Буровой фрезер и способ его изготовления

 

Изобретение относится к области бурения глубоких скважин, а именно - к фрезерованию буровых труб, и других инструментов для восстановления и ремонта скважин. Цель - повышение эффективности бурения з.а счет упорядоченного размещения износостойкого материала в объеме связывающего материала. Для этого фрезер буровой, включающий корпус 1 с. промывочными каналами 3 и пазами 2, стержневые резцы 4, закрепленные по периметру торца корпуса, и промывочных каналов и пазов в связывающем материале 5, в объеме которого равномерно размещены износостойкие частицы 6, ограниченные обечайками 7, соприкасающимися со стержневыми резцами и имеющими торцы, выступающие за уровень торцев.резцов. Обечайки предохраняют стенки обсадной колонны от износа при спуске, забуривании и фрезеровании, обеспечивая оконтуривание объекта фрезерования . Способ изготовления фрезера, включающий сверление каналов и пазов в корпусе, сверление отверстий по окружности рабочей части торца корпуса, у контуров пазов и каналов корпуса, установку в отверN Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21 В 29/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 7

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4900670/03 (22) 09.01.91 (46) 23.03.93. Бюл. В 11 (71) Институт сверхтвердых материалов АН

УССР (72) В.В.Квач, А.В.Бляхер, В.Ф,Кошовский и

Н.В.Цыпин (56) К,В.Иогансен. Справочник буровика. М., Недра, 1981, с. 140-142.

И.П.Пустовойтенко. Предупреждение и ликвидация аварий в бурении, M., Недра, 1988, с. 201. (54) БУРОВОЙ ФРЕЗЕР И СПОСОБ ЕГО ИЗ ГОТОВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к области бурения глубоких скважин, а именно — к фрезерованию буровых труб, и других инструментов для восстановления и ремонта скважин. Цель — повышение эффективности бурения за счет упорядоченного,, Я,, 1803523 А1 размещения износостойкого материала в обьеме связывающего материала. Для этого фрезер буровой. включающий корпус 1 с промывочными каналами 3 и пазами 2, стержневые резцы 4, закрепленные по периметру торца корпуса, и промывочных каналов и пазов в связывающем материале 5, в объеме которого равномерно размещены износостойкие частицы 6, ограниченные обечайками 7, соприкасающимися со стержневыми резцами и имеющими торцы, выступающие за уровень торцев.резцов, Обечайки предохраняют стенки обсадной колонны от износа при спуске, забуривании и фрезеровании, обеспечивая оконтуривание объекта фрезерования, Способ изготовления фрезера, включающий сверление каналов и пазов в корпусе, сверление отверстий по окружно- 3 сти рабочей части торца корпуса. у контуров пазов и каналов корпуса, установку в отвер1803523

10 стия резцов иэ связующего материала предусматривает изготовление пластин из связывающего материала и сверление отверстий в них, при этом перед нагревом пластины укладывают в пространство рабочей части корпуса, ограниченной резцами, а частицы из износостойкого материала размещают в отверстиях пластин. Обечайки выИзобретение относится к области бурения глубоких скважин, а именно; к аварийному инструменту, предназначенному для восстановления и ремонта скважин методом бурения — фрезерования аварийных объектов: буровых труб, зацементированных металлических частей других инструментов и др.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, На фиг. 1 изображен фрезер в предельном сечении и на фиг. 2 —.вид,со стороны торца. На фиг. 3 показано сечение кольцевого фрезера, а на фиг. 4- пакет пластин из связующего материала с просверленными отверстиями, в которых размещены износо-. стойкие частицы. На фиг. 5 показан пакет пластин со смещенными отверстиями и с расположенными в них износостойкими частицами. Фиг. 6 изображает в радиальном сечении вариант с размещением в отверстиях,.различных износостойких инструмен.. тальных материалов, а на фиг. 7— размещение резцов в кольцевом фрезере, . вид.сверху. На фиг. 8 показан вариант способа изготовления фрезера со сложной режущей поверхностью торца с использованием графитового пуансона 11, Фрезер состоит из корпуса 1, промы вочных пазов 2, промывочных каналов 3, торец корпуса 1 армирован стержневыми резцами 4, расположенными в связующем материале 5, в котором равномерно размещены износостойкие частицы 6, ограниченном обечайками 7.

8 полость, ограниченную обечайками 7 и расположенными вдоль них стержневыми резцами 4, уложены перфорированные пластины 8, фиг. 5, или пластины 8.с просверленными отверстиями 9, фиг; 4. Для более надежного удержания матрицы на торце корпуса 1 выполнены дополнительные отверстия 9 (фиг. 1, фиг. 3, фиг. 4 и фиг, 5).

