Устройство для образования винтового профиля на стенках скважины под буронабивные сваи

Авторы патента:

E21B7/28 - расширение пробуренных скважин, например разбуриванием (буровые долота для расширения буровых скважин E21B 10/26)

Владельцы патента RU 2470133:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет" (СГТУ) (RU)

Изобретение относится к строительству, а именно к устройствам, повышающим несущую способность буронабивных свай, и найдет применение при строительстве фундаментов под здания и сооружения. Устройство для образования винтового профиля на стенках скважин под буронабивные сваи содержит рабочий наконечник, выполненный из секторных плит, верхний конец которых шарнирно закреплен на корпусе, вибратор круговых колебаний с механизмом раздвижения секторных плит в виде кольца и привода возвратно-поступательного движения, установленных в рабочем наконечнике, и механизм подачи рабочего наконечника. К нижнему, загнутому внутрь рабочего наконечника, концу секторных плит под углом к оси наконечника закреплены конические профили, при этом кольцо механизма раздвижения секторных плит жестко закреплено на корпусе вибратора, который соединен приводом возвратно-поступательного движения с корпусом рабочего наконечника. Повышается несущая способность буронабивных свай за счет увеличения сцепления боковой поверхности сваи со стенками скважины. 4 ил.

Известно устройство для повышения несущей способности буронабивных свай путем протаскивания в пробуренной скважине расширителей различной формы, в результате чего несущая способность буронабивных свай увеличивается за счет уплотнения грунта в стенках скважины и увеличения площади контакта боковой поверхности сваи с грунтом [1].

Наиболее близким по технической сущности является устройство для расширения глухих скважин, которое содержит рабочий наконечник, выполненный из секторных плит, верхний конец которых шарнирно закреплен на корпусе, вибратор круговых колебаний с механизмом раздвижения секторных плит в виде кольца и привода возвратно-поступательного движения, установленных в рабочем наконечнике, и механизм подачи рабочего наконечника [2].

Недостатком известного устройства является то, что гладкая поверхность стенок скважины вдоль ее оси незначительно повышает сцепление сваи с грунтом, что в конечном счете не оказывает существенного влияния на повышение несущей способности буронабивной сваи.

Цель изобретения - повышение несущей способности буронабивных свай за счет увеличения сцепления боковой поверхности сваи со стенками скважины.

Указанная цель достигается тем, что нижняя часть секторных плит загнута вовнутрь рабочего наконечника, а к наружным секторным плитам под углом к оси наконечника закреплены конические профили, при этом кольцо механизма раздвижения секторных плит жестко закреплено на корпусе вибратора, который соединен приводом возвратно-поступательного движения с корпусом рабочего наконечника.

На рис.1 представлен разрез рабочего наконечника в сложенном виде; на рис.2 - сечение А-А по рис.1; на рис.3 разрез рабочего наконечника в рабочем состоянии; на рис.4 - общий вид устройства.

Устройство для образования винтового профиля на стенках скважины под буронабивные сваи содержит рабочий наконечник (рис.1), выполненный из секторных плит 1, верхний конец которых шарниром 2 крепится к корпусу 3, а к нижнему, загнутому вовнутрь рабочего наконечника, концу наружных секторных плит под углом к оси рабочего наконечника закреплены конические профили 4, механизм раздвижения секторных плит, выполненный в виде кольца 5, жестко закрепленного на корпусе вибратора круговых колебаний 6, который соединен приводом возвратно-поступательного движения 7 с корпусом рабочего наконечника, который подвешен на канате 8 механизма подачи 9, установленного на транспортном средстве 10.

Устройство работает следующим образом. Транспортное средство 10 вместе с подвешенным на канате 8 рабочим наконечником в сложенном виде устанавливают над пробуренной под сваю скважиной. Включают механизм подачи 9 и опускают рабочий наконечник на дно пробуренной скважины, после чего одновременно включают вибратор круговых колебаний 6 и привод возвратно-поступательного движения 7, который перемещает корпус вибратора 6 в нижнее положение. Кольцо 5, жестко закрепленное на корпусе вибратора, воздействует на ребра секторных плит 1, раздвигает их, вводя в контакт со стенками скважины конические профили 4. Колебания наконечника в плоскости, перпендикулярной оси скважины, обеспечивают снижение усилия внедрения секторных плит с закрепленными на них коническими профилями в грунт. При раскрытии секторных плит до нужного диаметра привод 7 отключается и включается привод механизма подачи наконечника 9, который канатом 8 перемещает рабочий наконечник вверх к устью скважины. Круговая возмущающая сила вибратора вызывает обкатку рабочего наконечника по стенкам скважины, в результате чего он вращается вокруг своей оси в направлении, противоположном вращению дебалансов, с угловой скоростью

где ω, ω_В - соответственно угловые скорости рабочего наконечника и вибратора; D, D₀ - соответственно диаметры скважины и наконечника.

