Буровой снаряд

 

Изобретение предназначено для бурения с отбором монолитного керна мерзлого грунта при инженерно-геологических изысканиях. Цель - улучшение качества керна. Снаряд содержит трубу (Т) 1 с наружными спиральными пшамбнаправляющими пазами (ШП) 2, по всей длине которых равномерно расположены с равными интервалами шламонаправляющие прорези. Между ними ус (Л С Х О) СО оо ;о .1

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„.Я0„, 298 (504 Е 21 В 2500

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 3961 1 7 7! 22-03 (22) 08. 10. 85 (46) 23.03.87, Бюл. 11 (71) Северо-Восточный трест инженер" но-строительных изысканий (72) Н.И. Мельников и Ю.К. Реев (53) 622.243.64 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 619627, кл. Е 21 В 25/00, 1976.

Авторское свидетельство СССР

9 1139824, кл, Е 21 В 25/00, 1983. (54) БУРОВОЙ СНАРЯД (57) Изобретение предназначено для бурения с отбором монолитного керна мерзлого грунта при инженерно-геологических изысканиях. Цель — улучшение качества керна; Снаряд содержит тру- бу (Т) 1 с наружными спиральными шламонаправляющими пазами (ШП) 2, по всей длине кбторых равномерно расположены с равными интервалами шламонаправляющие прорези. Между ними ус1298339

Изобретение относится к горному делу, к средствам для бурения с отбором монолитного керна мерзлого грунта при инженерно-геологических изысканиях.

Целью изобретения является улучшение качества керна.

На фиг. 1 показан буровой снаряд перед бурением, общий вид, на фиг.2— вид А на фиг.1; на фиг.3 — сечение

Б-Б на фиг.1", на фиг.4 — сечение В-В на фиг.1 на фиг.5 — буровой снаряд перед срывом керна, общий вид на фиг.б — взаиморасположение бурового снаряда и рамы бурового станка при извлечении керна из бурового снаряда» на фиг;7 — вид Г на фиг.5», на фиг.8 вид Д.на фиг.5.

Буровой снаряд содержит трубу 1 с наружными спиральными шламонаправ(ляющими пазами 2,по всей длине которых равномерно расположены с равными интервалами шламонаправляющие проре" зи 3, перемычки 4 между которыми расположены попарно и симметрично относительно продольной оси. С трубой сое. динен переходник 5 с фаской 6 и хвостовиком 7 для соединения со штангой 8.

На нижнем конце трубы 1 установлена съемная коронка 9 с резцами 10,установленными наклонно по отношению к радиусу вращения коронки 9 и конусом

11. В корпусе коронки 9 выполнены также наклонные по отношению к радиусу вращения торцовые шламоотводные пазы l2 и наклонные по отношению к вертикали шламоподъемные пазы 13.Внут- ния в соединении крестовин 16 и 17.

1 В нижней части нижней трубчатой крес20

35 тановлены попарно и симметрично относительно продольной оси перемычки

4. На конце Т 1 установлена съемная коронка 9 с резцами, 10,в которой выполнены наклонные шламоотводные пазы

12 и шламоподъемные пазы 13. Внутри

Т 1 установлены карманы 14, в которых размещен керноизвлекатель. Последнйй состоит из верхней lá трубчатой крестовины (ТК), соединенной посредством шарикового замка 18 с нижней ТК 17. В нижней части ТК 17 расположен крестовидный толкатель 19.

Коронка 9 через Т 1 соединена с переходником 5,имеющим хвостовик 7 для соединения со штангой 8. Буровой шлам, образующийся под резцами 10 при бурении скважины через пазы 12 и 13 поступает к прорезям. Далее по ШП 2 он поднимается до верха керна, ссыпается на него и накапливается по мере углубления снаряда. При подъеме .шлама по ШП 2 последний заполняет пространство между Т1 и стенкой скважины, а также между Т 1 и керном. 8 ил.