На фиг. 8 показан вариант способа изготовления фрезера со сложной формой полняют по контурам промывочных каналов и пазов корпуса по периметру его торца.

После нагрева и частицы 6 упорядоченно размещаются в связывающем материале 5 позволяет повысить эффективность раэбуривания и рационально использовать сверхтвердые материалы, 2 с,п, ф-лы, 8 ил, 15 торцевой режущей части, изготовляемой при нагреве с использованием графитовых вкладышей 10, графитового пуансона 11, к которому прикладываются осевое усилие Р, 20 через диск 12, имеющем отверстие 13.

Фрезер работает следующим образом.

При спуске на забой тонкостенная r стальная обечайка 7, расположенная по наружному диаметру фрезера, предохраняет стенки

25 обсадной трубы от износа, Если фрезерование осуществляется в обсадной трубе, то . при забуривании и фреэеровании также исключается износ трубы. ОбечайМ,7 и стержневые резцы 4, расположенные вдоль этой

30 обечайки, при забуривании обеспечивают. центрирование и оконтурирование объекта фрезерования. Кроме того, стержневые резцы 4 обеспечивают высокую износостой° кость в наиболее нагруженной зоне

35 фрезера, образуя на объекте фреэерования оконтуривающий кольцевой вруб, стабили- зирующий направление бурения, Стержневые резцы 4, расположенные по контуру промывочных каналов 3 и пазов 2, наряду с

40 мелкими частицами 6, расположенными в связующем материале 5, исключают эавальцовывание и разрушения боковых стенок каналов 3 и пазов 2 при высоких динамических нагрузках. Это позволяет обеспечить

45 более эффективную очистку и охлаждение режущей поверхности фрезера в процессе

его работы, что весьма существенно повышает стойкость фрезера, его ресурс работы на забое и производительность. По сравне50 нию с известными фрезерами эффективность разбуривания объекта заявляемым фрезером достигается также за счет упорядоченного расположения частиц 6 в свяэующем материале 5 матрицы, Иэ практики

55 бурения известнО, что фрезеры. как аварий-. ный инструмент, изготовляют преимущественно индивидуально с учетом условий его использования для данной аварийной или продуктивной скважины при ее ремонте. В случае аварии, например, при обрыве ком1803523 пановки низа колонны бурильных труб, со- рациональногоегоиспользования. Прифрестоящего из бурового долота, переводника, эеровании различные зоны. режущей поверутяжеленной бурильной трубы (УБТ), такой хности у известных фрезеров особенно в объект перед фрезерованием, как правило, радиальном направлении подвергаются нецементируют. 5 равномерному износу. Упорядоченное расКак видно из примера, объекты фрезе- положение износостойких частиц 6 в рования состоят иэ разных материалов с радиальном направлении достигается за различными физико-механическими свойст- счет изменения расстояния "а" между частивами и эффективность их разбуривания су- цами6,фиг.5всочетаниисиспользованием щественно отличается. 10 различных износостойких материалов. НеИзвестные конструкции фрезеров ар- плотное расположение частиц 6 с промежутмируются резцами или иэносостойкими ча- ками "а" в связующем материале 5 стицами, из г ото еле н н ы ми позволяет улучшить теплоотвод от режущих преимущественно из сплавов группы ВК кромок частиц 6, повысить их износостой(вольфрамо-кобальтовый), у которого изно- 15 кость, так как связующий материал 5 изгосостойкой фракцией является карбид воль- товляется преимущественно иэ материалов фрама. Этот иэносостойкий материал не . с высокой теплопроводностью, например, всегда пригодендляэффективногорезания, иэ сплавов на основе меди. Расположение особенно, если на забое имеются термооб- износостойких частиц 6 хаотично или лоработанные (например, шарошки буровых 20 кально, получаемое, например, при формидолот) или пластичные материалы, напри- ровании режущей поверхности с помощью мер, УБТ из нержавеющих сталей. Указан- наплавки у известных фрезеров, не обеспеный недостаток устраняется в конструкции чивает необходимого теплоотвода и износазаявляемого фрезера и способе его изготов- стойкости при бурении. .ления, позволяющим эффективно использо- 25 Упорядоченное расположение частиц 6 вать наряду со сплавом ВК другие значительно повышает режущую способизвестные и специальные инструменталь-. ность рабочей поверхности фрезера. Достиныематериалысболеевысокимирежущими гается это за счет обеспечения равной свойствами. Достигается это благодаря упо- - износостойкости каждого участка линий рерядоченному расположению в матрице свя- 30 зания частиц 6, которые располагают на созующегоматериала5износостойкихчастиц ответствующем радиусе в соответствии с