Разность диаметров возникает за счет упругих и пластических деформаций грунта в стенке скважины в результате воздействия на него возмущающей силы вибратора круговых колебаний, установленных в корпусе расширителя.

В результате наличия осевой подачи и вращения рабочего наконечника внедренные в грунт конические профили 4 будут оставлять на уплотненных стенках скважины винтовые профили 11, шаг которых будет равен расстоянию по образующей между коническими профилями 4, закрепленными на секторных плитах 1 рабочего наконечника, а угол подъема - углу установки профилей к оси наконечника.

При обкатке на корпусе рабочего наконечника возникает момент вращения

где m - масса дебалансов; е - эксцентриситет; ω - угловая скорость; φ - угол сдвига фрез, град.

Наличие вращающего момента на корпусе рабочего наконечника и внедренных в грунт конических профилей, установленных под углом к образующей скважины, создает условия для самовыдвижения рабочего наконечника в скважине, в результате чего осевое усилие подачи незначительное и необходимо для преодоления силы тяжести рабочего наконечника и увеличения скорости проходки скважины.

Применение предлагаемого устройства позволит не только увеличить плотность стенок скважины, пробуренной под буронабивную сваю, но и получить на ее поверхности отштампованные винтовые профили, которые при формовании сваи будут заполнены бетоном, в результате чего боковое сцепление сваи со стенками скважины значительно увеличится и приблизится к величине удельной силы сдвига грунта, что значительно увеличит несущую способность буронабивных свай.

Источники информации

1. Патент 2126072 РФ, МПК E02D 5/36. Устройство для формирования в грунте набивных свай / Сбоев В.М., Ткач Х.Б., Федоров В.К., Аннаматов A.M.; заявитель и патенотообладатель: Новосибирская государственная академия строительства. - №96117171/03; заявл. 23.08.1996; опубл. 10.02.1999.

2. Заявка №2009129279/03(040772), МПК E21B 7/28. Устройство для расширения глухих скважин / Ромакин Н.Е., Губатенко М.С.; заявитель: Саратовский государственный технический университет, заявл. 29.07.2009.

Устройство для образования винтового профиля на стенках скважин под буронабивные сваи, содержащее рабочий наконечник, выполненный из секторных плит, верхний конец которых шарнирно закреплен на корпусе, вибратор круговых колебаний с механизмом раздвижения секторных плит в виде кольца и привода возвратно-поступательного движения, установленных в рабочем наконечнике, и механизм подачи рабочего наконечника, отличающееся тем, что к нижнему, загнутому внутрь рабочего наконечника концу секторных плит под углом к оси наконечника закреплены конические профили, при этом кольцо механизма раздвижения секторных плит жестко закреплено на корпусе вибратора, который соединен приводом возвратно-поступательного движения с корпусом рабочего наконечника.

Изобретение относится к строительной технике и может быть использовано для устройства раскатных вертикальных, наклонных и горизонтальных скважин без выемки грунта и изготовления за один рабочий цикл набивных свай.

Раздвижной расширитель для расширения скважин и способ расширения скважины // 2462577

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, в частности к раздвижным расширителям. .

Бурильный блок, способ бурения пазов и устройство для прорезания пазов // 2459063

Активирующее устройство для скважинного инструмента, скважинный инструмент и способ расширения ствола скважины // 2452848

Расширитель скважин // 2445432

Изобретение относится к области буровой техники, а именно к устройствам для увеличения диаметра скважин в заданном интервале. .

Расширитель скважин // 2445431

Изобретение относится к буровой технике нефтегазодобывающей промышленности, в частности, к устройствам для увеличения диаметра скважины в заданном интервале. .

Расширитель скважин // 2444605

Изобретение относится к области буровой техники и может быть применено для увеличения диаметра скважин в заданном интервале. .

Раcширитель грунтовых скважин // 2436901

Изобретение относится к области строительства, в частности к устройствам для расширения скважин в грунте при образовании их с помощью пневмопробойников. .

Расширитель-калибратор раздвижной // 2425944

Изобретение относится к буровой технике нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для увеличения диаметра скважины в заданном интервале, обеспечивает надежность и долговечность конструкции, увеличенный ресурс вооружения расширителя, строго необходимый диаметр калиброванного ствола скважины по всей длине расширяемого интервала.

