способ изготовления бурового породоразрушающего инструмента

Формула изобретения

1. Способ изготовления бурового породоразрушающего инструмента, включающий установку в гнездах корпуса резцов с алмазно-твердосплавными пластинами, крепление их в гнездах с фиксацией от проворота штифтами, взаимодействующими с хвостовиками резцов и установленными в сквозных каналах, соединяющих наружную поверхность корпуса с внутренней, отличающийся тем, что концевые участки штифтов для фиксации резцов армируют АТП, устанавливают их с возможностью взаимодействия со стенками скважины и керна и крепят в сквозных каналах корпуса посредством втулок с присоединительными элементами на концевых участках, при этом втулки жестко фиксируют в сквозных каналах корпуса, а штифты выполняют состоящими из двух частей: скважино- и кернообразующих, каждую из которых соединяют с втулкой после соединения последней с корпусом.

2. Способ изготовления бурового породоразрушающего инструмента по п.1, отличающийся тем, что сквозные каналы в корпусе и ответные им поверхности втулок выполняют ступенчатой или конической формы, причем больший диаметр канала располагают со стороны наружной поверхности корпуса.

3. Способ изготовления бурового породоразрушающего инструмента по п.1, отличающийся тем, что составные элементы штифта соединяют с втулкой разъемно после фиксации втулки в сквозном канале корпуса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к буровому породоразрушающему инструменту режущего типа, преимущественно с алмазным вооружением, а именно к способам их изготовления.

Известен способ изготовления бурового породоразрушающего инструмента, включающий установку в гнездах корпуса резцов с алмазно-твердосплавными пластинами (АТП), крепление их в гнездах посредством прессовки и фиксацию резцов от проворота (см. патент США № 4323130, кл. 175-329, 1982).

К недостаткам данного инструмента следует отнести вероятность расшатывания штифтов и выпадения их на забой. Это может привести как к развороту резцов, так и выпадению самих резцов, особенно при бурении по перемежающимся по твердости породам, процесс разрушения которых сопровождается сильной вибрацией.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления бурового породоразрушающего инструмента, включающий установку в гнездах корпуса резцов с алмазно-твердосплавными пластинами, крепление их в гнездах и фиксацию резцов от проворота штифтами, взаимодействующими с хвостовиками резцов и установленными в сквозных каналах, соединяющих наружную поверхность корпуса с внутренней (см. авт.св. СССР № 1707179, кл. Е21, В 10/46, 1992).

К недостаткам этого способа следует отнести значительную трудность изготовления породоразрушающего инструмента, особенно при использовании АТП для армировки концевых участков штифтов. Это связано с необходимостью защиты АТП от высокой температуры в процессе изготовления инструмента, в частности при креплении штифтов с АТП в сквозных каналах корпуса инструмента.

Другим недостатком известного способа является малая надежность крепления штифтов. Это объясняется значительной вибрацией бурового инструмента, особенно заметной при бурении по трещиноватым и перемежающимися по твердости породам. Кроме того, при контакте торцов штифта со стенками скважины, что наблюдается при сильном износе инструмента по диаметру, усилие со стороны стенок скважины значительно больше, чем со стороны оси инструмента. А это может привести к радиальному смещению штифта вплоть до его выпадения.

В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение стойкости породоразрушающего инструмента за счет более надежной фиксации резцов от выпадения и снижение его стоимости за счет упрощения технологии изготовления.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления бурового породоразрушающего инструмента, включающем крепление в гнездах корпуса резцов с АТП и фиксацию их от проворота штифтами, взаимодействующими с хвостовиками резцов и установленными в сквозных каналах, соединяющих наружную поверхность корпуса с внутренней, согласно изобретению концевые участки штифтов для фиксации резцов армируют АТП, устанавливают их с возможностью взаимодействия со стенками скважины и керна и крепят в сквозных каналах корпуса посредством втулок с присоединительными элементами на концевых участках, при этом втулки жестко фиксируют в сквозных каналах корпуса, а штифты выполняют состоящими из двух частей: скважино- и кернообразующих, каждую из которых соединяют с втулкой после соединения последней с корпусом.

