ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ Российский патент 2015 года по МПК E21B10/43 

Изобретение относится к буровой технике, а именно к конструкции бурового породоразрушающего инструмента для медленно-вращательного бурения неглубоких скважин в мерзлых грунтах.

Известен шнековый бур для вращательного бурения скважин (см. RU №2485277, E21B 10/44, опубл. 20.06.2013 г.), состоящий из шнекового корпуса, который установлен на опорные пластины, в верхней части которого шарнирно закреплены заслонки буровых сменных резцов, вала для крепления пилота-забурника. Вероятно, что углубление бура происходит за счет принудительной осевой нагрузки С_ос на буровой инструмент (раздавливания пород в центральной части бура), при этом опережающий пилот-забурник теряет свою эффективность разрушения за счет отсутствия угловой скорости ω по оси пилот-забурника, что в целом характеризует низкую производительность и непригодность при бурении в мерзлых породах.

Известно также лопастное шнековое долото для бурения скважин в валунно-галечных отложениях (см. RU №2282011, E21B 10/42, опубл. 20.08.2006 г.), состоящее из корпуса и лопастей, установленных на нем с положительным углом, армированных породоразрушающими элементами. Устройство также не пригодно для использования в условиях мерзлых грунтов, т.к. лопасти (по конструкции предусмотрено 4 штуки), армированные пластинами из твердого сплава, при бурении за счет повышенной площади контакта с забоем могут способствовать ускоренному затиранию разрушенного массива, в результате которого происходит повышение температуры и оттаивание мерзлого массива, что снижает эффективность разрушения и удаления породы с забоя.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является головка для бурения неглубоких скважин в мерзлых грунтах (см. RU №2298636, Е21B 10/43, опубл. 10.05.2007 г.), включающая двухлопастной корпус, хвостовик, забурник с направляющим элементом, резцы, на корпусах которых установлены твердосплавные режущие пластины, а рабочая поверхность пластин выполнена остроконечной.

Однако при бурении мерзлых пород забурник с направляющим элементом будет как опора с нулевой окружной скоростью, а для разрушения породы необходимо будет применить подачу большого осевого усилия. Кроме того, разная размерность резцов по диаметру ограничивает взаимозаменяемость деталей.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, выражается в улучшении условий работы бура в мерзлых грунтах, обеспечение объемного разрушения и поддержание стабильной температуры на забое скважины.

Технический эффект, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в повышении производительности, снижении энергоемкости, увеличении скорости проходки скважины при бурении неглубоких скважин в мерзлых породах.

Для решения поставленной задачи породоразрушающий инструмент для медленно-вращательного бурения неглубоких скважин в мерзлых породах, содержащий корпус с твердосплавными резцами, притом резцы выполнены цилиндрической формы, а их рабочая поверхность - остроконечной, отличается тем, что корпус содержит центральный резец, установленный со сдвигом по отношению к оси вращения бура, и две лопасти, на каждой из которых расположены по одному ряду резцов - опережающий и последующий, причем шаг между резцами одного ряда равен шагу между резцами другого ряда со сдвигом на величину шага, резцы рядов и центральный резец по диаметру равны друг другу, причем два крайних и центральный резцы выполнены меньшей высоты, чем основные резцы, при этом они установлены с наклоном режущей кромки вперед по направлению вращения бура. Кроме того, резцы опережающего ряда установлены на вставках, что дополнительно увеличивает высоту ряда по отношению к последующему ряду резцов.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».

Совокупность признаков заявляемого изобретения обеспечивает решение заявленной технической задачи, а именно создание условий для эффективного разрушения и удаления породы с забоя.

Заявленное решение иллюстрируется чертежами, где на фигуре 1 схематически показан породоразрушающий инструмент медленно-вращательного бурения неглубоких скважин в мерзлых грунтах с разрезом; на фигуре 2 - вид породоразрушающего инструмента с боку (вид А); на фигуре 3 - профили разрушения резцами опережающего и последующего рядов; на фигуре 4 - относительная схема расстановки резцов в рядах и направление резания (по стрелке V).

