Алмазный буровой инструмент и способ его изготовления

(51)5 Е 21 В 10/46 НИЕ ИЗОБРЕТ ОРСКОУУ СВ ЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Институт сверхтвердых материалов АНУССР(56) Авторское свидетельство СССРйг 791890, кл, Е 21 В 10/02, 1977,Патент США М 2511991,кл,175-330, опублик. 1950.(54) АЛМАЗНЫЙ БУРОВОЙ ИНСТРУМЕНТИ СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к буровому алмазному породоразрушающему инструменту и технологии его изготовления. Цельизобретения - повышение износостойкостиинструмента. Алмазный буровой инструмент содержит стальной корпус 1 со скважинообразующей 2 и калибрующей 3 частямирабочей поверхности, Рабочая поверхностьоснащена породоразрушающими элементами 4 и 5, В корпусе выполнена расточка 6, в которои закреплена промежуточная стальная втулка 7 с центральной вставкой 10. Вставка 10 выполнена в виде износостойкой матрицы, оснащенной породоразрушающими элементами 11 и 12, а также элементами 13, установленными на стыке втулки 7 и износостойкой матрицы 10, Способ изготовления инструмента включает расточку стального корпуса 1, изготовление промежуточной стальной втулки 7, центральной вставки 10 в виде износостойкой матрицы и стальных или графитовых вкладышей 16. Вкладыши 16 размещают на стыке втулки 7 и центральной вставки 10. Затем производят совместное спекание или пропитку втулки 7 и матрицы 10, рассверливают вкладыши 16 и устанавливают породоразрушающие элементы 13. После изготовления центральной части долота ее закрепляют в расточке корпуса 1. Конструкция бурового инструмента и технология его изготовления исключают размыв рабочей поверхности и предотвращают обнажение породоразрушающих элементов.2 с,п, ф-лы,8 ил,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровымдолотам и бурильным головкам, оснащенным алмазосодержащими породораэрушающими элементами, и технологии егоизготовления,Целью изобретения является повышение износостойкости инструмента.На фиг.1 изображено алмазное колонковое долото, продольный разрез; на фиг,2- то же, вид внизу; на фиг,3 - пресс-формадля центральной вставки, разрез; на фиг,4 -алмазное долото для бурения сплошным за- .боем, продольный разрез; на фиг,5 - сечение А - А на фиг.4; на фиг.6 - сечение Б-Б нафиг,4; на фиг.7 - алмазное долото, вид снизу; на фиг.8 - пресс-форма для центральнойвставки, разрез, другое исполнение.Колонковое долото фиг.1) содержитстальной кольцевой корпус 1 со скважинообраэующей 2 и калибрующей 3 частямирабочей поверхности, оснащенными соответственно породоразрушающими элементами 4 и 5 из композиционногоалмазосодержащего материала. Кольцевойкорпус 1 выполнен с центральной цилиндрической расточкой 6, в которой установлена и жестко закреплена промежуточнаявтулка 7 посредством резьбы 8 или сварногошва 9 по линии сопряжения промежуточнойвтулки 7 с корпусом 1.Промежуточная втулка 7 выполнена изстали и размещена между корпусом 1 и центральной вставкой, выполненной в виде износостойкой матрицы 10 и оснащенной порабочей поверхности кернообразующими11 и кернокалибрующими 12 породоразрушающими элементами, а также элементами13, установленными по линии 14 сопряжения промежуточной стальной втулки 7 и износостойкой матрицы 10.Скважинообразующие элементы 13размещены в глухих отверстиях 15, выполненных в стальных или графитовых вкладышах 16, эакрепляемых в теле стальнойвтулки 7. Толщина последней должна бытьравна по крайней мере диаметру державкипородоразрушающих элементов 13, В износостойкой матрице 10 выполнены промывочные пазы 17, сообщающиеся свнутренней полостью корпуса 1 колонкового долота и промывочными пазами 18, выполненными на рабочей поверхности 2корпуса 1, Породоразрушающие элементы4,5, 11 - 13 выполнены из износостойкогокомпозиционного алмазосодержащего, материала, например славутича, твесала и др,Износостойкая матрица 10 выполнена,например, из порошков карбидов вольфрама или других частиц тугоплавких металлов,их карбидов и связующего металла или сплава и имеет твердость 40-60 НЯС.Породоразрушающие элементы 4,5,11 - 13 (фиг.1 и 2) на рабочих поверхностях алмазного бурового инструмента могут быть установлены по спиральным линиям или по шахматной схеме, обеспечивая полное перекрытие забоя скважины.Способ изготовления алмазного колонкового долота включает механическую обработку корпуса с выполнением расточки вдоль оси корпуса, изготовление центральной вставки с оснащением ее породоразрушающими элементами, установку и жесткое крепление центральной, вставки в расточке корпуса посредством промежуточной втулки и дооснащение остальной рабочей поверхности породоразрушающими элементами.Изготовление центральной вставки 10 колонкового долота осуществляют в прессформе, показанной на фиг,3. Пресс-форма состоит из графитовой формочки 19 и пуансона 20, На фасонной поверхности 21 формочки 19 в местах, соответствующих рабочей поверхности матрицы 10, выполняют выемки 22, в которые размещают кернообразующие 11 и кернокалибрующие 12 породоразрушающие элементы, а в местах, соответствующих промывочным пазам 17 на рабочей поверхности матрицы 10, выполняют выступы 23,В формочке 19 размещают промежуточную стальную втулку 7, при этом предварительно по линии 14 сопряжения износостойкой матрицы 10 и втулки 7 устанавливают и закрепляют во втулке, например, пайкой стальные вкладыши 16 или графитовые вкладыши в формочке 19, сориентированные аналогично породоразрушающим элементам,В полость, образованную внутренней поверхностью втулки 7 и фасонной поверхностью 21 формочки 19, засыпают расчетное количество матричного материала: каркас и пропитывающий металл или сплав. В качестве каркаса могут быть применены, например, порошки карбидов вольфрама, зерна или крупка релита и другие, в качестве пропитывающего - медь, цинк, никель и другие.Матрицу 10 совместно с промежуточной втулкой 7 отформовывают под прессом пуансоном 20 и осуществляют операцию спекания или пропитки.После спекания или пропитки получается центральная часть алмазного колонкового долота как единое целое, включающее износостойкую матрицу 10 и стальную втулку 7, так как при этом иэносостойкая матрица припаивлегся к втулке, 1640339На наружной цилиндрической поверхности центральной части колонкового долота нарезают резьбу и устанавливают ее врасточке корпуса.В стальных вкладышах 16 (фиг.1) и нарабочих поверхностях 2 и 3 корпуса 1 сверлят глухие отверстия для размещения породораэрушающих элементов 13, 4 и 5. Впродолжение отформованных в износостойкой матрице 10 промывочных пазов 17фрезеруют промывочные пазы 18 на рабочей поверхности корпуса долота, Породоразрушающие элементы 13, 4 и 5закрепляют, например, пайкой.Выполнение колонкового долота с расточкой вдоль оси корпуса, в которой установлена и жестко закреплена центральнаячасть, выполненная в виде втулки 7, охватывающей износостойкую матрицу 10, на рабочей поверхности которой выполненыпромывочные пазы 17, позволяет исключитьгидроэрозионный размыв рабочей поверхности, промывочных пазов 18 и предотвратить обнажение породоразрушающихэлементов 11 - 13, ликвидировать их выпадение и срез на уровне рабочей поверхности,оптимально оснастить элементами линиюсопряжения втулки и матрицы, а также обеспечивает надежное формирование керна иего калибровку, повышая тем самым процент выноса керна,Оснащение всех рабочих поверхностейколонкового долота породоразрушающимиэлементами, в том числе по линии 14 сопряжения стальной втулки 7 и износостойкойматрицы 10, обеспечивает в процессе бурения эффективное поражение забоя скважины, позволяет разместитьпородоразрушающие элементы по оптимальной схеме и исключить аномальный износ долота в виде кольцевых выработок,Алмазное долото для бурения скважинысплошным забоем (фиг.4) содержит стальной кольцевой корпус 1 со скважинообразующей 2 и калибрующей 3 частями рабочейповерхности, оснащенными соответственно породоразрушающими элементами,скважинообразующими резцами 24 и калибрующими износостойкими вставками 10из композиционного алмазосодержащегоматериала, Скважинообразующие резцы 24приведены на фиг,5 и выполнены, например, в виде стержневой твердосплавной державки 25, передняя грань которойармирована алмазно-твердосплавной пластиной 26, включающей опорный слой 27твердого сплава и алмазный поликристаллический слой 28.Корпус 1 (фиг.4) выполнен с центральной цилиндрической расточкой 6 вдоль оси50 55 10152030 35 4045 корпуса, в которой установлена и жестко закреплена промежуточная втулка 7 с применением, например, резьбы 8 и сварного шва 9 по линии сопряжения втулки 7 с корпусом 1. Центральная вставка 10 оснащена по рабочей поверхности скважинообраэующими резцами 29, а также по линии 14 сопряжения стальной втулки 7 ииэносостойкой матрицы 10 - скважинообраэующими резцами 30, выполненными, напримерр, в виде стержневых твердосплавных державок, передняя грань которых армирована алмазно-твердосплавными пластинами.Резцы 29 (фиг,6) выполнены, например, в виде дисковой твердосплавной державки 31, армированной алмазно-твердосплавной пластиной 26, и размещены в выемках 32износостойкой матрицы 10,Резцы 30 (фиг.4), располагаемые по линии 14 сопряжения стальной втулки 7 и иэносостойкой матрицы 10, размещены в выемках (глухих отверстиях ) 15, выполненных в стальных вкладышах 16. закрепляемых в теле втулки 7, Пересекающиеся с втулкой 7 и матрицей 10 резцы 30 размещаются в стальных вкладышах 16 до тех пор, пока они не выйдут за зону износостойкой матрицы 10, поэтому толщина стальной втулки 7 должна быть равна по крайней мере ширине (диаметру) державки резца 30.В матрице 10 выполнены промывочные пазы 17, сообщающиеся с внутренней полостью долота каналами 33 и промывочными пазами 18, выполненными на рабочей поверхности корпуса 1.Изготовление центральной части долота осуществляют в пресс-форме, приведенной на фиг.8. Пресс-форма состоит из графитовой формочки 19 и пуансона 20. На фасонной поверхности 2 1 формочки 19 в местах, соответствующих рабочей поверхности матрицы 10, выполняют выемки 34, в которые размещают графитовые вкладыши 35, образующие выступы с целью получения выемок 34 в износостойкой матрице 10 для последующего размещения резцов 29, Промывочные каналы ЗЗ и пазы 17 в износостойкой матрице 10 отформоаываются графитовыми вкладышами 36.В формочке 19 размещают стальную втулку 7, при этом предварительно по линии 14 сопряжения износостойкой матрицы 10 и втулки 7 устанавливают и закрепляют во втулке 7, например пайкой, стальные вкладыши 16 или графитовые вкладыши в формочке 19, сориентированные аналогично державкам резцов 30,В полость, образованную внутренней поверхностью втулки 7 и фасонной поверхностью 21 формочки 19, засыпают матричный материал, Матрицу 10 совместно с охватывающей втулкой 7 отформовывают под прессом пуансоном 20 и осуществляют операцию спекания или пропитки, при которой одновременно со спеканием матрицы она припаивается к втулке.На наружной цилиндрической поверхности втулки 7 нарезают резьбу и устанавливают ее в расточке корпуса и,закрепляют, например, сваркой.В стальных вкладышах 16 (фиг,4) на рабочих поверхностях 2 и 3 корпуса 1 сверлят глухие отверстия - выемки для размещения резцов 24 и 30 и элементов 5. В продолжение промывочных пазов 17 центральной вставки фрезеруют промывочные пазы 18,. В глухих отверстиях 15 и выемках 32 размещают резцы 24, 30 и 29, элементы 5 и закрепляют их, например, пайкой.Выполнение долота с расточкой вдоль оси корпуса, в которой закреплена центральная износостойкая вставка посредством промежуточной стальной втулки, позволяет исключить гидроэрозионный размыв рабочей поверхности и промывочных каналов, а также предотвратить обнажение породоразрушающих элементов в процессе бурения.Формула изобретения 1. Алмазный буровой инструмент, содержащий стальной корпус с рабочей поверхностью, центральную вставку в корпусе, породоразрушающие элементы и промывочные пазы на рабочих поверхностях корпуса и центральной вставки, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышенияизносостойкости инструмента, он снабжен промежуточной стальной втулкой, размещенной между корпусом и центральной вставкой, которая выполнена в виде износо стойкой матрицы, причем на стыке втулки ицентральной вставки установлены породоразрушающие элементы,2. Способ изготовления алмазного буро вого инструмента. включающий расточкустального корпуса, изготовление центральной вставки, оснащение рабочих поверхностей вставки и корпуса породоразрушающими элементами, закрепление центральной 20 вставки в расточке корпуса, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью повышения износостойкости инструмента, центральную вставку выполняют как износостойкую матрицу, при этом изготавливают промежу точную стальную втулку и стальные или графитовые вкладыши, которые размещают на стыке втулки и центральной вставки, после чего производят совместное спекание или пропитку втулки и матрицы, затем рас сверливают вкладыши, на место которыхустанавливают породоразрушающие элементы,727 И 55 79 Фиг,8 Тираж 372 ПодписноеГосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5