Результат интеллектуальной деятельности: БУРОВОЙ ИНСТРУМЕНТ

Изобретение относится к породоразрушающему буровому инструменту, армированному твердосплавными вставками.

Известен буровой инструмент, содержащий цилиндрический хвостовик, рабочую головку, соединенные между собой коническим участком, и узел фиксации вставки с корпусом бурового долота (патент США №3603414, кл. 175-374, 1971 г.).

В данном буровом инструменте (вставке) узел фиксации выполнен в виде сочетания выступов и впадин на боковой поверхности хвостовика. При запрессовке вставок в отверстия корпуса бурового инструмента выступы в виде продольных ребер врезаются в стенки отверстия корпуса и предохраняют ее от проворота и выпадения.

Основным недостатком данной вставки является сложность изготовления хвостовика, представляющего собой многогранную поверхность. Именно это и послужило причиной того, что буровые инструменты с таким способом крепления твердосплавных вставок не нашли промышленного применения.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является буровой инструмент, включающий корпус с отверстиями под твердосплавные вставки, содержащие цилиндрический хвостовик, рабочую головку и узел фиксации вставки с корпусом (авторское свидетельство СССР №1562420, кл. E21B 10/16, 1990 г.).

В данной вставке узел фиксации выполнен в виде сочетания втулок со стержнями, установленных в совмещенных пазах на торцах втулок и ступенчатых хвостовиков твердосплавных вставок. Такое выполнение узла фиксации надежно предохраняет вставку от проворота. Однако такой узел фиксации не гарантирует надежность соединения вставок с корпусом бурового инструмента в отверстиях корпуса в осевом направлении и, как следствие этого, выпадение их под действием знакопеременных нагрузок.

В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение надежности соединения вставок с корпусом бурового инструмента.

Указанный технический результат достигается тем, что в буровом инструменте, включающем корпус с отверстиями под твердосплавные вставки, содержащие ступенчатый цилиндрический хвостовик с продольным пазом на торце, рабочую головку и узел фиксации вставки, состоящий из втулки, закрепленной в отверстии корпуса с большим натягом, чем хвостовик во втулке, и установленного в совмещенных пазах хвостовика и втулки стержня, согласно изобретению хвостовик вставки выполнен со сквозным радиальным каналом, соединенным с его продольным пазом, причем диаметр канала соответствует поперечному размеру стержня и превышает поперечный размер продольного паза хвостовика, при этом канал смещен от торца хвостовика в сторону рабочей головки вставки.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен фрагмент общего вида бурового инструмента; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.

Предложенный буровой инструмент содержит корпус 1 с отверстиями 2, в каждом из которых закреплена вставка 3, содержащая ступенчатый цилиндрический хвостовик 4 с продольным пазом 5 на торце, рабочую головку 6, преимущественно в виде клина, и узел фиксации вставки. Узел фиксации вставки 3 состоит из втулки 7 с пазом 8 на торце и стержня 9, причем втулка 7 установлена в отверстии 2 с большим натягом, чем хвостовик 4 во втулке 7. Хвостовик 4 вставки 3 выполнен со сквозным радиальным каналом 10, соединенным с его продольным пазом 5, причем диаметр канала 10 соответствует поперечному размеру (диаметру) стержня 9 и превышает поперечный размер продольного паза 5, при этом канал 10 смещен от торца хвостовика 4 в сторону рабочей головки 6 вставки 3. В рабочем положении бурового инструмента паз 8 и канал 10 совмещены и в них установлен стержень 9. Такое выполнение узла фиксации гарантирует высокую надежность соединения вставки 3 с корпусом 1, т.к. крутящий момент, действующий на вставку 3, воспринимается через втулку 7, которая прочно соединена с корпусом 1, а осевое усилие - через стержень 9, также взаимодействующий с втулкой 7.

При сборке бурового инструмента в каждом отверстии 2 размещают вставку 3, установленную во втулке 7 и закрепленную там посредством стержня 9, установленного в канале 10, совмещенного с пазом 8 втулки 7. После этого в отверстие 2 запрессовывают собранный узел вставки 3, предварительно сориентировав клиновидную рабочую головку 6 в заданном направлении, обеспечивая выбранную схему поражения забоя скважины.

Принцип работы бурового инструмента заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента каждая рабочая головка 6 внедряется в породу и разрушает ее. При этом осевая нагрузка на вставки 3 передается через хвостовик 4 и втулку 7, а крутящий момент от рабочей головки 6 вставки 3 через хвостовик 4 и стержень 9 на втулку 7, а от нее на корпус 1. С корпусом 1 втулка 7 жестко соединена за счет ее установки с большим натягом, чем натяг между хвостовиком 4 и втулкой 7. В известных буровых инструментах, в том числе и в прототипе, при расшатывании вставок 3 они могут выпасть из отверстий 2 корпуса 1 и попасть под оставшиеся вставки 3 и привести к их сколу с созданием аварийной ситуации. В предложенном инструменте благодаря использованию хвостовика 4 с пазом переменного сечения вставки 3 надежно удерживаются втулкой 7 и стержнем 9. При этом благодаря предложенному узлу фиксации значительно снижаются требования к точности изготовления соединения между хвостовиком 4 и втулкой 7, т.к. вставка 3 удерживается не за счет натяга между втулкой 7 и хвостовиком 4, а стержнем 9.

Применение предложенного инструмента позволит значительно повысить надежность крепления вставок, упростить технологию изготовления инструмента и тем самым повысить его технико-экономические показатели.