Калибратор ствола скважины раздвижной // 2418147

Изобретение относится к буровой технике нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для увеличения диаметра скважины в заданном интервале. .

Устройство для совмещенного механического и термического расширения скважин // 2477363

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к бурению скважин

Устройство для проходки скважин в грунте // 2480570

Изобретение относится к строительству, а именно к устройствам, предназначенным для бестраншейной проходки скрытых переходов для прокладки трубопроводов, кабельных линий связи и электропередач, а также образования скважин под сваи при возведении фундаментов

Расширитель скважин // 2485274

Изобретение относится к области буровой техники, а именно к устройствам для увеличения диаметра скважин в заданном интервале

Расширитель скважин // 2485275

Изобретение относится к буровой технике нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для увеличения диаметра скважин в заданном интервале

Расширитель скважин // 2491405

Изобретение относится к буровой технике нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для увеличения диаметра скважины в заданном интервале

Расширитель скважин // 2496962

Изобретение относится к буровой технике нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для увеличения диаметра скважины в заданном интервале. Расширитель скважин содержит корпус с наклонными пазами снаружи и размещенным в нем штоком, взаимодействующий со штоком поршень, который выполнен кольцевым и размещен в камере, образованной наружной стенкой штока и внутренней стенкой корпуса, закрепленные в наклонных пазах корпуса и соединенные шарнирно посредством тяг с поршнем лапы с резцами на рабочей поверхности, и нижний переводник с внутренним сужающимся каналом, соединенный снизу с корпусом. Поршень снизу оборудован полой втулкой с боковыми каналами, ниже которых внутри полой втулки выполнено сужение и цилиндрическая наружная поверхность, которая выполнена с возможностью скользящего взаимодействия с сужающимся каналом нижнего переводника и с возможностью выхода из этого сужающегося канала при перемещении поршня вверх относительно корпуса. Лапы с рядами резцов расположены равномерно по периметру корпуса и размещены с расстоянием по периметру между лапами, как минимум в два раза превосходящим ширину лап, обеспечивающим зазор между ними, стенками скважины и корпусом в рабочем положении для создания скорости подъема жидкости, достаточной для выноса шлама из этих зазоров и охлаждения резцов. Позволяет увеличить ресурс работы за счет обеспечения одинаковой загруженности резцов в процессе расширения, улучшенного сопротивления вибрации и стабилизации при разрушении горных пород, улучшить качество формообразования ствола скважины, а также обеспечить скорость подъема жидкости, достаточную для охлаждения резцов и выноса шлама. 2 ил.

Устройство для совмещенного механического и термического расширения скважин // 2499119

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к бурению скважин. Устройство для совмещенного механического и термического расширения скважин содержит электронагреватели с адсорбером, которые последовательно установлены в магистрали подвода воздуха, при этом адсорбер выполнен в виде двух вставленных один в другой и ограниченных поверхностями цилиндров разного диаметра, причем адсорбер внутренней стенкой меньшего цилиндра плотно насажен на внешнюю поверхность трубы для отвода парогазовой смеси в атмосферу, адсорбент размещен в подпружиненной кассете, свободно перемещающейся в вертикальном направлении между внутренней поверхностью большего цилиндра и внешней поверхностью меньшего цилиндра. Цилиндры разных диаметров адсорбера выполнены из биметаллов, при этом материал внутренней поверхности большого цилиндра имеет коэффициент теплопроводности в 2,0-2,5 раза больше, чем коэффициент теплопроводности материала внешней поверхности большего цилиндра, а материал внешней поверхности меньшего цилиндра имеет коэффициент теплопроводности в 2,0-2,5 раза меньше, чем коэффициент теплопроводности меньшего цилиндра со стороны трубы для отвода горячего парогазового потока в окружающую среду. Обеспечивает повышение эффективности термического расширения скважин при длительной эксплуатации. 4 ил.

