SU1461857A1 - Породоразрушающий инструмент - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  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 измен ющимис  вдоль радиуса инструмента концентрацией абразива и твердостью матричного материала. Концентраци  абразива в матрице увеличиваетс  линейно от центра к периферии инструмента. Твердость матричного материала уменьшаетс  в том же направлении обратно пропорхцюнально увеличению концентрации абразива. Это позвол ет получить одинаково износостойкое и равнопрочное вооружение вдоль радиуса инструмента, с удалением от центра долота удельные нагрузки на элементы уменьшаютс , но увеличиваютс  линейные скорости перемещени  и объем разрушаемой породы. В результате их износ носит абразивный характер. 2 ил. с сл

Description

Фиг. 1

Изобретение относитс  .к буровой технике, а именно к породоразрушаю- щему инструменту.

Цель изобретени  - повышение эффективности работы инструмента и экономи  абразива и матричного материала .

На фиг.1 изображен породоразру- шающий инструмент, разрез; на фиг.2- то же, вид с рабочего торца.

Инструмент содержит корпус 1 с промывочными каналами 2 и закрепленные на рабочем торце корпуса износостойкие :элемен ты 3 в виде абразив о- содержащей матрицы. На фиг.1 и 2 изображен вариант, когда в качестве износостойких элементов используютс  отдельные вставки. Концентраци  абразива в матрице вставок и твердость самого матричного материала измен етс  вдоль радиуса инструмента причем от центра к периферии инст румента концентраци  абразива увеличиваетс  линейно, а твердость матрич ного материала в. том же направлении уменьшаетс  обратно пропорционально увеличению концентрации абразива, т.е. в центральной части инструмента располагаютс  износостойкие вставки с малой концентрацией абразива и большой твердостью матричного материала , а на периферии наоборот - с большой концентрацией абразива и малой твердостью матричного материала.

В общем случае размещение вставок на рабочем торце инструмента выполн етс  в соответствии с формулой

У а--г- + Ь, где Y - концентраци  к . .

абразива в матрице вставки; х - удаление вставки от центра инструмента, R - радиус инструмента; а - градиент концентрации абразива вдоль радиуса инструмента; b - минимально допустима  концентраци  абразива в матрице вставки.

Численные значени  а и b определ ютс  экспериментально путем трени  износостойких элементов с разной концентрацией абразива о блоки горных пород различной крепости и абразивности .

Установлено, что градиент концентрации абразива а равен 25% дл  не абразивных пород средней крепости и 50% дл  крепких пород независимо от их абразивности, а минимальна  концентраци  абразива b составл ет

0

5

5

0

75% дл  не абразивных пород средней крепости и крепких и 100% дл  абразивных пород любой крепости.

Пример. В качестве примера вз то буровое долото диаметром 200 мм с вооружением в виде износостойких вставок, изготовленных из композита на основе твердого сплава и алмазного наполнител .

В зависимости от абразивности и крепости пород долото должно иметь следующую концентрацию алмазов в твердом сплаве вставок вдоль радиуса долота:

Дл  крепких абразивных пород.

100 100% при центре долота;

5о + 100 125% при

X 50 мм, т.е. в средней части та;

5o. 100

+ 100 150% при на периферии

X R 100 мм, т, долота.

Дл  крепких не абразивных пород

Y. -50.-J50

Y, 50- ,Ш- Y, 50

Дл  не абразивных пород средней крепости

1 I OO

25. -ь 75 75%;

45

50

foo

25. + 75 90%;

25

100

оо

+ 75 100%.

Твердость матричного материала (твердого сплава) должна измен тьс  следующим образом:

Дл  первого варианта

2 4- 0.01;

Z. . -1г

V 4г

0,008; 0,0067.

Дл  второго варианта

Y,

- 0,013; 0,01;

1

Y;

-™ 0,0008 третьего варианта

Значени  твердости матричного материала получены в относительных единицах. Величина твердости в абсолютных единицах определ етс  следующим образом. Если износостойкие злементы центральной части долота изготавливаютс  из твердого сплава марки ВК6 с твердостью 90 ед, то злементы средней и периферийной частей - из твердого сплава с твердостью , определ емой Из соотношени  Z, : Z : Z. Так, относительные твердости матричного материала износостойких элементов у долота по третьему варианту соотнос тс  как 1,0: :1,18:1,3. Отсюда твердость матричного материала вставок, размещенных в средней части рабочего торца долота , рии

составл ет - 69 ед

76 ед., а на перифег

Долото работает следующим образом .

Под действием передаваемых на долото осевой нагрузки и крут щего момента износостойкие элементы своими выступающими из тела матрицы абразивными частицами разрушают породу путем ее истирани . В процессе бурени  износостойкие элементы, расположенные в центральной части рабочего торца долота, испытывают повышенные

461857 .

удельные нагрузки при относительно невысоких линейных скорост х перемещени , вследствие чего их износ происходит преимущественно за счет скалывани  и разрушени  матричного материала при небольшом абразивном износе . С удалением от центра долота удельные нагрузки на элементы умень- Q шаютс , но увеличиваютс  линейные скорости перемещени  и объем разрушаемой породы, В результате их износ начинает носить абразивный характер.

Размещение на рабочем торце по- 15 Родоразрущающего инструмента износостойких элементов, концентраци  абразива в матричном материале которых линейно возрастает от центра к периферии долота, а твердость матричного 2Q материала в том же направлении уменьшаетс  обратно пропорционально увеличению концентрации абразивА, позвол ет получать одинаково износостойкое и равнопрочное вооружение вдоль 25 радиуса инструмента. Все это повышает эффективность работы инструмен- та при одновременной экономии абразива и матричного материала.

Claims (1)

1. оФормула изобретени 

   Породоразрушающий инструмент, содержащий корпус с промывочными каналами и закрепленные на рабочем торце корпуса износостойкие элементы в виде абразивосодержащей матрицы с измен ющимис  вдоль радиусаинструмента концентрацией абразива и твердостью матричного материала, отличающийс  тем, что, с целью повышени  эффективности работы и экономии абразива и матричного материала , концентраци  абразива в матрице увеличиваетс  линейно от центра к периферии инструмента, а твердость матричного материала jT ieHb- шаетс  в том же направлении обратно пропорционально увеличению концентрации абразива.

   0

   5

   Фиг. 2