6 (фиг. 2, фиг. 3), как по высоте, так и в расчетным необходимым количеством. радиальном направлении режущей части Упорядоченное расположение частиц 6 фрезера. Стержневые резцы 4 изготовляют в матрице связующего материала 5 и их также из инструментальных материалов, со- 35 надежное закрепление обеспечивается споответствующих эффективному разрушению собом изготовления фрезера, заявляемого объекта на забое. Например, кроме изготов- авторами, Способ изготовления фрезера ления резцов 4 из твердых сплавов группы включает следующий порядок основных;

8К, их изготовляют иэ сплавов ТК (титано- операций: механическая обработка корпуса кобальтовые), ТТВ (титано-тантало-вольф- 40 с выполнением наружной обечайки. 7. устарамовые), TH (титано-никелевые), новка стержневых резцов 4 в отверстия 9, славутича, твесала, или устанавливают рез- укладка перфорированных пластин иэ свяцы 4 в сочетании из сплавов разных марок, зующего материала 5 с размещением в отНапример, в первоначальный момент верстиях 9 пластин износостойких частиц 6, бурения выступающие резцы 4 и износо- 45 подсыпка смеси мелких частиц 6 с измельстойкие частицы 6 иэ сплава ВК6 эффектив- ченным связующим материалом 5 между но разрушают в скважине цементный стержневыми резцами 4, расположенными стакан. Если фрезерование на забоедолжно вдоль обечаек 7, нагрев-спекание и охлажзавершаться разбуриванием бурового доло- дение. После спекания поверхности корпута (твердость шарошек 62...64 НРС,), то у 50 са очищаются от окалины и часть наружной основания корпуса 1 фрезера при его иэго- обечайки сошлифовывается. до получения, товлении частицы 6 выполняются из мате- необходимого диаметра, риала славутич, твесал или других, . Механическая обработка корпуса 1 содержащих сверхтвердые зерна алмаза включает следующие операции: изготовлеили нитрида бора. 55 we корпуса с наружной обечайкой 7, фреэеУпорядоченное расположение износо- рование оснований промывочных пазов 2, стойких частиц 6 из износостоййого матери-, сверление промывочных каналов 3 и отверала одной марки или разных, позволяет стий9 подустановкустержневыхрезцов4, повысить эффективность разбуривания, сверление отверстий 9 глубиной 3 — 6 мм для экономить сверхтвердые материалы за счет более надежного закрепления матрицы свя1803523 эующего материала 5 на корпусе 1 при спе- Подготовленная таким образом сборка кании. Для предотвращения затекания рас- подвергается нагреву в термопечи или на плавленного связующего материала S при установке ТВЧ до расплавления связующей нагреве в пазы 2 и каналов 3 последние массы.Послеспеканиякорпусохлаждается, закрывают асбестом и rio контуру их прива- 5 удаляется окалина, стачивается или сошлиривают обечайки иэ жести. фовывается наружная обечайка до получеИэносостойкие частицы 6 получают пре- ния необходимого диаметра фрезера. имущественно дроблением отходов инстру- удаляют асбест из промывочных пазов и отментальных износостойких материалов верстий, фреэеруются продольные шламо-. различных марок или используют спеки а 10 отводящие пазы, фиг. 1. виде таблеток Qf 4-5 мм и высокой 3-5 мм., .Способ позволяет формировать рабоПосле дробления отходов с помощью небо- чий торец фрезера со сложной поверхнора сит осуществляется классификация час- стью, фиг. 8. В этом случае наружную тиц по основным размерам от 1 мм и менее, обечайку 7, фиг. 8, выполняют с большей и до 5-6 мм. Частицы обезжириваются и 15 высотой" ". Это позволяет после раэмещепокрываются, например, медью. Перед на- ния стержневых резцов 4. связующего матегревом в отверстия 9 по контуру обечаек 7 риала 5 с износостойкими частицами 6 укладывается припой с флюсом и устанавли- установить графитовый пуансон 11 с отвервеются стержневые резцы 4. В образовав- стием 13..Под действием нагрузки-P через шуюся между. выступающими резцами 4 20 диск 12 при спекании часть связующего ма- . полость послойно укладывают перфориро- териала 5 поступает в отверстие 1.3, После ванные пластины 8 из связующего материе- спекания часть обечайки 7 стачивается, иэла 5. В качестве связующего. материале при влекается пуансон 13 и диск 12, изготовлении фрезера используются спла- .: Заявляемый способ изготовления фревы или высокотемпературные припои на ос- 25 вера позволяет рационально располагать и нове меди, никеля и других материалов, эффективно использовать износостойкий например, латунь Л63 ГОСТ 15527-70, при- инструментальный материал при бурениипой ЛНМц 60-8-5 ТУ 48-21-299-84, припой на: фреэеровании различных объектов в сквеоснове меди, никеля, германия и другие. В жине, В отличие от известных способов, где отверстия 9 пластин из связующего матери- 30 нагрев осуществляется преимущественно с ала укладывают износостойкие частицы 6. В, помощью высокотемпературной наплавки, соответствие с диаметром отверстий 9 и например, электродуговой, заявляемый толщиной перфорированных пластин в от- способ позволяет осуществлять спекание верстиях размещают износостойкие части-. при более низких температурах, сохраняя цы. 6 одного размера или смесь частиц 35 высокие режущие свойства известных инстраэных размеров. Отверстия в перфориро- рументальных материалов. ванных пластинах 8 могут совпадать друг с Таким образом, преимуществом эаявлядругом или смещены на величину "в", фиг, емой конструкции фрезера является его вы5. При смещении отверстий 9 при укладке сокая эффективность, обуславливаемая пластин на одинаковую величину "в" после 40 благодаря упорядоченному расположению спекания износостойкие частицы 6 в объеме . иэносостойких частиц. Конструкция фрезематрицы связующего материала раэмеще- раобеспечиваетэффективноераэрушениев ны по гексагональному закону. При установ- скважине различных аварийных объектов иэ ,:ке разной толщины пластин в них сверлят .разных материалов с разными физико-меха отверстия по шаблону, в которые также ук- 45 ническими свойствами. Наряду с этим радиладывают износостойкие частицы 6, как од- ально и экономно используются различные ного, так и разных размеров, а также из износостойкие инструментальные материаразличных материалов по изнмостойкости. лы, которые до настоящего времени непосПосле установки перфорированных редственно не использовались на пластин с,износостойкими частицами Ilpo- 50 бурение-фрезерование. изводят подсыпку смеси из болев мелких Заявляемаяконструкцияфреэераиспочастиц 6 с измельченными частицами из соб его изготовления позволяют увеличить связующего материала 5 по контуру обечаек ресурс работы фрезера в скважине при 307, в местах установки стержневых резцов 4; 40ф и механическую скорость на 20-35 .

