Шнековый бур для вращательного бурения скважин

Устройство относится к буровой технике, а именно к шнековым бурам для вращательного бурения скважин. Обеспечивает повышение эффективности работы бура. Бур состоит из шнекового корпуса, в верхней части которого шарнирно закреплены заслонки, буровых сменных резцов, вала для крепления пилота-забурника. Шнековый корпус установлен на опорные пластины, в центре которых расположен вал пилота-забурника так, что его верхняя линия резания расположена ниже линии резания самого нижнего резца, а вершины крайних боковых резцов расположены на одном расстоянии от оси вращения и на одной высоте относительно горизонтальной плоскости, причем внутренние боковые грани резцов параллельны линии, соединяющей вершину резца с осью вращения, а опорные пластины смещены относительно друг друга на угол α. 3 ил.

 

Изобретение относится к буровой технике, а именно к конструкции бурового инструмента для вращательного бурения неглубоких скважин в грунтах I-IV категорий буримости по нормам СНИП IV-2-82 с твердыми включениями, а также в вечномерзлых и с сезонным промерзанием грунтах.

Известны бурильные инструменты для бурильных машин, работающих способом вращательного бурения, которые выпускаются Алапаевским заводом «Стройдормаш», содержащие двухзаходный лопастный корпус с забурником и установленными в нижней части лопастей режущими элементами (резцами), расположенными в одной плоскости вращения (Каталог ОАО «Бурильные машины и инструменты», ОАО «Стройдормаш», 2009 г.). Недостаток этих буров в том, что они имеют большой расход мощности, большой удельный расход твердого сплава, увод оси скважины при бурении скважин с твердыми включениями.

Наиболее близким аналогом является известный бурильный инструмент из RU 2004761 С1 для вращательного бурения скважин, содержащий корпус в виде спиральных лопастей и закрепленных на них шарнирно заслонок в верхней части, соосно закрепленный в нижней части лопастей забурник и закрепленные к лопастям по радиальным линиям ступенчато с возможностью перекрытия друг друга под разными углами к вертикальной плоскости центральные резцы и периферийные резцы, установленные на образующих конуса, вершина которого расположена на оси корпуса в нижней части забурника. При этом центральные резцы расположены на образующих конуса, вершина которого расположена на оси корпуса в верхней части забурника, причем образующие конусов периферийных и центральных резцов пересекаются в месте установки ближайшего к центру периферийного резца, расположенного ниже остальных, режущие кромки центральных и периферийных резцов смещены по окружности в направлении вращения относительно радиальной линии периферийного резца, а верхний край режущей кромки забурника расположен выше режущих кромок центральных и периферийных резцов.

Недостатком этих буров является:

- отсутствие нисходящей ступенчатой скважины, что ведет к увеличению осевого давления на бур при бурении твердых пород, что соответственно приводит к быстрому износу резцов;

- нерациональное использование мощности бурового станка и увеличение крутящего момента на шпинделе станка;

- возможность увода оси скважины от заданного значения при бурении мягких пород с твердыми включениями.

Однако этот бурильный инструмент обладает рядом недостатков: во-первых, крайне неблагоприятные условия работы резцов, а во-вторых, нерациональное использование мощности привода.

Технический результат заключается в том, что повышается эффективность работы бура:

- улучшение условий работы бура;

- формирование скважины с вертикальной осью и уплотненными стенками;

- обеспечение устойчивости бура при бурении вертикальных скважин с твердыми включениями при бурении грунта с твердыми включениями, т.е. ось скважины не уходит с первоначальной настройки оси скважины в сторону.

Заявляется бур, состоящий из шнекового корпуса 1, в верхней части которого шарнирно закреплены заслонки 2, буровых сменных резцов 5, 6, 7, вала 8 для крепления пилота-забурника 9, отличающийся тем, что шнековый корпус 1 установлен на опорные пластины 3, в центре которых расположен вал 8 пилота-забурника 9 так, что его верхняя линия резания расположена ниже линии резания самого нижнего резца, а вершины крайних боковых резцов расположены на одном расстоянии от оси вращения и на одной высоте относительно горизонтальной плоскости, причем внутренние боковые грани резцов параллельны линии, соединяющей вершину резца с осью вращения, а опорные пластины смещены относительно друг друга на угол α.

