Выпуклая гребневидная вставка с отклоненными скошенными поверхностями

ВЫПУКЛАЯ ГРЕБНЕВИДНАЯ ВСТАВКА С ОТКЛОНЕННЫМИ СКОШЕННЫМИ ПОВЕРХНОСТЯМИ Изобретение относится к твердосплавной вставке, используемой на конических шарошечных долотах для применений нефтяного и газового бурения и для других применений геологического бурения, а более точно относится к выпуклой гребневидной вставке с отклоненными скошенными поверхностями. Вставка содержит цилиндрическую часть и гребневую часть. Гребневая часть состоит из конического гребневого основания, верхней поверхности и двух противоположных скошенных поверхностей. Верхние края двух скошенных поверхностей плавно соединены с верхней поверхностью вставки. Особенный признак конструкции состоит в том, что верхняя поверхность гребневой части является выпуклой наружу и образует гладкую криволинейную поверхность, которая является более высокой посередине и постепенно снижается к каждому краю. Две скошенных поверхности являются наклонными скошенными поверхностями, так что ширина верхней поверхности и, следовательно, ширина гребня вставки сужаются от одного края к другому. Преимущества этого изобретения включают в себя следующее: содействие дроблению породы, повышение эффективности бурения режущих элементов и снижение общих затрат на бурение, более высокая стойкость против поломки и более длительный срок эксплуатации, при использовании вставки согласно изобретению в качестве пяточных рядных режущих элементов на долоте, увеличение площади контакта между более широким краем верхней поверхности вставки и стенкой ствола скважины и режущего действия, прикладываемого к стенке ствола скважины, и обеспечение лучшей защиты периферийного ряда зубьев шарошки долота. 017754 Область техники Изобретение относится к твердосплавной вставке, используемой на конических шарошечных долотах для применений нефтяного и газового бурения и для других применений геологического бурения, а более точно, относится к выпуклой гребневидной вставке с отклоненными скошенными поверхностями. Уровень техники Конические шарошечные долота широко используются для добычи нефти и газа при бурении. Во время бурения, пяточные рядные режущие элементы на шарошках долота совершают многочисленные технологические операции, в том числе дробят породы забоя скважины ударными действиями, режут стенку ствола буровой скважины и способствуют сохранению диаметра долота для предотвращения уменьшения диаметра долота. Дробление пород забоя скважины ударными действиями требует более острой верхней поверхности вставки, резание стенки ствола скважины и сохранение диаметра долота требуют большей площади контакта между пяточным рядным режущим элементом и стенкой ствола скважины. Пяточные рядные режущие элементы, обычно используемые на известных конических шарошечных долотах, включают в себя вставки с отклоненными скошенными поверхностями и конические сферические вставки, которые не могут одновременно удовлетворять двум требованиям, упомянутым выше. Вставки с отклоненными скошенными поверхностями имеют большую площадь контакта со стенкой ствола скважины и полезны для резания стенки ствола буровой скважины и сохранения диаметра долота. Но эта вставка имеет тупую верхнюю поверхность, так как есть плоскость на верхней поверхности вставки и, значит, она не полезна для дробления пород забоя скважины ударными действиями. Когда вставки с отклоненными скошенными поверхностями используются в качестве пяточных рядных режущих элементов на коническом шарошечном долоте, указанные режущие элементы становятся одной из основных причин для низкой скорости проходки. Хотя коническая сферическая вставка имеет более острую верхнюю поверхность и полезна для дробления пород забоя скважины ударными действиями, площадь контакта между пяточными рядными режущими элементами и стенкой ствола скважины становится меньшей при использовании конических сферических вставок в качестве пяточных рядных режущих элементов на долоте, вызывая более слабые режущие действия в отношении стенки ствола скважины и более низкую возможность защиты периферийного ряда зубьев шарошки долота. Сущность изобретения В соответствии с настоящим изобретением создана выпуклая гребенчатая вставка с отклоненными скошенными поверхностями, которая устраняет недостатки известных вставок и одновременно обеспечивает эффективное бурение пород забоя скважины и резание стенки ствола буровой скважины. Согласно настоящему изобретению, предложена выпуклая гребенчатая вставка с отклоненными скошенными поверхностями, содержащая цилиндрическую часть и гребневую часть, состоящую из конического гребневого основания, верхней поверхности и двух противоположных скошенных поверхностей, при этом верхние края двух скошенных поверхностей соединяются с верхней поверхностью гребневой части, верхняя поверхность