Высота засыпки и укладки перфорирован- 55 Ф о р м у л а и э о б р е т е н и я ных пластин зависит от задайной высоты .. 1, Буровой фрезер. включающий корпус формирования режуще-фрезерующей части о промывочными каналами и пазами, стержфрезера, определяемой назначением и ус- невые резцы, закрепленные по периметру ловиями его эксплуатации и износостойко- торца корпуса у промывочных каналов и пастью частиц 6. зов.в связующем материале, в обьеме кото/

1803523

5 -:08 рого размещены частицы из износостойкого материала, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности бурения, он снабжен обечайхами, выполненными по периметру торца корпуса по контурам промывочных каналов и пазов, соприкасающимися со стержневыми резцами, при этом торцы ооечаек выступают эа уровень торцов резцов.

2. Способ изготовления бурового фрезера, включающий сверления каналов и пазов в корпусе, сверление отверстий по окружности рабочей части торца корпуса, у контуров пазов и каналов корпуса, установку в отверстия резцов, размещение связывающего материала и частиц из износостойкого материала в рабочей части фрезера. нагрев его до спекания, последующее охлаждение и зачистку наружной части фрезера до заданного диаметра, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения

5 эффективности бурения за счетупорядоченного размещения износостойкого материала в объеме связующего материала, в корпусе по периметру его торца, по контурам промывочных каналов и пазов выполня10 ют тонкостенную обечайку, изготавливают пластины из связующего материала, сверлят отверстия в них, причем перед нагревом пластины укладывают в пространство рабочей части корпуса, ограниченной резцами, а

15 частицы иэ износостойкого материала размещают в отверстиях пластин между резца. ми.

1803523

Фиа 7 ай В

Реда кто,р

Корректор Н.Ревская

Заказ 1038 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рауш кая наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Составитель В.Квач

Техред М.Моргентал