RU19082U1

RU19082U1 - Коронка для ударно-вращательного бурения

Info

Publication number: RU19082U1
Application number: RU2001100039/20U
Authority: RU
Inventors: И.А. Дашин
Original assignee: Дашин Иван Алексеевич; Постников Валерий Иванович; Шевчук Сергей Прохорович; Горбатых Владимир Григорьевич
Priority date: 2001-01-04
Filing date: 2001-01-04
Publication date: 2001-08-10

Abstract

Коронка для ударно-вращательного бурения, включающая корпус с присоединительным элементом, например в виде хвостовика, и породоразрушающие твердосплавные вставки в виде цилиндрических штырей, например с полусферическими головками, размещенные концентрическими рядами в гнездах головной части корпуса, боковая поверхность которой имеет обратную конусность и шламоотводящие пазы, отличающаяся тем, что геометрические оси штырей периферийного ряда составляют с геометрической осью корпуса угол αв пределах 30≅α≅50, а штыри ряда, примыкающего к периферийному, смещены таким образом, что траектория контуров их головок перекрывает траекторию контуров головок штырей периферийного ряда, причем максимальный радиальный размер δ зоны перекрытия находится в пределах 0,15≅δ≅0,45s, где s - максимальный радиальный размер проекции головки штыря периферийного ряда на плоскость, перпендикулярную оси корпуса, причем геометрические оси штырей ряда, примыкающего к периферийному, составляют с геометрической осью корпуса угол αв пределах 0≅α≅30.

Description

- . « о « ° МПК Е21 в 10/36

КОРОНКА ДЛЯ УДАРНО-ВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ

Полезная модель относится к буровой технике, в частности к нородоразрушающему инструменту, иснользуемому для ударно-вращательного бурения скважин.

Нзвестна коронка для ударно-вращательного бурения но авторскому свидетельству СССР № 1209821, кл. Е 21 В 10/36, содержащая корпус, состоящий из головной части и хвостовика, причем корпус выполнен с продувочным отверстием, радиальными и боковыми каналами; головная часть корпуса оснащена твердосплавными вставками щтыревого типа и имеет центральную керноприемную полость (углубление), а высота перьев меньше глубины цилиндрических гнезд под штыри. Такое решение позволяет увеличить прочность корпуса в зопе перьев, но не затрагивает основную причину выхода коронок из строя, связанную с опережающим выходом из строя штырей периферийного ряда. Дело в том, что средняя толщина тела корпуса коронки в зоне установки штырей нериферийного ряда (среднее расстояние от боковой поверхности корпуса до поверхности гнезда под штырь) невелика и при ее уменьшении, вследствие абразивного износа и переточек, нолости гнезд вскрываются, крепление штырей ослабевает, и они выпадают из гнезд. Кроме того, штыри нериферийного ряда более нагружены, носкольку, в отличие от штырей других рядов, не только разрушают породу дна скважины, но и калибруют стенку скважины. В дополнение ко всему, за один оборот коронки штыри периферийного ряда проходят больший путь, чем штыри внутренних рядов и, следовательно, подвергаются большему абразивному износу.

Известна также коронка для ударно-вращательного бурения по авторскому свидетельству СССР № 1266954, кл. Е 21 В 10/36, содержащая корпус, состоящий из головной части и хвостовика, и режущие твердосплавные вставки в виде штырей, размещенных концентрическими рядами в гнездах головной части корнуса, центральная часть которой выполнена плоской, а периферийная - конической. Геометрические оси штырей перпендикулярны рабочей поверхности головной части корпуса. В корпусе выполнено одно продольное продувочное отверстие и радиальные каналы, соединенные со шламоотводяш,ииими пазами, выполненными на боковой поверхности головной части корпуса. Эта боковая поверхность имеет периферийный поясок с уступом, выполненный в виде конической поверхности обратной конусности, причем угол наклона образуюпдей последней к продольной оси корпуса составляет 5...7°, а высота уступа составляет 1/5... 1/6 диаметра коронки. Такое решение позволяет увеличить ресурс коронки между переточками, но на полный ресурс, определяемый выходом из строя штырей периферийного ряда, влртяет незначительно.