2 ри трубы,в верхнем конце винтовых пазов 2 установлены карманы 14, представляющие собой, например, отрезки трубы, разрезанные вдоль на две части и размалкованные, как указано на фиг.2. В карманах 14 размещен керноизвлекатель, выполненный в виде компановки 15, состоящей из верхней трубчатой крестовины 16, соединенной с возможностью вращения соосно с нижней трубчатой крестовиной 17 через шариковый замок 18, который одновременно выполняет роль подшипника качетовины 17 расположен крестовидный толкатель t9. Скобу 20 и палец 21 надевают на хвостовик 7 при разгрузке керна из бурового снаряда (фиг.6).

При этом в крестовину вставляют ось

22, которая своими концами взаимодействует с рамой 23 стакана.

Толщина перемычек 4, их ширина и высота, а также шаг и количество винтовых прорезей 3 подбираются в зависимости от диаметра трубы, толщины ее стенки, крутящего момента и осевого давления, прилагаемого к буровому снаряду.

Снаряд работает следующим образом.

Буровой снаряд (фиг. I) соединяют со штангой 8 через палец 21, и далее - с буровым станком (не показан), опускают буровой снаряд на забой и производят колонковое бурение. Буро- . вой шлам, образующийся под резцами

1298339

10, через наклонные пазы 12 и 13 поступает к нижней части винтовых прорезей 3, и под воздействием подъемной силы, возникающей при контакте шлама с вращающейся винтовой поверхностью винтовых прорезей 3 и цилиндрических поверхностей скважины и керна поднимается по винтовым пазам 2 до верха керна, где контакт шлама с цилиндрической поверхностью керна прекраща- <0 ется, шлам ссыпается на верхнюю часть керна и накапливается там по мере углубления бурового снаряда. При подъеме шлама по винтовым пазам 2 последний заполняет пространство между тру- 15 бой 1 и стенкой скважин, а также между трубой 1 и керном. г

После заполнения бурового снаряда керном и шламом на буровой снаряд, не останавливая вращения, прикладывают от бурового станка через штангу 8 увеличенную осевую нагрузку P. При этом происходит следующее. За счет несколько пониженной жесткости участ- 25 ков трубы 1, расположенных между перемычками 4 (по сравнению с более жесткими участками трубы, проходящими через сечение Б-Б на фиг.3), эти участки слегка выгибаются наружу (изображение выпуклости этих участков на фиг.5 утрировано). При этом шлам заполняет увеличивающийся зазор между трубой 1 и керном. Вращение останавливают и снимают вертикальную

35 нагрузку P с бурового снаряда. При этом выпуклые участки трубы распрямляются и через шлам плотно обжимают керн по всей высоте. Затем включают подъем снаряда. При этом шлам, находящийся между конической частью коронки и керном заклинивает последний и происходит срыв керна. Этому срыву также способствует то, что участки трубы 1 обжали керн через шлам по всей высоте, что в свою очередь помогает удерживанию керна в снаряде при подъеме из скважин.

После подъема из скважины бурового снаряда через верхние концы винтовых прорезей 3 в отверстие верхней трубчатой крестовины 16 вставляют ось 22 и с ее помощью приподнимают компановку 15 над карманами 14 и по винтовым прорезям 3 опускают ось 22 вместе с компановкой 15 на шлам, расположенный в верхней части керна (фиг.6). Вместо штанги 8 устанавливают скобу 20 и палец 21. Скобу 20 присоединяют к канату лебедки бурового станка (не показаны). С помощью этой лебедки приподнимают буровой снаряд до упора концов. оси 22 на раму бурового станка 23 (фиг.6). Включают лебедку на подъем: при этом ось

22 вместе с верхней крестовиной 16 остаются неподвижными относительно рамы бурового станка, а буровой снаряд поднимается с помощью каната вверх, одновременно вращаясь по винтовым прорезям 3 относительно вертикальной оси бурового снаряда.Нижняя крестовина 17, опирающаяся на керн через крестовидный толкатель 19, а на верхнюю крестовину 16. — через шариковый замок 18, вращается при этом вместе с керном и буровым снарядом. При этом на керн действует выталкивающая сила Q, равная тяговому усилию лебедки бурового станка, а каждый конец оси 22 опирается на раму бурового станка 23 с силой, равной †.

2

Подъем бурового снаряда лебедкой производят до приближения оси 22 к первой, верхней паре перемычек 4.Нижняя крестовина 17 в этот момент уже прошла ниже первой верхней пары перемычек 3. Подъем бурового снаряда останавливают, буровой снаряд слегка опускают вниз, освобождая ось 22 от контакта с рамой бурового станка 23, ось 22 извлекают из отверстия верхней крестовины 16, переставляют ее в отверстие нижней крестовины 17, находящейся ниже первой, верхней пары перемычек 4, и снова приподнимают буровой снаряд до упора оси 22 на раму бурового станка 23, затем лебедкой поднимают буровой снаряд таким образом, чтобы верхняя крестовина 16 ока залась ниже первой верхней пары перемыче-.. 4, и вновь повторяют описанный цикл перехода через перемычки 4 до полного выхода керна из бурового снаряда.

Поскольку крестовидный толкатель

19 давит на керн через шлам достаточно равномерно {благодаря призме давления, образующейся под крестовидным толкателем 19), керн выходит из бурового снаряда неповрежденным.

По окончании извлечения керна поршень 15 вместе с осью 22 поднимают внутри снаряда по винтовым пазам 2.

При этом через перемычки 4 "перехо5 12 дят" следующим образом. При подъеме оси 22 (вместе с поршнем 15) до первой снизу пары перемычек 4 в отверстие нижней крестовины 17 через винтовую прорезь вставляют монтажный ломик (не показан), извлекают из верхней крестовины ось 22 и монтажным ломиком приподнимают компановку 15 так, чтобы отверстия верхней крестовины 16 прошли нижнюю пару перемы" чек 4. После этого вставляют ось 22 в одно иэ отверстий верхней крестовины 16 и продолжают подъем компановки 15, "переступая" через пары перемычек 4 описанным способом. При подьеме поршня 15 до верхнего конца винтовых пазов 2 (фиг.2) компановку 15 укладывают верхней крестовиной 16 в карман 14 (фиг.1 и 5), извлекают ось

22, отсоединяют от бурового снаряда скобу 20, соединяют его co штангой

8 через палец 21, опускают буровой ,снаряд в скважину и повторяют описанные циклы бурения и извлечения керна до проходки скважины на проектную глубину.

Крестовидная форма придана толкателю 19 для того, чтобы облегчить его перемещения внутри трубы 1, а также для пропускания внутри трубы 1 воды, которая иногда появляется при проходке водоносных горизонтов,расположенных между мерзлыми слоями грунта.

При выдавливании керна (фиг.6) ось 22, продвигаясь по вйнтовым лазам 2 одновременно очищает их от шлама. Для уменьшения трения оси 22 о

98339 6 .шлам и винтовые прорези 3 поперечное сечение оси 22 выполнено не круглым, а прямоугольным. Прямоугольное сечение оси 22 не показано.

Наклонные по отношению к радиусу вращения резцы 10 коронки 9, а также наклонные по отношению к радиусу вращения торцовые шламоотводные пазы 12

10 и наклонные по отношению к вертикали шламоподьемные пазы 13 направляют шлам из-под рвзцов 10 и сразу транспортируют его в винтовые прорези трубы 1, сводя этим к минимуму его

15 измельчение.

Формула изобретения

Буровой снаряд, содержащий соеди20 ненные друг с другом коронку с шламоотводными пазами, переходник,соединенный с трубой, имеющей наружные спиральные шламонаправляющие пазы и шламонаправляющие прорези с перемыч25 ками, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества керна, он снабжен керноизвлекателем,выполненным в виде компановки двух соосных трубчатых крестовин, соединен® ных с возможностью вращения одной относительно другой, при этом шламонаправляющие прорези расположены равномерно с равными интервалами по всей длине шламонаправляющих пазов, 35 а перемычки в интервалах между прорезями расположены попарно симметрично относительно продольной оси трубы.

1298339

1298339

3РНГ

Составитель В. Акслер

Техред Л.Сердюкова Корректор А. Обручар

Редактор А. Ворович

Тираж 533 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ Яб8/31

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная.4