическую пластину в виде нескольких секторов диска, диаметр которого равен диаметру хвостовика. Сектора размещены сзазором относительно друг друга. Величина зазора составляет 0,02-0,22 величины радиуса диска, Количество секторов равно двум, а их центральные углы составляют 60 или 90. Количество секторов равно трем, а их цен гральные углы составляют 60 О. В последнем случае центральный угол среднего сектора может быть равен 90 О. 3 з.п,ф-лы, 4 ил. но ухудшается удержание пластин в породоразрушающем элементе, что влечет за собой их выпадение и снижение стойкости элемента в целом.Известна также конструкция породоразрушающего элемента в форме круглой алмазно-твердосплавной пластины.Недостатком такой конструкции является непрерывность алмазного слоя, в силу низкой трещиностойкости которого возникающие в нем трещины распространяются через весь слой, приводя к выходу из строя породоразрушающего элемента.1738994 5 10 20 30 35 40 45 50 55 Недостатки этой конструкции те же, что и предыдущей.Целью изобретения является повышение стойкости породоразрушающих элементов для бурового инструмента.Указанная цель достигается за счет того, что в породоразрушающем элементе, содержащем хвостовик цилиндрической фоомы и закрепленную на одном из его торцов алмазную поликристаллическую пластину в виде диска или его части, диаметр которого равен диаметру хвостовика, алмазная пластинка выполнена в виде нескольких секторов диска, размещенных с зазором относительно друг друга. причем 15 величина зазора составляет от 0,02 до 0,22 величины радиуса диска,На фиг.1 и 2 представлен породораэрушающий элемент; на фиг.З и 4 - то же, другое исполнение,Породоразрушающий элемент содержит алмазную поликристаллическую пластину 1, закрепленную на торце хвостовика цилиндрической формы 2, причем алмазная пластина выполнена в виде нескольких сек.- торов диска (диаметр которого равен диаметру хвостовика), размещенных с зазором относительно друг друга, величина которого составляет от 0,02 до 0,22 величины радиуса диска г.Породоразрушающий элемент, изображенный на фиг.2 а, содержит алмазную пластину 1 в виде трех секторов. расположенных в верхней части элемента, в которых центральный угол а составляет 60. Элемент на фиг.2 б также содержит пластину 1 в виде трех секторов, из которых средний имеет центральный угол а, равный 90,а два боковых - по 60 О. Элемент на фиг.2 в содержит алмазную пластину 1 в виде двух секторов с центральными углами гт, равными 60 или 90 О.Элемент работает следующим образом.Элемент закрепляют в буровом инструменте (дологе или коронке) так, что его рабочей гранью является торцевая поверхность, оснащенная алмазной пластиной. В процессе работы инструмента разрушение породы путем резания производится верхней половиной породоразрушающего элемента. Поскольку матричный материал, из которого изготовлен элемент, в его рабочей части присутствует лишь в виде тонких прослоек в зазорах между секторами алмазной пластины шириной менее 0,22 величины ее радиуса г, то износ его в процессе бчоения минимален. Увеличение величины зазора в свыше 0,22 г приводит к возрастанию вырабатывания матричного материала породой при бурении, а следовательно, к ослаблению удержания секторов алмазной пластины в породоразрушающем элементе и снижению его стойкости. С другой стороны, величина зазора менее 0,22 г обычно оказывается недостаточной для останова трещины, распространяющейся в одном из секторов, вследствие чего возрастает вероятность выхода из строя породоразрушающего элемента из-за его разрушения,При бурении мягких и средней крепости пород нижняя половина породоразрушающего элемента подвержена значительно меньшему износу, поэтому она может состоять целиком из матричного материала. В этом случае секторы алмазной пластины располагают лишь в верхней(рабочей) части элемента, благодаря чему расход пластин снижается вдвое при неизменной износостойкости породоразрушающего элемента.Процесс изготовления и испытания породоразрушающих элементов.П р и м е р. В условиях высоких давлений и температур изготавливают алмазные поликристаллические пластины в форме секто ра диска с углом при вершине 60 и 90, высотой 4 мм, Радиус сектора во всех случаях составляет 6,75 мм. Длина плоских боковых граней равняется 6,65: 6,6, 5,85; 5,2 и 5 мм, Из этого же материала изготавливают партию круглых алмазных пластин диаметром 13,5 мм и высотой 4 мм. Затем изготавливают методом порошковой металлургии партию породоразрушающих элементов по 6 шт. диаметром 13,5 мм и высотой 10 мм, содержавшие 6 алмазных пластин (фиг.1), величина заполненного матричным материалом зазора между которыми составляет 0,1; 0,15; 0,9; 1,5 и 1,75 мм, т.е, соответственно 0,015; 0,02; 0,13; 0,22 и 0,26 г, Изготовлены также партии элементов с тремя и двумя алмазными пластинами (фиг.3 и 4), в которых толщина прослоек составляет 0,9 мм (0,13 г), Изготовлены также известные породоразрушающие элементы, оснащенные сплошной алмазной пластиной диаметром 13,5 мм,Испытания породоразрушающих элементов на стойкость производят путем строгания плиты кварцевого песчаника на стенде, выполненном на базе продольнострогального станка при следующих параметрах; глубина резания 0,5 мм, поперечная подача 3,5 мм, скорость резания 0,25 м/с,В качестве критерия стойкости породоразрушаощего элемента определяют путь, пройденный им при строгании до выхода из строя. Более высокую стойкость имеют породоразрушающие элементы с шириной пГлслойки между алмазными пластинами,равной 0,02 - 0,22 (0,15 - 1,5 мм). В этом случае выход их из строя происходит в результате износа алмазных пластин, Уменьшение толщины зазора менее 0,02 г приводит к возрастанию количества породоразрушающих элементов, разрушающихся в процессе испытаний, а увеличение свыше 0,22 г - к выпаданию алмазных пластин, В обоих случаях стойкость породоразрушающих элементов значительно снижается,Таким образом, предлагаемый породоразрушающий элемент позволяет повысить стойкость в 1,3-1,4 раза по сравнению с известными элементами,Формула изобретения 1.Породоразрушающий элемент, содержащий хвостовик цилиндрической формы и закрепленную на одном из его торцов алмазную поликристаллическую пластину в виде диска или его части, диаметр которогоравен диаметру хвостовика, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышениястойкости, алмазная пластина выполнена в5 виде нескольких секторов диска, размещенных с зазором относительно. друг друга, причем величина зазора составляет от 0,02 до0,22 величины радиуса диска,2.Элемент по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я10 тем, что алмазная пластина выполнена ввиде двух секторов, центральные углы которых составляют 60 или 90 О,З.Элемент по п,1,.о т л и ч а ю щ и й с ятем, что алмазная пластина выполнена в15 виде трех секторов с центральными углами,составляющими 60 О.4.Элемент по п.З, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что центральный угол среднего секторасоставляет 90.20Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 1985 Тираж ВНИИПИ Государственного комит 113035, МоскваПодписноепо изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС