Буровое долото и режущая вставка для него
Изобретение относится к буровому инструменту, а именно к буровому долоту и режущей вставке для него. Режущая вставка из цементированного карбида, предназначенная преимущественно для ударного бурения, имеет главным образом цилиндрический установочный участок и внешний участок, включающий в себя относительно плоскую поверхность, идущую от указанного установочного участка в направлении к переднему концу вставки, при этом указанный установочный участок имеет центральную ось А и радиус D/2. Внешний участок имеет выпуклую базовую форму, радиально наружу из которой выступает основная часть внешнего участка. Относительно плоская поверхность плавно соединена с другими частями указанного внешнего участка, при этом радиус относительно плоской поверхности больше, чем радиус D/2 установочного участка, и относительно плоская поверхность внешнего участка соединена по окружности по меньшей мере с одной пикообразной режущей кромкой. Внешний участок имеет баллистическую базовую форму. Буровое долото ударного типа включает в себя вал, бурильную головку, расположенную на переднем конце указанного вала и имеющую первую продольную ось, причем бурильная головка имеет направленный вперед лицевой конец с лицевой поверхностью, поверхность оболочки, которая идет главным образом в продольном направлении и ограничивает внешнюю периферию указанной бурильной головки, а также множество отверстий, образованных в указанном лицевом конце. Каждое из указанных отверстий имеет главным образом цилиндрическую основную форму и в него введена режущая вставка из цементированного карбида, которая описана выше. Увеличивается срок службы. Обеспечивается проходка прямолинейных скважин. 2 с. и 5 з. п. ф-лы, 18 ил.
Настоящее изобретение имеет отношение к созданию режущих вставок из цементированного карбида и буровых долот, используемых преимущественно для ударного бурения породы.
В патенте США US-A-4,598,779 раскрыто буровое долото, которое снабжено множеством режущих вставок в виде долот. Каждая вставка имеет направляющую поверхность, которая имеет относительно острое соединение с режущими кромками. При использовании цементированного карбида относительно острое соединение является нежелательным, так как при тяжелом бурении может происходить отслаивание, вызванное появлением напряжений в области соединений, при этом не удается осуществить бурение прямых скважин при длительном прогоне. Кроме того, форма известных вставок не оптимизирована относительно максимального объема износа. В патенте США US-A-4,607,712 раскрыто буровое долото, которое содержит множество режущих вставок. Рабочая часть каждой вставки имеет полусферическую базовую форму, к которой добавлен дополнительный объем цементированного карбида. Однако известные вставки не обеспечивают достаточного упора в стенку буровой скважины, поэтому не удается осуществить бурение прямолинейных скважин. Более того, области соединений между компонентами рабочей части являются относительно острыми, в результате чего возникают упомянутые выше напряжения, вредные для цементированного карбида. Кроме того, сферическая базовая форма содержит относительно малый объем карбида. Задачей настоящего изобретения является избежание или снижение влияния недостатков, имеющихся в известных устройствах. Одной из задач настоящего изобретения является увеличение износостойкости корпусов (инструментов) из цементированного карбида, которые преимущественно предназначены для использования в инструментах для бурения породы (в перфораторах) и для бурения минералов. Износостойкость корпусов из цементированного карбида может быть увеличена путем увеличения объема корпуса в области, подверженной износу. Для того, чтобы достичь явного увеличения износостойкости, в основном должен быть увеличен объем подверженной износу зоны. Явное увеличение износостойкости может быть получено при увеличении объема внешней зоны, которая подвержена износу, когда инструмент проработал по меньшей мере 50%, а вероятнее всего 100% или более его срока службы, вставки для ударных буровых долот имеют наибольший износ в зоне, которая входит в контакт со стенкой буровой скважины, а также на вершине вставки, где должна разламываться порода. Увеличение износостойкости вставки может быть получено при увеличении объема внешней зоны, которая входит в контакт со стенкой, а также объема на вершине вставки. Известные ранее инструменты обычно содержали вставки с аксиально- симметричной формой вершины (левая часть фиг. 12). Увеличение объема внешней зоны, которая подвержена износу, часто приводит к появлению не аксиально-симметричной формы вершины. По природе износа, которая зависит от свойств породы и условий бурения, износ более всего проявляется в зоне, которая входит в контакт со стенкой, или в области вершины вставки, где должна разламываться порода. Важно принимать во внимание этот факт и увеличивать объем внешней зоны более всего там, где вставки изнашиваются сильнее всего. Как увеличение срока службы, так и высокая скорость проходки могут быть достигнуты при использовании оптимальной геометрической структуры, разрушение которой происходит не так быстро. Важным преимуществом настоящего изобретения является высокая точность при использовании материала для бурового долота. Увеличенный