выполнена выпуклой наружу и образует гладкую криволинейную поверхность, более высокую посередине и постепенно понижающуюся к каждому краю, ширина верхней поверхности и, следовательно, ширина гребня вставки сужаются от одного края к другому. В соответствии с одним из аспектов изобретения, две скошенные поверхности образованы пересечениями между криволинейными поверхностями вращения, сформированными их соответственными образующими, вращающимися вокруг их соответственных осей вращения, и коническим гребневым основанием, причем две образующие и их соответственные оси вращения расположены в двух плоскостях,образующих два прилежащих угла с центральной плоскостью гребня вставки, которая пересекает ось цилиндрической части вставки, которые находятся в диапазоне от 45 до 89. В соответствии с одним из аспектов изобретения, упомянутые две образующие в двух плоскостях являются прямыми линиями, которые отклонены от оси цилиндрической части вставки, а прилежащие углы, образованные упомянутыми отклоненными прямыми линиями и осью цилиндрической части вставки, превышают прилежащие углы, образованные упомянутой образующей конического гребневого основания и осью цилиндрической части вставки, и обычно находятся в диапазоне от 25 до 50. В соответствии с одним из аспектов изобретения, верхняя поверхность вставки образована трехмерной криволинейной поверхностью, прорезающей коническое гребневое основание и образованной тремя боковыми кривыми и тремя поперечными кривыми. В соответствии с одним из аспектов изобретения, средняя кривая из трех боковых кривых является выпуклой вверх боковой кривой, и другие две боковых кривых являются дугами, сформированными траекториями соответственных концов образующей двух скошенных поверхностей, вращающихся вокруг своих осей вращения. В соответствии с одним из аспектов изобретения, выпуклая вверх средняя боковая кривая сформирована одной дугой или многочисленными дугами, соединенными вместе, или параболой, или параболой и дугой, соединенными друг с другом. В соответствии с одним из аспектов изобретения, все три поперечные кривые являются дугами, а их радиусы R1, R2, R3 кривизны являются различными и уменьшающимися от более широкого края к более узкому краю гребня вставки вдоль боковой кривой, то есть R1R2R3.-1 017754 В соответствии с одним из аспектов изобретения, высоты трех поперечных кривых относительно нижней стороны гребневого основания являются разными, и поперечная кривая возле центра верхней поверхности вставки является более высокой, и поперечные кривые возле краев верхней поверхности вставки являются более низкими. В соответствии с одним из аспектов изобретения, разность высот между поперечной кривой возле центра верхней поверхности вставки и поперечными кривыми возле краев верхней поверхности вставки составляет от 0,1 до 10 мм. В соответствии с одним из аспектов изобретения, два прилежащих угла В 1 и В 2 находятся в диапазоне от 70 до 85. Технические эффекты настоящего изобретения включают в себя следующее. Когда вставка по этому изобретению используется в качестве пяточного рядного режущего элемента на долоте, самая верхняя средняя часть верхней поверхности вставки соприкасается с горной породой первой, а затем края гребня вставки постепенно соприкасаются с горной породой. Поэтому площадь контакта между вставкой и горной породой очень мала в самом начале, и, следовательно, напряжение частичного контакта, прикладываемое к породе, является большим, что является полезным для дробления породы и, таким образом, повышения эффективности бурения вставки и снижения общих затрат на бурение. Так как верхняя поверхность вставки является более высокой в середине и более низкой на обеих боковых сторонах, высокое механическое напряжение, обычно существующее в традиционной вставке на обеих боковых сторонах вставки, обусловленное краевым эффектом, действенно снижается, а потому частота поломки на боковых сторонах верхней поверхности вставки сильно снижается, а срок эксплуатации вставки увеличивается. Вследствие плавного соединения между верхней поверхностью вставки и другими соседними криволинейными поверхностями гребня вставки, концентрация напряжений в местах соединения устраняется,и частота поломки в местах соединения между верхней поверхностью вставки и другими соседними криволинейными поверхностями гребня вставки уменьшается, что дополнительно увеличивает срок эксплуатации вставки. Так как один край верхней поверхности вставки шире, а другой край уже, она может быть скомпонована так, что более широкий край верхней поверхности обращен к стенке ствола скважины, когда вставка согласно изобретению используется в качестве пяточной рядной вставки, так что может достигаться большая площадь контакта между вставкой и стенкой ствола скважины, что обеспечивает большее режущее действие по отношению к стенке ствола скважины и лучшую защиту периферийного ряда зубьев шарошки долота. Краткое описание чертежей Фиг. 1 изображает вид спереди вставки согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Фиг. 2 - вид в перспективе вставки согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Фиг. 3 - схематичный вид в перспективе верхней поверхности вставки согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Фиг. 4 - вид сверху по фиг. 1. Фиг. 5 - вид частичного разреза по линии Е-Е на фиг. 4. Фиг. 6 - вид частичного разреза по линии D-D на фиг. 4. Фиг. 7 - вид частичного разреза по линии А-А на фиг. 1. Фиг. 8 - вид частичного разреза по линии В-В на фиг. 1. Фиг. 9 - вид частичного разреза по линии С-С на фиг. 1. Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления Предпочтительные варианты осуществления изобретения и его преимущества могут быть лучше всего поняты из описания со ссылками на фиг. 1-9, на которых подобные ссылочные позиции указывают одинаковые и подобные части. Выпуклая гребневидная вставка с отклоненными скошенными плоскостями содержит цилиндрическую часть 1 и гребневую часть 2. Гребневая часть 2 состоит из конического гребневого основания 8,верхней поверхности 3 и двух противоположных скошенных поверхностей 7 а, 7b. Прилежащий угол между образующей гребневого основания 8 и осью цилиндрической части вставки составляет 20, а верхние края двух скошенных поверхностей соединены с верхней поверхностью 3 вставки. Фиг. 4 показывает три воображаемые плоскости Р, P1, P2, проходящие через ось цилиндрической части вставки, с двумя прилежащими углами B1, B2, образованными между плоскостью Р в качестве центральной плоскости гребня вставки и двумя боковыми плоскостями P1, P2. Два прилежащих угла B1,B2 могут находиться в диапазоне от 45 до 89, а предпочтительно от 70 до 85. Две скошенные поверхности 7 а и 7b могут быть определены или образованы, как описано ниже. Как показано на фиг. 5 и 6, прямая линия 14 и ось 12 поворота начерчены в пределах плоскости Р 1. Ось 12 поворота находится под гребнем вставки и перпендикулярна оси цилиндрической части вставки. Расстояние от оси 12 поворота до самой верхней точки гребня вставки может быть в диапазоне от 2 до 40 мм. Прямая линия 14 находится в угловом взаимном расположении с осью цилиндрической части вставки, и смежный угол между ними является большим, чем угол, образованный образующей гребневого основания 8 и осью цилиндрической части вставки и составляющий от 25 до 50, а предпочтительно от 30 до 40. Пересечение между криволинейной поверхностью, образованной прямой линией 14 в качестве-2 017754 образующей, вращающейся вокруг оси 12 поворота, и коническим гребневым основанием 8, образует скошенную поверхность 7 а. При вращении прямой линии 14 вокруг оси 12 вращения, траектория точки F верхнего конца прямой линии 14 образует боковую кривую 9 верхней поверхности вставки. Подобным образом, прямая линия 15 и ось 13 вращения начерчены в пределах плоскости Р 2. Ось 13 поворота находится под гребнем вставки и перпендикулярна оси цилиндрической части вставки. Расстояние от оси 13 поворота до самой верхней точки гребня вставки может быть в диапазоне от 2 до 40 мм. Прямая линия 15 находится в угловом взаимном расположении с осью цилиндрической части вставки, и смежный угол между ними является большим, чем угол, образованный образующей гребневого основания 8 и осью цилиндрической части вставки и составляющий от 30 до 40. Пересечение между криволинейной поверхностью, образованной прямой линией 15 в качестве образующей, вращающейся вокруг оси 13 поворота,и коническим гребневым основанием 8, образует скошенную поверхность 7b. При вращении прямой линии 15 вокруг оси 13 вращения, траектория точки Н верхнего конца прямой линии 15 образует дополнительную боковую кривую 11 верхней поверхности вставки. Две скошенных поверхности 7 а и 7b формируют две отклоненные скошенные поверхности, так что ширина верхней поверхности, а потому ширина гребня вставки сужаются от одного края к другому. Как показано на фиг. 3, выпуклая вверх кривая начерчена в центральной плоскости Р гребня вставки в качестве средней кривой 10. Средняя выпуклая вверх кривая 10 может быть сформирована одной дугой или многочисленными дугами, соединенными вместе, или параболой, или параболой и дугой, соединенными друг с другом. Две боковых кривых 9, 11 и средняя кривая 10 служат в качестве кривых,которые образуют пространственно криволинейную поверхность 19, которая будет описана в дальнейшем. В пределах трех воображаемых вертикальных плоскостей Q1, Q, Q2, которые перпендикулярны центральной плоскости Р гребня вставки, три соответственных дуги начерчены в качестве трех поперечных кривых 16, 17, 18, среди которых плоскость Q1 находится на более широком краю верхней поверхности вставки, плоскость