Достижению указанного технического результата способствует также и то, что:

- сквозные каналы в корпусе и ответные им поверхности втулок выполняют ступенчатой или конической формы, причем больший диаметр канала располагают со стороны наружной поверхности корпуса;

- составные элементы штифта соединяют с втулкой разъемного после фиксации втулки в сквозном канале корпуса.

Изобретение поясняется чертежом, на котором фиг.1 изображает общий вид инструмента в продольном разрезе; фиг.2 - разрез А-А на фиг.1 (в увеличенном масштабе).

Способ изготовления бурового породоразрушающего инструмента включает операции по креплению в гнездах 2 корпуса 1 резцов 3 с АТП 4 и фиксацию их от проворота штифтами 5. С этой целью хвостовики 6 резцов 3 выполняют с лысками 15 на боковой поверхности, которые взаимодействуют со штифтами 5, пересекающими хвостовики 6 резцов 3 преимущественно в горизонтальной плоскости. Штифты 5 устанавливают в сквозных каналах 7, соединяющих наружную 8 поверхность корпуса 1 с его внутренней поверхностью 9. Для усиления калибровки скважино- и кернообразующих поверхностей породоразрушающего инструмента концевые участки штифтов 5 армируют АТП 10 и устанавливают их на одинаковом расстоянии со скважино- и кернокалибрующими резцами 3 породоразрушающего инструмента. Однако при использовании штифтов 5 с АТП возникает проблема фиксации самих штифтов 5, т.к. в этом случае исключается возможность прессового соединения "штифт 5 - корпус 1", требующего нагрева корпуса 1 до высокой температуры, отрицательно влияющей на прочность АТП. Для решения этой задачи штифты 5 выполняют составными, состоящими преимущественно из двух частей 11 и 12, армированных АТП, одна из которых предназначена для калибровки скважины, а другая - для калибровки керна. Обе части 11 и 12 штифта 5 соединяют с корпусом 1 посредством втулки 13, которую жестко фиксируют в сквозном канале 7 корпуса 1 любым известным способом, например, путем установки с натягом. Концевые участки втулки 13 выполняют с присоединительными элементами, например, в виде резьб 14, ответных резьбам концевых участков частей 11 и 12. При этом составные части 11 и 12 соединяют с втулкой 13 разъемно после фиксации последней в сквозном канале 7 корпуса 1, а именно после того, как температура корпуса 1 не будет отрицательно влиять на прочность АТП.

Использование втулки 13 совместно со вставными частями 11 и 12 штифта 5 позволяет крепить последние без нагрева корпуса 1. Однако при этом следует учитывать тот факт, что при выполнении штифтов 5 с функциями по калибровке стенок скважины и керна они постоянно испытывают радиальные нагрузки, стремящиеся выдавить штифты 5 из сквозных каналов 7. Учитывая, что ось скважины практически никогда не совпадает с осью породоразрушающего инструмента из-за разработки стенок скважины, концевые участки с АТП 10 штифтов 5 контактируют или только со стенками скважины, или же со стенками керна. Это с учетом вибрации инструмента может привести к расшатыванию и даже к выпадению штифтов 5 из сквозных отверстий 7. С целью исключения этого явления сквозные каналы 7 под штифты 5 в корпусе 1 могут быть выполнены ступенчатой формы (фиг.2), причем ступень канала 7 большего диаметра и ответные им поверхности втулок 13 располагают со стороны наружной 8 поверхности корпуса 1. Такая ориентировка канала 7 связана с тем, что усилие со стороны стенок скважины значительно превосходит усилие со стороны керна. Решение той же задачи может быть достигнуто путем выполнения втулки 13 и ответного участка сквозного канала 7 в корпусе 1 конической формы (фиг.1, левая часть).

Оснащение штифтов АТП повышает калибрующую способность инструмента, а использование втулок и составных штифтов позволяет упростить технологию его изготовления и исключить вероятность графитизации АТП в процессе изготовления. Все это повышает эффективность работы породоразрушающего инструмента.