Расширитель раздвижной // 2507362

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности. Расширитель раздвижной содержит корпус, поршень, пружину, толкатель и шарнирно закрепленный рабочий орган. Породоразрушающий инструмент сделан в виде симметричной во всех направлениях лопасти, более широкой - в центральной части и постепенно сужающейся - к концам, выполненной с возможностью вращения в вертикальной плоскости на горизонтальном пальце, пронизывающем корпус и лопасть в их середине. Корпус имеет два диаметрально расположенных окна в виде боковой продольной проточки, по ширине равной толщине лопасти, и одно окно расположено выше другого так, что позволяет одной половине лопасти быть утопленной внутрь корпуса через нижнее окно, а второй части лопасти - через верхнее окно в транспортном положении и при полном выдвижении лопасти в рабочее положение через окна, она расположена перпендикулярно продольной оси корпуса, при этом нижняя поверхность верхней части лопасти уложена на нижнюю поверхность верхнего окна, а верхняя поверхность нижней части лопасти уперта в верхнюю поверхность нижнего окна, чем лопасть зафиксирована в рабочем положении. Верхняя часть корпуса имеет резьбу для соединения с колонной труб, а ниже этой резьбы, внутри корпуса, выполнен цилиндрический ступенчатый канал, смещенный относительно продольной оси корпуса, в широкой части которого размещен поршень, закрываемый сверху поршневой крышкой с отверстием и изготовленный заодно с толкателем, проходящим через узкую часть канала и имеющим на свободном торце, соприкасающемся с верхней поверхностью лопасти, углубление, поверхность дна которого выполнена в виде дуги, а рядом со ступенчатым отверстием расположено цилиндрическое отверстие, смещенное относительно продольной оси корпуса, предназначенное для подачи промывочной жидкости в зону обработки. Между лопастью, ниже ее оси вращения, и корпусом закреплена пружина для возвращения лопасти в транспортное положение. Обеспечивается повышение производительности процесса расширения скважины, увеличение надежности работы оборудования и его ремонтопригодности, увеличение размеров расширения скважины. 4 ил.

Способ расширения ствола скважины, компоновка инструмента для его осуществления, раздвижные гидравлические расширитель, центратор и стабилизатор // 2513923

Группа изобретений относится к бурению скважин и может быть использована для их расширения, а также в процессе выполнения ремонтных работ в скважинах. Размещают в скважине компоновку инструмента, переводят ее из транспортного положения в рабочее. Расширяют участок ствола скважины методом «снизу-вверх» с центрированием компоновки инструмента относительно обсадной колонны. В процессе расширения участка ствола скважины дополнительно осуществляют центрирование компоновки инструмента относительно поверхности ствола скважины, образованной в результате его расширения. Центрирование компоновки инструмента относительно обсадной колонны осуществляют, по крайней мере, в двух точках, расположенных выше гидравлического раздвижного расширителя компоновки инструмента. Расширение осуществляют до диаметра, равного или превышающего первоначальный диаметр скважины, после чего приступают к расширению участка ствола скважины до необходимого диаметра. Центрирование компоновки инструмента относительно поверхности ствола скважины, образованной в результате его расширения, осуществляют, по крайней мере, в одной точке, расположенной ниже гидравлического раздвижного расширителя компоновки, а также относительно обсадной колонны дополнительно, по крайней мере, в одной точке, расположенной ниже гидравлического раздвижного стабилизатора компоновки. Используют компоновку инструмента, включающую раздвижной гидравлический расширитель, раздвижной гидравлический стабилизатор, установленный непосредственно под раздвижным расширителем. В компоновке инструмента, по крайней мере, два центратора выполнены раздвижными гидравлическими и установлены непосредственно над ее раздвижным расширителем. В нижней части ее раздвижного гидравлического стабилизатора размещен дросселирующий узел. Техническим результатом является повышение качества получаемой в процессе расширения ствола скважины вновь вскрытой ее поверхности, производительности и эффективности работ по расширению ствола скважины методом «снизу-вверх». 5 н. и 12 з.п. ф-лы, 23 ил.

Устройство и способ для расширения скважины // 2529038

Группа изобретений относится к горной промышленности, а именно к устройствам и способам для расширения скважины. Технический результат состоит в повышении эффективности расширения скважины. Устройство для расширения скважины содержит бурильное средство, направляющий элемент, установленный перед бурильным средством, и стабилизирующий элемент, установленный за бурильным средством. Поверхность направляющего элемента имеет цилиндрическую форму. Устройство содержит штанги, соединенные с торцами направляющего элемента и стабилизирующего элемента, при этом цилиндрическая поверхность направляющего элемента сочленена наклонной кольцевой фаской с торцом направляющего элемента, поверхность стабилизирующего элемента имеет цилиндрическую форму, сочлененную наклонной кольцевой фаской с торцом стабилизирующего элемента, поверхность бурильного средства имеет цилиндрическую форму, сочлененную наклонными кольцевыми поверхностями с цилиндрическими поверхностями направляющего элемента и стабилизирующего элемента. Способ расширения скважины включает выполнение пилотной скважины и ее расширение указанным устройством в прямом и обратном направлениях. 2 н.з. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил.