Термомеханічний породоруйнуючий інструмент

Реферат: Термомеханічний породоруйнуючий інструмент містить корпус, приєднану до нього кільцеву матрицю, яка насичена алмазами та розділена на сектори з промивальними каналами. Збігаючі частини секторів виконані у вигляді пружних консолей, які армовані теплостійким фрикційним матеріалом з високою теплоємністю та низькою теплопровідністю. UA 110443 U (12) UA 110443 U UA 110443 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до гірничої справи, а саме до пристроїв для алмазного буріння порід середньої міцності та міцних. Відома конструкція коронки, в якій фрикційні елементи підпружені [а.с. 505800 СССР, МПК Ε21С 21/00, Ε21С 13/02, Е21С 37/16. Термомеханический буровой инструмент. Е.Ф. Эпштейн, В.Ф. Сирик, А.А. Кожевников, ПП. Вырвинский, И.А. Баскидович, Ф.М. Красновский, М.Е. Гренадер (СССР) № 1923704/22-3, заявл. 22.05.73; опубл. 05.03.76. Бюл. № 9. 2с, ил.]. У цьому випадку узгодження роботи вузла тертя і різця відбувається за рахунок пружного елемента (тарілчастих пружин), розміщеного над фрикційними елементами. Недоліком конструкції коронки є її складність, яка вимагає виконання подвійного корпусу і наявність тарілчастих пружин всередині конструкції коронки. В умовах обмежених розмірів інструменту, реалізувати таку конструкцію на практиці дуже складно і дорого. Крім цього, в таких коронках проблематично знімати керн. Найбільш близькою за технічною суттю і досягненням ефекту є алмазна бурова коронка, що складається з корпусу з приєднаною до нього кільцевої матрицею, насиченою алмазами і розділеною на сектори промивальним каналами [Марамзин А.В., Блинов Г.Α., Гелиопа Α.Α. Технические средства для алмазного бурения, Л., 1982. 303с]. Кожен з секторів коронки умовно ділиться на набігаючу частину сектора, яка слідує за промивним каналом по ходу обертання коронки, і збігаючу частину, що примикає до наступного промивального вікна. Коронка працює наступним чином. Під дією осьового зусилля і обертання алмази, що виступають над матрицею, занурюються в породу і зрізують тонкий шар масиву, забезпечуючи безперервний процес буріння. Під час роботи зовнішні алмази зношуються, одночасно зношується поверхня матриці, оголюючи нові алмази. Таким чином, процес перебігає до повного зносу коронки. При цьому в будь-якій алмазній коронці має місце і термомеханічний ефект. У результаті тертя матриці по поверхні вибою, в зоні контакту розвиваються підвищені температури, нагріваючи матрицю з алмазами і поверхневий шар породи. Ділянки породи за час проходження по ній сектора коронки можуть нагріватися від початкової температури (температури охолоджуючої рідини) в набігаючій частині сектора коронки, до 1000 °C в частині, що збігає. Під час проходження промивного вікна над нагрітим ділянкою породи, поверхневий шар масиву різко охолоджується, розтріскується і послаблюється. Наступний сектор коронки зрізує вже ослаблену породу. Ефект розміцнення тим вище, чим більше температура нагріву породи, яка відповідає частині сектора, що збігає. Основним недоліком даної коронки є суттєве обмеження у величині максимального нагріву секторів в місці буріння. Режими буріння і промивання підбираються таким чином, щоб температура в зоні контакту була якомога нижчою, так як при нагріванні алмазів до 600 °C їх мікротвердість зменшується на 30 %, а при 1000 °C - на 60 %, та починається критичний знос алмазів. В основу корисної моделі поставлена задача усунення недоліків конструкції термомеханічного бурового інструменту, в якому принципово нова його компоновка забезпечує заданий температурний режим породи, яка руйнується, та інструменту і, за рахунок цього підвищення ефективності буріння гірських порід середньої міцності та міцних. Поставлена задача вирішується тим, що в алмазній коронці, що містить корпус, приєднану до нього кільцеву матрицю, яка насичена алмазами та розділена на сектори з промивальними каналами, згідно з корисною моделлю, збігаючі частини секторів виконані у вигляді пружних консолей, які армовані теплостійким фрикційним матеріалом з високою теплоємністю та низькою теплопровідністю. На кресленні зображено загальний вигляд коронки, яка містить: А - зону різання гірської породи, Б - зону розігріву гірської породи, В - набігаюча кромка сектора, Г - збігаюча кромка сектору, Д - перехідна зона; 1 - корпус коронки, 2 - матриці, 3 - промивальні канали, 4 - сектори матриці, 5 - ріжучи алмази, 6 - пружна консоль, 7 - термостійкий фрикційний матеріал. Коронка складається з корпусу 1, матриці 2, розділеною промивальними каналами 3 на сектори 4. Матриця армована ріжучими алмазами 5, збігаюча частина матриці виконана у вигляді пружної консолі 6, що армована термостійким фрикційним матеріалом 7. Всі сектори матриці умовно розділені на дві зони: А - зону різання гірської породи, Б - зону розігріву гірської породи. При цьому: В - набігаюча кромка сектору, Г - збігаюча кромка сектора, Д - перехідна зона. Коронка працює наступним чином. Бурова штанга, що приєднана до корпусу 1, передає коронці осьове навантаження та обертальний момент. Ріжучі алмази 5 занурюються в гірську породу і зрізують відповідну стружку, тим самим забезпечують процес буріння. Продукти руйнування видаляються із зони різання, видавлюванням із під сектора матриці й вимиваються промивальною рідиною, що надходить крізь промивальні канали 3. Промивальна рідина 1 UA 110443 U 5 10 15 20 виконує також функцію охолодження коронки, запобігаючи перегріву ріжучих алмазів вище критичної температури. Внаслідок тертя алмазів і матриці по вибою, у місці контакту розвиваються температури, що мають в перехідній зоні Д певні величини. Відповідно до умов термостійкості ці величини не можуть перевищувати 500-600 °C. Далі по ходу обертання коронки в контакт з породою вступає консоль 6, що армована термостійким фрикційним матеріалом з низькою теплопровідністю. Як фрикційні матеріали можуть бути використані спечені матеріали на залізної або мідної основі, що мають високу міцність та термостійкість (1200 °C та вище). Коефіцієнт тертя під час роботи по гірській породі у них достатньо високий, таким чином при проходженні зони Б по ділянці масиву в місці контакту збігаючої кромки Г і породи можуть розвиватися температури вище за 1000 °C. Таким чином, обмеження на значення температур фактично здимаються. При проходженні промивального вікна 3 над розігрітою ділянкою породи, остання різко охолоджується, розтріскується та втрачає міцність. Наступний сектор коронки починає процес різання кромкою В вже по послабленій породі. В результаті цього, ефективність процесу буріння істотно підвищується. Оскільки фрикційний матеріал має більш високу зносостійкість, ніж матеріал матриці, знос за висотою коронки в зоні нагріву Б буде менше за зону різання А. Тим самим буде забезпечуватись щільне прилягання фрикційного матеріалу до вибою, а різниця висот між зонами А і Б компенсується вигином пружної консолі від вибою. При цьому, чим більше пружність консолі, тим міцніше вона присувається до вибою, тим вище будуть розвиватися температури в зоні контакту. За рахунок застосування інструменту, що пропонується, досягається збільшення механічної швидкості буріння, оптимізації процесу термомеханічного буріння, покращення умов праці породоруйнівного інструмента на вибої свердловини. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 Термомеханічний породоруйнуючий інструмент, що містить корпус, приєднану до нього кільцеву матрицю, яка насичена алмазами та розділена на сектори з промивальними каналами, який відрізняється тим, що збігаючі частини секторів виконані у вигляді пружних консолей, які армовані теплостійким фрикційним матеріалом з високою теплоємністю та низькою теплопровідністю. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2