Q проходит через ось цилиндрической части вставки, а плоскость Q2 находится на более узком краю верхней поверхности вставки. Радиусами трех дуг являются R1, R2, R3, соответственно, длинами трех дуг являются, соответственно, L1, L2, L3, при этом R1R2R3 и LlL2L3. Высоты трех поперечных кривых 16, 17, 18 относительно нижней стороны гребневого основания являются разными. Поперечная кривая 17 возле центра верхней поверхности вставки является более высокой, поперечные кривые 16, 18 возле краев верхней поверхности вставки являются более низкими. Разности высот между поперечной кривой 17 возле центра верхней поверхности вставки и поперечными кривыми возле краев верхней поверхности вставки (то есть, e1 и е 2) составляют от 1 до 5 мм. Гладкая пространственно криволинейная поверхность 19 сформирована посредством трех боковых кривых 9, 10, 11 и трех поперечных кривых 16, 17, 18. Гладкая выпуклая вверх верхняя поверхность 3 является более высокой посередине и постепенно снижается по направлению к обоим краям, обеспечивая прорезывание гребневого основания 8 трехмерной криволинейной поверхностью 19. Ширина верхней поверхности, и, следовательно, ширина гребня вставки сужаются от одного края к другому, и верхняя поверхность 3 плавно соединена с двумя скошенными поверхностями 7 а, 7b, а также со всеми другими соседними поверхностями гребня вставки. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Выпуклая гребневидная вставка с отклоненными скошенными поверхностями, содержащая цилиндрическую часть (1) и гребневую часть (2), состоящую из конического гребневого основания (8),верхней поверхности (3) и двух противоположных скошенных поверхностей (7 а, 7b), при этом верхние края двух скошенных поверхностей соединены с верхней поверхностью (3) гребневой части, при этом верхняя поверхность (3) является выпуклой наружу и образует гладкую кривую поверхность, более высокую посередине и постепенно снижающуюся к каждому краю, ширина верхней поверхности и, следовательно, ширина гребня сужаются от одного края к другому. 2. Вставка по п.1, в которой две скошенные поверхности (7 а, 7b) образованы пересечениями между криволинейными поверхностями вращения, сформированными их соответственными образующими,вращающимися вокруг их соответственных осей вращения (12, 13), и коническим гребневым основанием(8), при этом две образующие и их соответственные оси вращения расположены в двух плоскостях (P1,P2), образующих два прилежащих угла (B1, B2) с центральной плоскостью (Р) гребня вставки, которая пересекает ось цилиндрической части вставки, и два прилежащих угла (B1, B2) находятся в диапазоне от 45 до 89. 3. Вставка по п.2, в которой упомянутые две образующие в упомянутых двух плоскостях (P1, P2) являются прямыми линиями (14, 15), которые отклонены от оси цилиндрической части вставки, а прилежащие углы, образованные упомянутыми отклоненными прямыми линиями и осью цилиндрической части вставки, превышают прилежащие углы, образованные образующей конического гребневого основания(8) и осью цилиндрической части вставки, и обычно находятся в диапазоне от 25 до 50. 4. Вставка по п.1 или 2, в которой верхняя поверхность (3) вставки образована трехмерной криволинейной поверхностью (19), прорезающей коническое гребневое основание (8) и сформированной тре-3 017754 мя боковыми кривыми (9, 10, 11) и тремя поперечными кривыми (16, 17, 18). 5. Вставка по п.4, в которой средняя кривая из упомянутых трех боковых кривых является выпуклой вверх боковой кривой (10), а другие две боковые кривые (9, 11) являются дугами, сформированными траекториями соответственных концов образующей двух скошенных поверхностей (7 а, 7b), вращающихся вокруг своих осей (12, 13) вращения. 6. Вставка по п.5, в которой средняя выпуклая вверх боковая кривая (10) сформирована одной дугой или многочисленными дугами, соединенными вместе, или параболой, или параболой и дугой, соединенными друг с другом. 7. Вставка по п.4, в которой все три поперечные кривые (16, 17, 18) являются дугами, и их радиусыR1, R2, R3 кривизны являются различными и уменьшающимися от более широкого края к более узкому краю гребня вставки вдоль боковой кривой, то есть R1R2R3. 8. Вставка по п.7, в которой высоты трех поперечных кривых (16, 17, 18) относительно нижней стороны гребневого основания являются разными и поперечная кривая (17) возле центра верхней поверхности вставки является более высокой, а поперечные кривые (16, 18) возле краев верхней поверхности вставки являются более низкими. 9. Вставка по п.8, в которой разность (e1, e2) высот между поперечной кривой (17) возле центра верхней поверхности вставки и поперечными кривыми (16, 18) возле краев верхней поверхности вставки составляет от 0,1 до 10 мм. 10. Вставка по п.2, в которой два прилежащих угла В 1 и В 2 находятся в диапазоне от 70 до 85.