Породоразрушающий инструмент устанавливается на нижнем конце шнекового транспортера буровой установки посредством хвостовика 10 и включает двухлопастной корпус 9, состоящий из центрального резца 2 и двух рядов 7 и 8, на каждой лопасти установлены резцы по одному ряду (1, 2, 3, 4). Резцы имеют остроконечную цилиндрическую форму одинакового диаметра, при этом резцы опережающего ряда 7 установлены на дополнительной вставке 6, благодаря чему обеспечивается разность по высоте рядов резцов на величину Δl (см. фиг. 2 и 3). При этом благодаря сдвигу при расположении резцы одного ряда проходят между проходами резцов другого ряда (см. фиг. 4). В этом случае достигается объемное разрушение породы и поддержание стабильной температуры на забое скважины. Резцы остроконечны и изготовлены из стали, при этом режущие части снабжены твердым сплавом 5, например, типа ВК-6. На корпусе 9 резцы устанавливаются с наклоном режущей кромкой вперед по направлению вращения бура (см. фиг. 2). Для улучшения условий работы бура в мерзлых грунтах резцы опережающего ряда установлены на вставках, что дополнительно увеличивает высоту ряда по отношению к последующему ряду резцов. В результате опережающий ряд резцов режет горный массив с большей глубиной, чем последующий ряд.

Центральный резец установлен со сдвигом относительно оси вращения и режет породу в центре забоя.

Породоразрушающий инструмент для медленно-вращательного бурения неглубоких скважин в мерзлых грунтах работает следующим образом.

В исходном положении корпус 9, закрепленный через хвостовик 10 на нижнем конце шнекового транспортера бурового снаряда, подводится бурильной установкой к месту бурения скважины и опускается, упирается основными резцами 1 опережающего ряда на поверхность грунта. При вращательном движении бура на породоразрушающий инструмент подается осевая нагрузка через буровой снаряд. Процесс бурения скважины начинается при заглублении в грунт основных резцов 1 и продолжается крайними резцами 3 и 4. Образовавшаяся горная масса сгребается первым витком шнекового транспортера. Благодаря разности высот резцов обеспечивается ступенчатая очистка забоя.

Предлагаемый породоразрушающий инструмент для медленно-вращательного бурения неглубоких скважин в мерзлых грунтах имеет следующие преимущества по сравнению с известными устройствами:

- повышает механическую скорость бурения за счет отсутствия опережающего пилот-забурника с нулевой угловой скоростью по оси, создающего эффект «зависания», как на опорном элементе конструкции породоразрушающего инструмента;

- за счет разноуровневого расположения резцов создается ступенчатый забой, обеспечивающий эффективное объемное разрушение горного массива, при этом уменьшается дополнительный нагрев забоя скважины при резании мерзлого грунта и создаются благоприятные условия для эффективного разрушения и удаления породы с забоя.

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано для медленно-вращательного бурения неглубоких скважин в мерзлых грунтах. Технический результат заключается в повышении производительности породоразрушающего инструмента, снижении энергоемкости, увеличении скорости проходки скважины. Породоразрушающий инструмент содержит корпус с твердосплавными резцами, притом резцы выполнены цилиндрической формы с остроконечной рабочей поверхностью. На двухлопастном корпусе установлены центральный резец со сдвигом по отношению к оси вращения бура и два ряда резцов по одному ряду на каждой лопасти, один из которых установлен на вставках увеличения высоты, причем шаг между резцами одного ряда равен шагу между резцами другого ряда со сдвигом на величину шага, резцы рядов и центральный резец по диаметру равны друг другу, а два крайних и центральный резцы выполнены меньшей высоты, при этом резцы рядов установлены с наклоном режущей кромкой вперед по направлению вращения бура. 4 ил.

Породоразрушающий инструмент, содержащий корпус с твердосплавными резцами, притом резцы выполнены цилиндрической формы с остроконечной рабочей поверхностью, отличающийся тем, что на двухлопастном корпусе установлены центральный резец со сдвигом по отношению к оси вращения бура и два ряда резцов по одному ряду на каждой лопасти, один из которых установлен на вставках увеличения высоты, причем шаг между резцами одного ряда равен шагу между резцами другого ряда со сдвигом на величину шага, резцы рядов и центральный резец по диаметру равны друг другу, а два крайних и центральный резцы выполнены меньшей высоты, при этом резцы рядов установлены с наклоном режущей кромкой вперед по направлению вращения бура.