Породоразрушающий орган для бурения шахтных стволов и скважин большого диаметра Советский патент 1985 года по МПК E21D1/06 

Изобретение относится к буровой технике, конкретно к устройствам для бурения шахтных стволов и скважин большого диаметра в одну фазу с выдачей разрушенной породы на поверхность посредством обратной циркуляции буровой жидкости или воздуха.

Известны устройства для бурения вертикальных выработок в одну фазу с выдачей разрушенной породы посредством обратной циркуляции, включающие корпус с шарошками и породоприемный патрубок 1.

Недостаток этих устройств заключается в низкой эффективности бурения из-за того, что вся площадь забоя обрабатывается шарошками по роторно-лобовой схеме, при которой необходимы значительные удельные усилия на зубьях шарошек, которые невозможно создать ввиду ограниченных возможностей грузоподъемного оборудования буровой установки. Кроме того, малоэффективна очистка забоя от выбуренной породы.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является породоразрушающий орган для бурения шахтных стволов и скважин большого диаметра, включающий забурник с корпусом и шарошками, расширитель со ступенчато расположенными дисковыми шарошками, кольцевой породоприемник, установленный между забурником и расширителем и имеющий уплотнительный воротник, наклонное днище и породоспускной патрубок с выходным отверстием, обращенным к входному отверстию породоприемного патрубка 2.

Недостаток такого устройства - ненадежность в работе из-за сложности устройства забурника, включающего редуктор и забойный двигатель. Кроме того, низка производительность из-за плохой очистки забоя, образуемого забурником, и особенно при бурении вязких пород, при котором возможно налипание породы на шарошки.

Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение эффективности работы породоразрушаюшего органа.

Указанная цель достигается тем, что в породоразрушающем органе для бурения шахтных стволов и скважин большого диаметра, включающем забурник с корпусом и шарошками, расширитель со ступенчато расположенными шарошками, кольцевой породоприемник, установленный между забурником и расширителем и имеющий уплотнительный воротник, наклонное днище и породоспускной патрубок с выходным отверстием, обращенным к входному отверстию породоприемного патрубка, щарошки забурника установлены на корпусе, образуя центральную, промежуточную и периферийную группы, в каждой из которых шарошки расположены на равном расстоянии от оси корпуса, при этом шарошки центральной группы расположены по высоте ближе к корпусу, чем шарошки соседней промежуточной группы, причем выходное отверстие породоспускного патрубка и входное отверстие породоприемного патрубка ориентированы в сторону забоя, при этом величина дуги,

5 проведенной в направлении, противоположном направлению вращения породоразрущающего органа, от луча с центром на оси корпуса и проходящего через ось выходного отверстия породоспускного патрубка,к лучу с центром в этой же точке на оси корпуса

0 и проходящего через входное отверстие породоприемного патрубка, менее 180°, а шарошки промежуточных групп расположены на корпусе вне сектора, ограниченного этими лучами.

При этом породоразрушающий орган снабжен перегородкой с густой щеткой из стальной проволоки, установленной на корпусе забурника в радиальном направлении перед породоспускным патрубком по направлению вращения породоразрущающего

0 органа.

На фиг. 1 схематически показан породоразрушающий орган, общий вид; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - вид Б на фиг. 2; на фиг. 4 - вид В на фиг. 2.

5 Породоразрущающий орган состоит из забурника 1 с корпусом 2. на котором установлены при помощи кронштейнов 3 шарошки 4, 5 и 6 соответственно центральной, промежуточной и периферийной групп, и расширителя 7 с шарощками 8 тангенциального действия. Шарошки забурника одной группы расположены на равном расстоянии от оси корпуса 2. Между забурником 1 и расширителем 7 установлен кольцевой породоприемник 9, имеющий уплотнительный воротник 10, наклонное днище 11 и породо5 спускной патрубок 12 с выходным отверстием 13. Буровая колонна (не показана) сообщена с породоприемным патрубком 14, имеющим выходное отверстие 15. На корпусе 2 забурника перед породоспускным патрубком 12 (по направлению вращения)

установлена в радиальном направлении щетка 16 с густой щетиной 17 из стальной проволоки. Угол между лучами, проведенными из точки на оси корпуса 2 соответственно через оси отверстий 13 и 15, составляет

5 величину а (фиг.2).

Породоразрушающий орган работает следующим образом.

При вращении породоразрушающего органа происходит разрушение породы, при этом щарощки 4, 5 и 6, установленные на

0 корпусе 2 забурника 1, вращаются на осях кронштейнов 3 и разрушают породу по лобовой схеме, а шарошки 8 расширителя 7 - по более эффективной тангенциальной схеме, срезая породу пластами.

Куски породы, разрушенной рдсширите5 лем, падают в кольцевой породоприемник 9, скользят по наклонному днищу 11, засасываются нисходящим потоком циркулирующей буровой жидкости в породоспускной патрубок 12 и выносятся на забой через (выходное отверстие 13. Далее поток буровой жидкости омывает забой, обрабатываемый забурником 1, пополняясь частицами породы, разрушенной шарошками 4, 5 и 6, засасывается во входное отверстие 15 породоприемного патрубка 14 и выходит на поверхность.

В зоне действия забурника 1 поток буровой жидкости концентрируется в относительно узком «тоннеле по кратчайшему пути от выходного отверстия 13 до входного отверстия 15, этот поток расположен в секторе с углом а, меньшим 180°. На пути этого потока нет гидравлических сопротивлений в виде шарошек 5 промежуточной группы, которые все расположены вне сектора с углом а. Шарошки 4 центральной группы приподняты над уровнем забоя, обрабатываемого шарошками 5 промежуточной группы, так что в центре забоя образуется цилиндрическое возвышение, которым дополняется образование упомянутого «тоннеля. Проходу потока буровой жидкости с противоположной стороны цилиндрического возвышения в центре забоя препятствуют шарошки 5 и 6 и щетка 16 с густой щетиной 17.

Высота опережения шарошек 5 относительно шарошек 4 должна быть в пределах

150-300 мм при диаметре шарошек 4, 5 и 6 в пределах 200-300 мм, что способствует наилучшей очистке всей поверхности забоя, в том числе части забоя, обрабатываемой шарошками 4 центральной группы.

Одновременное ориентирование выходного 13 и входного 15 отверстий в направлении друг к другу и к забою также повышает эффективность очистки забоя от выбуренной породы.

Концентрация потока буровой жидкости на кратчайшем и свободном пути от отверстия 13 до отверстия 15 обеспечивает омывание этим потоком всей площади забоя, образуемого забурником, за оборот породоразрушаемого органа, ограничивает попадание кусков породы под шарошки 4, 5 и 6, измельчение этих кусков, что повышает эффективность бурения.

Эффективность породоразрушающего органа особенно проявляется при бурении глинистых пород, склонных к налипанию на шарошки. Это происходит из-за того, что шарошки 8 отваливают пластовые куски глины подобно плугу. Эти куски выносятся на поверхность, избежав измельчения, диспергирования и налипания на шарошки 4, 5 и 6.

, /

Ч

В

7

вид5 / 75

75

Фl/г.J

видб

Фа г. 4

1. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ОРГАН ДЛЯ БУРЕНИЯ ШАХТНЫХ СТВОЛОВ И СКВАЖИН БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА, включающий забурник с корпусом и шарошками, расширитель со ступенчато расположенными шарошками, кольцевой породоприемник, установленный между забурником и расширителем и имеющий уплотнительный воротник, наклонное днище и породоспускной патрубок с выходным отверстием, обращенным к входному отверстию породоприемного патрубка, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения эффективности работы, шарошки забурника установлены на корпусе, образуя центральную, промежуточную и периферийную группы, в каждой из которых шарошки расположены на равном расстоянии от оси корпуса, при этом шарошки центральной группы расположены по высоте ближе к корпусу, чем шарошки соседней промежуточной группы, причем выходное отверстие породоспускного патрубка и входное отверстие породопраемного патрубка ориентированы в сторону забоя, при этом величина дуги проведенной в направлении, противоположном направлению вращения породоразрушаюшего органа, от луча с центром на оси корпуса и проходящего через ось выходного отверстия породоспускного патрубка, к лучу с центром в этой же точке на оси корпуса g и проходящего через входное отверстие породоприемного патрубка, менее 180°, ша(Л рошки промежуточных групп расположены на корпусе вне сектора, ограниченного этими лучами. 2. Породоразрущающий орган по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен перегородкой с густой щеткой из стальной проволоки, установленной на корпусе забурника в радиальном направлении перед породоспускным патрубком по направлению вращео: ния породоразрушающего органа. со оо О)