объем износостойкого материала и, следовательно, высокая износостойкость внешней зоны в области, подверженной износу, позволяет проходить прямолинейные скважины и иметь лучшие допуски по диаметру буровой скважины. Кроме того, могут быть увеличены интервалы между повторными перешлифовками; это снижает опасность для бурильщика и облегчает его труд. Еще одной задачей настоящего изобретения в соответствии с дополнительным пунктом формулы изобретения, для случая, когда предусмотрено покрытие из поликристаллического алмаза по меньшей мере на рабочем участке вставки, является увеличение срока службы вставки, несмотря на то, что покрытие может растрескаться или отслоиться. Задачи настоящего изобретения решены во вставке и в буровом долоте, которые выполнены следующим образом. Режущая вставка имеет главным образом цилиндрический установочный участок и внешний участок, включающий в себя относительно плоскую поверхность, идущую от указанного установочного участка в направлении к переднему концу вставки, при этом указанный установочный участок имеет центральную ось (A) и радиус (D/2). Внешний участок имеет выпуклую базовую форму, преимущественно баллистическую, радиально наружу из которой выступает основная часть внешнего участка, причем относительно плоская поверхность плавно соединена с другими частями указанного внешнего участка, при этом радиус относительно плоской поверхности больше, чем радиус (D/2) установочного участка, и относительно плоская поверхность внешнего участка соединена по окружности по меньшей мере с одной пикообразной режущей кромкой. Стык установочного участка и внешнего участка режущей вставки образует базовую линию (Y; Y'), которая является выпуклой в виде сбоку у относительно плоской поверхности, в результате чего ограничивается самая задняя по оси точка, причем эта точка расположена по оси впереди базовой линии у вогнутой базовой формы, и позади в осевом направлении относительно самой передней части базовой линии. По меньшей мере внешний участок вставки имеет поликристаллическое алмазное покрытие. Особенностями бурового долота согласно изобретению является использование описанных выше режущих вставок. Буровое долото ударного типа включает в себя вал, бурильную головку, расположенную на переднем конце указанного вала и имеющую первую продольную ось, причем бурильная головка имеет направленный вперед лицевой конец с лицевой поверхностью, поверхность оболочки, которая идет главным образом в продольном направлении и ограничивает внешнюю периферию указанной бурильной головки, а также множество отверстий, образованных в указанном лицевом конце, причем каждое из указанных отверстий имеет главным образом цилиндрическую основную форму и в него введена режущая вставка из цементированного карбида, при этом каждая режущая вставка имеет главным образом цилиндрический установочный участок с центральной осью (A) и радиусом (D/2) и внешний участок, выступающий из указанного отверстия. Внешний участок имеет выпуклую базовую форму, радиально наружу из которой выступает основная часть внешнего участка, причем относительно плоская поверхность плавно соединена с другими частями указанного внешнего участка, при этом радиус относительно плоской поверхности внешнего участка больше, чем радиус (D/2) установочного участка, и относительно плоская поверхность внешнего участка соединена по окружности по меньшей мере с одной пикообразной режущей кромкой. Внешний участок имеет баллистическую базовую форму, а по меньшей мере внешний участок режущей вставки имеет поликристаллическое алмазное покрытие. На фиг. 1 - 5 показана вставка, подходящая для осуществления бурения в условиях, когда износ вставки сконцентрирован в зоне, близкой к стенке скважины. На фиг. 1 показана вставка в соответствии с настоящим изобретением на виде сбоку. На фиг. 2 показан другой вид сбоку вставки. На фиг. 3 вставка показана на виде сверху. На фиг. 4 показана вставка в виде по стрелке B фиг. 2. На фиг. 5 показано с увеличением поперечное сечение вставки по линии C. На фиг. 6-10 показана вставка, которая подходит для бурения в таких условиях, когда износ вставки распределен в зоне, близкой к стенке буровой скважины, и в зоне вершины вставки. На фиг. 6 показана вставка в соответствии с настоящим изобретением на виде сбоку. На фиг. 7 показан другой вид сбоку вставки. На фиг. 8 показана вставка на виде сверху. На фиг. 9 показана вставка по стрелке B фиг. 7. На фиг. 10 показано с увеличением поперечное сечение вставки по линии C'. На фиг. 11 показан вид в перспективе бурильной головки в соответствии с настоящим изобретением. На фиг. 12 показан схематично вид сбоку с частичным вырывом бурильной головки с пластиной, а также вставки в соответствии с настоящим изобретением, при их расположении в буровой скважине. На фиг. 13-18 показаны поперечные сечения через центральные оси двух режущих пластин. На фиг. 1 приведен с увеличением вид сбоку преимущественного варианта осуществления вставки в соответствии с настоящим изобретением, вставка имеет главным образом цилиндрический участок хвостовика 20 с диаметром D в диапазоне от 4 до 20 мм, а преимущественно от 7 до 18 мм. Установочный конец 21 вставки 14 преимущественно имеет форму усеченного конуса, приспособленного для его ввода в отверстие на лицевой