Одним из простых способов увеличения средней толш;ины тела корпуса коронки в зоне гнезд штырей периферийного ряда является увеличение угла наклона осей этих штырей относительно оси коронки. Однако, как показали эксперименты, проведенные заявителем, увеличение угла наклона свыше 30° приводит при прочих равных условиях к интенсивному скалыванию головок штырей, а при замене материала штырей на более высокопрочный (с большим содержанием кобальта) - к выпадению штырей из гнезд. Это обьясняется тем, что чем больше увеличивается угол наклона осей штырей, тем больше оси штырей отклоняются от направления суммарной реакции забоя (реакции дна и стенки скважины), в результате чего величина составляющей реакции (направленной перпендикулярно оси штыря) становится настолько большой, что создаваемые ею изгибающие напряжения превышают предельно допустимые для данного материала штырей, и головки штырей скалываются. Замена материала на более высокопрочный устраняет скалывание головок штырей, но не устраняет выпадение штырей из-за их расшатывания в гнездах в результате импульсного воздействия нормальной составляющей реакции забоя.

Задачей полезной модели было создание такой коронки для ударновращательного бурения, которая позволяет повысить ее ресурс за счет увеличения средней толщины корпуса в зоне гнезд под штыри периферийного ряда и, как следствие, увеличения времени абразивного износа до ослабления крепления штырей, при одновременном исключении чрезмерных изгибающих (скалывающих и/или расщатывающих) усилий, действующих на головки штырей.

Для решения этой задачи с получением указанного технического результата предлагаемая коронка для ударно-вращательного бурения скважин включает корпус с присоединительным элементом, например в виде хвостовика, и породоразрушающие твердосплавные вставки в виде цилиндрических штырей, например с полусферическими головками, размещенные концентрическими рядами в гнездах головной части корпуса, боковая поверхность которой имеет обратную конусность и шламоотводящиее пазы. Отличительной особенностью предлагаемой коронки является то, что геометрические оси штырей периферийного ряда составляют с геометрической осью корпуса угол ai в пределах 50°, а штыри ряда, примыкающего к периферийному, смещены таким образом, что траектория контуров их головок перекрывает траекторию контуров головок штырей периферийного ряда, причем максимальный радиальный размер 5 зоны перекрытия находится в пределах 0,15 s 5 0,45 s, где s -максимальный радиальный размер проекции головки штыря периферийного ряда на плоскость, перпендикулярную оси корпуса, причем геометрические оси штырей ряда, примыкающего к периферийному, составляют с геометрической осью корпуса угол ai в пределах 0° а2 30°.

Таким образом, увеличенный угол ai позволяет получить дополнительный запас тела корпуса на абразивный износ, перекрытие на размер 5 устраняет чрезмерную изгибающую нагрузку на штыри периферийного ряда, вызванную увеличением угла аь а угол а2 компенсирует отклонения

реакции забоя на штыри ряда, примыкающего к периферийному, вызванное их смещением для получения зоны перекрытия.

Сущность полезной модели иллюстрируется чертежами, где изображено:

на фиг. 1 - коронка для ударно-вращательного бурения, общий вид, совмещенный с продольным разрезом;

на фиг. 2 - то же, вид А на фиг. 1;

на фиг. 3 - то же, сечение Б-Б на фиг. 1;

на фиг. 4 - то же, часть разреза В-В на фиг. 2;

на фиг. 5 - то же, часть разреза Г-Г на фиг. 2 (увеличенное изображение).

Предлагаемое устройство представляет собой коронку для ударновращательного бурения, которая состоит из корпуса 1 (фиг. 1) и породоразрушающих твердосплавных вставок 2 (фиг. 1 и 2). Корпус 1 имеет головную часть 3 и присоединительный элемент 4. К центральному, например плоскому, участку 5 головной части 3 корпуса 1 примыкает промежуточная, например коническая, поверхность 6, сопряженная с нериферийной, например конической, поверхностью 7. Боковая поверхность 8 головной части 3 выполнена конической с обратной конусностью (например с углом наклона образующей у 10) и имеет несколько, например шесть, шламоотводящих, например асимметричных пазов 9. Часть пазов 9, нанример три, могут быть углублены в тело корпуса 1 с образованием каналов 10. Присоединительный элемент 4 выполнен, например в виде двухступенчатого цилиндрического хвостовика, примыкающая к головной части 3 ступень 11 которго выполнена большего диаметра и имеет шпоночный паз 12 (фиг. 1 и 3), а концевая с плоским торцом 13 ступень 14 меньшего диаметра. В зависимости от схемы очистки забоя сжатым воздухом (воздушно-водяной смесью), корпус 1 может иметь сквозное нродувочное отверстие 15.