На Фиг.1 представлен заявляемый бур для вращательного бурения скважин, где:

1 - шнековый корпус;

2 - заслонка;

3 - опорная пластина;

4 - карман для крепления резца;

5, 6, 7 - резцы;

8 - вал пилота-забурника;

9 - пилот-забурник.

На Фиг.2 представлена схема образования ступенчатого забоя при бурении скважины, где:

D - диаметр буровой скважины;

d - диаметр скважины пилота-забурника;

h - расстояние между нижней линией резания резцов и верхней линией пилота-забурника.

На Фиг.3 представлена схема расположения резцов и расклад сил при резании грунта, где:

3 - опорные пластины;

5 - боковые резцы;

6, 7 - резцы;

9 - пилот-забурник.

Заявляемые технические результаты достигаются следующим образом.

С целью обеспечения устойчивости бура при бурении вертикальных скважин с твердыми включениями и формирования скважины с вертикальной осью и уплотненными стенками пилот-забурник 9 установлен таким образом, что его верхняя линия резания расположена ниже линии резания самого нижнего резца, а вершины крайних боковых резцов расположены на одном расстоянии от оси вращения и на одной высоте относительно горизонтальной плоскости, причем внутренние боковые грани резцов параллельны линии, соединяющей вершину резца с осью вращения, при этом внутренние боковые грани режут грунт и отбрасывают его внутрь скважины, а наружные грани режут грунт и отбрасывают его на стенку скважины, уплотняя ее. На Фиг.2 видно, как это происходит. Верхняя линия резания пилота-забурника располагается ниже нижней линии резания резцов. При вращении бура резец, соприкасаясь с грунтом, превращает вращающий момент шпинделя в усилие резания Р и P1, которые раскладываются на две составляющие силы: силы N и N1, которые срезают слой грунта. Сила N1 вдавливает в боковую стенку скважины, а сила N отбрасывает срезанный слой грунта внутрь на лопасти шнекового корпуса 1. Силы Q и Q1 участвуют в истирании резцов при работе бура и равны Q=f×P, Q1=f×P1. Опорные пластины 3 смещены относительно друг друга на угол α так, чтобы обеспечить максимальный проход разрушенного грунта между стенками скважины и пластинами. Разрушенный грунт, подпираемый вновь разрушаемым грунтом, выдавливается вверх на лопасти корпуса 1 и транспортируется ими в пространство над заслонками 2. Для того чтобы подъем грунта производился при малом осевом давлении бура, необходимо обеспечить наиболее проходную площадь для грунта, которую перекрывают опорные пластины. Поэтому опорные пластины 3 установлены так, чтобы обеспечить минимальный коэффициент перекрытия площади скважины К=Fпластины/Fскважины≤0,5. После проходки бура на определенную глубину бур поднимают на поверхность вместе с разрушенным грунтом, просыпаться которому препятствуют заслонки 2.

С целью улучшения внедрения бура в грунт сменные резцы 5, 6, 7 установлены по ступенчатой схеме под определенным углом к плоскости вращения, причем режущая кромка резца имеет оптимальный режим работы для данного твердого сплава. Причем крайние резцы на одной из опорных пластин 3 расположены на оси вращения для формирования диаметра скважин, а другие резцы расположены с возможностью рыхления грунта по следующей схеме: сначала рыхлят грунт резцы, расположенные ближе к оси вращения, затем следующие и так до перекрытия всей площади скважины. При встрече пилота-забурника 9 с твердыми включениями он поднимается, но не выходит из своей опережающей скважины, что позволяет буру оставаться на своей вертикальной оси. В дальнейшем забурник 9 либо разбуривает твердое включение, либо вдавливает его вбок в более мягкую породу, где его выдадут на шнековые лопасти резцы.

Заявляемое техническое решение позволяет получить повышение эксплуатационных характеристик, улучшить условия работы бура, формировать скважины с вертикальной осью и уплотненными стенками, а также обеспечить устойчивость бура при бурении грунта с твердыми включениями.