поверхности бурильной головки, см. фиг. 11. Преимущественно отверстие выступает как на лицевой поверхности, так и на поверхности оболочки. На чертежах показана продольная центральная ось A вставки и две идущие под прямым углом нормали N1 и N2. Линия Y ограничивает основание (базу) внешнего (рабочего) участка 22. Эта линия может быть явно выраженной или плавной. Рабочий участок 22 вставки 14 подразделен на семь плавно соединенных друг с другом выпуклых по окружности и по оси участков. Используемый здесь термин "плавно" означает, что две касательные, каждая из которых перпендикулярна к центральной оси A на виде сбоку, расположенные на отдельных сторонах в непосредственной близости от соединения, образуют угол J, который лежит в интервале от 135o до 180o, а преимущественно от 160o до 175o (фиг. 5). Первый участок 23 имеет главным образом баллистическую форму и расположен главным образом симметрично по обеим сторонам нормали N1. Первый участок заканчивается по окружности соответственно у симметрично расположенных линий 24 и 25 зон радиуса. Радиус первого участка в определенном поперечном сечении C обозначен позицией R1. Математическое образование (конструкция) баллистической формы является следующим: Опорная плоскость X первого участка 23 лежит ниже базовой линии Y на фиг. 2. Выпуклая кривизна (выпуклость) первого участка 23 идет от радиусов R с центром Z в окрестности огибающей поверхности участка хвостовика 20. Центр Z преимущественно размещен вне огибающей поверхности на расстоянии l от нее и ниже самой передней по оси точки на расстоянии h. Расстояние h в 4-8 раз превышает расстояние l, но меньше, чем длина радиуса R. Опорная плоскость X и радиусы R образуют угол

















Формула изобретения
1. Режущая вставка для цементированного карбида, предназначенная преимущественно для ударного бурения, имеющая главным образом цилиндрический установочный участок и внешний участок, включающий в себя относительно плоскую поверхность, идущую от указанного установочного участка в направлении к переднему концу вставки, при этом указанный установочный участок имеет центральную ось А и радиус D/2, отличающаяся тем, что внешний участок имеет выпуклую базовую форму, радиально наружу из которой выступает основная часть внешнего участка, причем относительно плоская поверхность плавно соединена с другими частями указанного внешнего участка, при этом радиус относительно плоской поверхности больше, чем радиус D/2 установочного участка, и относительно плоская поверхность внешнего участка соединена по окружности по меньшей мере с одной пикообразной режущей кромкой. 2. Режущая вставка по п.1, отличающаяся тем, что внешний участок имеет баллистическую базовую форму. 3. Режущая вставка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что стык установочного участка и внешнего участка образует базовую линию Y; Y', которая является выпуклой в виде сбоку у относительно плоской поверхности, в результате чего ограничивается самая задняя по оси точка, причем эта точка расположена по оси впереди базовой линии у вогнутой базовой формы и позади в осевом направлении относительно самой передней части базовой линии. 4. Режущая вставка по одному из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что по меньшей мере внешний участок имеет поликристаллическое алмазное покрытие. 5. Буровое долото ударного типа, которое включает в себя вал, бурильную головку, расположенную на переднем конце указанного вала и имеющую продольную ось, причем бурильная головка имеет направленный вперед лицевой конец с лицевой поверхностью, поверхность оболочки, которая идет главным образом в продольном направлении и ограничивает внешнюю периферию указанной бурильной головки, а также множество отверстий, образованных в указанном лицевой конце, причем каждое из указанных отверстий имеет главным образом цилиндрическую основную форму и в него введена режущая вставка из цементированного карбида, при этом каждая режущая вставка имеет главным образом цилиндрический установочный участок с центральной осью А и радиусом D/2 и внешний участок, выступающий из указанного отверстия, отличающееся тем, что внешний участок имеет выпуклую базовую форму, радиально наружу из которой выступает основная часть внешнего участка, причем относительно плоская поверхность внешнего участка плавно соединена с другими частями указанного внешнего участка, при этом радиус относительно плоской поверхности внешнего участка больше, чем радиус D/2 установочного участка, и относительно плоская поверхность внешнего участка соединена по окружности по меньшей мере с одной пикообразной режущей кромкой. 6. Буровое долото по п.5, отличающееся тем, что внешний участок режущей вставки имеет баллистическую базовую форму. 7. Буровое долото по п.5 или 6, отличающееся тем, что по меньшей мере внешний участок режущей вставки имеет поликристаллическое алмазное покрытие. Приоритет по пунктам: 12.10.94 - по пп.1 - 4; 07.03.95 - по пп.5 - 7.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18PC4A - Регистрация договора об уступке патента Российской Федерации на изобретение
Прежний патентообладатель:САНДВИК АБ (SE)
(73) Патентообладатель:Сандвик Интеллекчуал Проперти ХБ (SE)
Договор № РД0008307 зарегистрирован 20.04.2006
Извещение опубликовано: 10.06.2006 БИ: 16/2006