Породоразрушающие твердосплавные вставки 2 выполнены в виде штырей, имеющих цилиндрическое тело 16 (фиг.4) и, например полусферическую, головку 17. Штыри 2 закреплены, например с помощью натяга, в гнездах 18 головной части 3 корпуса 1, расположенных концентрическими рядами. Причем геометрические оси 19 штырей 2 периферийного ряда 20 составляют с геометрической продольной осью 22 корпуса 1 угол ai (фиг.1), который находится в пределах 30° ai 50 .Траектории контуров 23 (фиг.5) головок 17 штырей 2 периферийного ряда 20 и примыкающего к нему ряда 21 перекрываются на размер 5, который находится в пределах 0,15s 5 0,45s , где s -максимальный радиальный размер проекции головки 17 штыря 2 периферийного ряда 20 на плоскость 25 и перпендикулярную оси 22 корпуса 1. Геометрически зона перекрытия 24 представляет собой кольцо с радиальным сечением LMN, ограниченное с внешней стороны траекторией части контура 23 головки 17 штыря 2 ряда 21 (кривая LN), с внутренней стороны - то же ряда 20 (кривая LM), а снизу - частью поверхности 7 (линия MN). Максимальный радиальный размер 5 зоны перекрытия 24 представляет собой размер КМ проекции сечения LMN на плоскость 25, перпендикулярную оси 22 корпуса 1, и может быть определен как 5 R|-R2, где RI и R2 - радиусы соответственно окружностей 26 и 27 с центром О (фиг. 2) на оси 22, являющихся внешней и внутренней границами проекции зоны перекрытия 24 на плоскость 25. Геометрические оси 19 штырей 2 ряда 21, примыкающего к периферийному, составляют с геометрической продольной осью 22 корпуса 1 угол а2 (фиг. 4), который находится в нределах 0° а2 30°.

Работает предлагаемая коронка следующим образом. Под воздействием вращающего момента MB, передаваемого коронке буксой 28 погружного ударника (фиг. 1 и 3), например через шпонку 29, и ударных импульсов Р, наносимых ударником по торцу 13, штыри 2 производят разрушение породы 30 в зоне забоя 31 скважины 32. Частицы 33 разрушенной породы

удаляются с забоя отработанным сжатым воздухом (воздушно-водяной смесью) 34, выходящим из продувочного отверстия 15 и проходящим через пазы 9 и каналы 10 . В зависимости от конструкции ударника возможна боковая продувка через каналы 10. Особенностью в работе предлагаемой коронки является то, что благодаря перекрытию на размер 5, на долю штырей 2 периферийного ряда 20 приходится меньший, чем у известных коронок объем бурения породы дна скважины при неизменном объеме калибрования стенки скважины, в результате чего суммарная реакция забоя на штыри 2 ряда 20 по направлению приближается к осям 19 этих штырей и не создает в них чрезмерных изгибающих напряжений.

Использование предлагаемой полезной модели обеспечивает увеличение ресурса коронки как непосредственно за счет увеличения запаса на износ тела коронки в зоне гнезд под штыри периферийного ряда и снижения изгибающих (скалывающих) напряжений в теле штырей, так и дополнительно за счет возможной замены твердосплавного материала штырей на менее прочный, но более стойкий на истирание, т.е. с пониженным содержанием связки (кобальта) и повышенным содержанием карбидов, и к тому же более дешевый.

Claims

Коронка для ударно-вращательного бурения, включающая корпус с присоединительным элементом, например в виде хвостовика, и породоразрушающие твердосплавные вставки в виде цилиндрических штырей, например с полусферическими головками, размещенные концентрическими рядами в гнездах головной части корпуса, боковая поверхность которой имеет обратную конусность и шламоотводящие пазы, отличающаяся тем, что геометрические оси штырей периферийного ряда составляют с геометрической осью корпуса угол α₁ в пределах 30^o≅α₁≅50^o, а штыри ряда, примыкающего к периферийному, смещены таким образом, что траектория контуров их головок перекрывает траекторию контуров головок штырей периферийного ряда, причем максимальный радиальный размер δ зоны перекрытия находится в пределах 0,15≅δ≅0,45s, где s - максимальный радиальный размер проекции головки штыря периферийного ряда на плоскость, перпендикулярную оси корпуса, причем геометрические оси штырей ряда, примыкающего к периферийному, составляют с геометрической осью корпуса угол α₂ в пределах 0≅α₂≅30^o.