Бур, состоящий из шнекового корпуса 1, в верхней части которого шарнирно закреплены заслонки 2, буровых сменных резцов 5, 6, 7, вала 8 для крепления пилота-забурника 9, отличающийся тем, что шнековый корпус установлен на опорные пластины 3, в центре которых расположен вал пилота-забурника 9 так, что его верхняя линия резания расположена ниже линии резания самого нижнего резца, а вершины крайних боковых резцов расположены на одном расстоянии от оси вращения и на одной высоте относительно горизонтальной плоскости, причем внутренние боковые грани резцов параллельны линии, соединяющей вершину резца с осью вращения, а опорные пластины смещены относительно друг друга на угол α.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области строительства, а именно к приспособлениям и инструментам для земельных работ, в частности к конструкциям буров для образования вертикальных скважин в рыхлых, слабосвязных горных породах.

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту для бурения скважин в мерзлых грунтах. .

Бур // 2298076
Изобретение относится к области строительства и сельского хозяйства, а именно к приспособлениям и инструментам для земляных работ, в частности к конструкциям буров, предназначенных для образования отверстий в почве.

Изобретение относится к буровому устройству и способу бурения вытеснением грунта. .

Изобретение относится к проходке скважин методом завинчивания устройства в грунт. .

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при бурении взрывных скважин с применением для эвакуации бурового шлама (БШ) сжатым воздухом (СВ).

Бур // 2257980
Изобретение относится к области обработки материалов резанием, в частности камня, бетона, металла. .

Изобретение относится к технике строительного и садово-огородного инвентаря и может быть использовано для строительных работ, при бурении почвы под несущие столбы конструкций или заборов, для бурения почвы под строительство колодцев, для бурения почвы при создании посадочных ям под цветочные и кустарниковые растения, для бурения льда с образованием рыболовных лунок и для других аналогичных работ.

Изобретение относится к устройствам для бурения скважин. Техническим результатом является повышение производительности, выполнение уплотненного основания. Ковшовый бур включает кольцевой бур с внутренним шнековым буром, выполненным в виде спирали. Ковшовый бур имеет уширение в шнековом буре в нижней части с окном для забора грунта, при этом спиральная навивка выполнена на внутренней и внешней поверхности уширения, а привод взаимного противоположного вращения кольцевого и шнекового буров выполнен с помощью зубчатых передач. 4 ил.

Изобретение относится к резцам, предназначенным для бурения шпуров в массивах горных пород. Технический результат заключается в повышении работоспособности и создании конструкции резца, способного производить бурение шпуров в массивах горных пород. Четырехступенчатый трехлезвийный буровой резец для вращательного бурения шпуров включает ступень резания, ступень экскавации отбуренной породы, замковую ступень для крепления на буровой штанге. Резец дополнительно оснащен зажимной ступенью, расположенной между ступенью экскавации и замковой ступенью, обеспечивающей силовое соединение резца со штангой, причем высоты каждой из четырех ступеней вдоль геометрической оси вращения резца выполнены в соотношениях 2/10:3/10:2/10:3/10 от общей высоты резца с допуском на каждую ступень ±0,5/10. На ступени резания расположены твердосплавные пластины, имеющие форму семигранника, две из граней которого выполнены взаимно перпендикулярными и служат для закрепления их посредством припоя на конгруэнтном теле резца, две фронтальные грани, образующие между собой тупой угол, предназначены для прямого контакта с буримой горной породой, а три оставшихся грани образуют с двумя фронтальными режущие кромки с различными углами резания. Реборда шнека ступени экскавации отбуренной породы выполнена по высоте с изменяющимся шагом и с уменьшающимся радиусом от ступени резания к зажимной ступени. Зажимная ступень, предназначенная для крепления на буровой штанге, выполнена с шестью попарно-параллельными плоскими гранями, расстояния между которыми заданы в соответствии со стандартными размерами под ключ. Замковая ступень выполнена в виде резьбового соединения с внутренним отверстием, которое может быть выполнено цилиндрическим или по параболическому или коническому закону с уменьшением диаметра к зажимной ступени. 3 з.п. ф-лы, 9 ил.
Наверх