Ковшовый бур Советский патент 1992 года по МПК E21B7/24 E21B25/00 

Изобретение относится к горному делу, в частности к устройствам для бурения скважин большого диаметра в прочных и мерзлых грунтах в сложных горно-геологических условиях.

Известны устройства кольцевого типа для образования скважин с одновременным отбором кернов, в которых разрушение породы производится путем создания кольцевой прорези, а образовавшиеся в середине керны подрезаются и удерживаются в корпусе бура с помощью специальных устройств.

Однако указанное устройство не возможно применять при бурении слабосвязных пород, так как керн в процессе бурения разрушается и не удерживаэтся внутри бура.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для образования скважин, включающее штангу, корпус с прорезающим инструментом и со шнековой

спиралью на наружной поверхности, а так же механизм управления рычагами с пбдре- зающими ножами для подрезки образовавшегося внутри кольцевого бура керна буримой монолитной породы.

Недостатком указанной конструкции кольцевого бура является то, что он может быть использован только при разработке пород с однородной структурой или с достаточной толщиной слоев, при слоистых породах, в которых невозможно образование керна и удержание его внутри корпуса в процессе извлечения из скважины. При бурении пород со сложной горно-геологической структурой - мелкослоистых и галечных, применение таких буров не эффективно, вспедствие того, что образование кернов не происходит , так как при разрушении периферийной части забоя кольцевым режущим инструментом так же происходит разрушение породы и в средней части вследствие распространения трещин

о

W

Ё

сл

ь

00

о. ч

и потери связи между отдельными ее кусками. Для удаления из скважин разрыхленной массы в этих случаях приходится применять шнековые буры сплошного разрушения, которые так же мало эффективны из-за обру- шенил стенок скважин.

Цель изобретения - повышение эффективности бурения в породах со сложной геологической структурой и улучшение транспортирующей способности бура при работе на несвязных галечных и мелкокусковых грунтах и породах.

Указанная цель достигается тем, что внутри обсадного цилиндра расположен кольцевой бур, внутри кольцевого бура ко- аксиально расположен спиральный бур, при этом обсадной цилиндр снабжен фиксаторами и соединен с приводным валом с воз- можн остью вращения, осевого перемещения, или осевого стопорения, а кольцевом и спиральный буры установлены с возможностью поочередного включения в работу.

На фиг.1 показан ковшовый бур, продольный разрез; на фиг.2 - разрез А - А на фиг.1.

Ковшовый бур включает кольцевой бур 1 со шнековой спиралью 2 на наружной поверхности и приводной вал 3, соединенный с кольцевым буром с возможностью вращения и осевого перемещения. При этом устройство снабжено спиральным буром 4, размещенным в кольцевом буре и прикрепленным к приводному валу, обсадными цилиндром 5, в котором размещен кольцевой бур, и фиксаторами 6 приводного вала относительно кольцевого бура и кольцевого бура относительно обсадного цилиндра 7, представляющего собой стальной стержень, закрепленный шарнирно с возможностью поворота вокруг оси на металлоконструкции, связанной с верхней частью обсадного цилиндра так, что в нижнем положении фиксатор взаимодействует с ребром кольцевого бура, препятствуя его поворачиванию по отношению к обсадному цилиндру. Обсадной цилиндр соединен с приводным ёалом с возможностью вращения и фиксирования кулачками 8, размещенными на наружной поверхности обсадного цилиндра с возможностью поворота в горизонтальной плоскости.

Ковшовый бур работает следующим образом.

Перед началом бурения, спиральный бур 4 фиксируют в верхней части кольцевого бура 1 с приводным валом 3 с помощью фиксаторов 6. Фиксатор 7 при этом отводится в верхнее нейтральное положение. Сообщением приводному валу 3 вращения и напорного усилия включают в работу кольцевой бур, прорезающий в породе кольцевую щель. Обсадной цилиндр при этом перемещается вслед за кольцевым буром, а повернутые в горизонтальной плоскости

стопорные кулачки 8, взаимодействуя с наружными стенками скважины, удерживают его от вращения, что способствует повышению эффекта транспортировки из прорези разрушенной породы шнеком 2. Примене0 ние обсадного цилиндра повышает эффект транспортировки шнеком при бурении скважин в слабо связных, мелкослоистых с трещинами породах, когда стенки скважин могут обрушаться.

5 После заглубления бура на всю его длину в случае образования керна (при бурении однородных пород) последний отделяется от массива и извлекается из скважин с помощью кернорвателей. Затем кольцевой

0 бур с обсадным цилиндром фиксируется на бурильной машине, фиксаторы 6 извлекаются и сообщением валу 3 и спиральному буру 4 вертикального перемещения, выталкивают керн из кольцевого бура 2.

5В случае бурения пород, в которых керн

не образуется и корпус кольцевого бура заполняется измельченной не связной породой (например, разрыхленным галечником на глинисто-песчаной основе), перед выем0 кой из скважины всего устройства с помощью приводного вала 3 включают в работу спиральный бур 4, предварительно удалив фиксаторы 6, соединяющие вал с кольцевым буром и обсадным цилиндром, и

5 зафиксировав от вращения кольцевой бур 1 фиксатором 7. Сообщение спиральному буру вращения и напорного усилия приводит к его внедрению и находящуюся внутри кольцевого бура разрушенную породу до

0 перемещения в нижнее положение.

Затем извлекают бур из скважины, фиксируют кольцевой бур с обсадным цилиндром на бурильной машине, сообщают с помощью приводного вала 3 спиральному

5 буру 4 обратное вращением перемещение вверх, в результате чего происходит выгрузка разрыхленной породы из кольцевого,бура.

Применение предлагаемого ковшового бура при бурении скважин большого диа0 метра серийными бурильными машинами позволит расширить область их использования на породе со сложной горно-геологической структурой и в мерзлых грунтах,

В качестве базовой техники принято се5 рийное бурильное оборудование, работающее совместно в технологическом цикле с машинами для прогрева грунта.

Себестоимость работ в таком цикле равна себестоимости бурильных работ и себестоимости прогревательных работ,

Се 2,0 руб/м3;

Сн 8,0 руб/м3;

Сб Сн + С1 10 руб/м3.

Себестоимость расчетного варианта бурильной техники равна

С2 - 2 руб/м3.

При одинаковых капитальных вложениях экономическая эффективность определяется следующим образом:

« л

Э (С1-С2) А, где А - годовой объем работ, м3 - 1000

м3,

Э (10-2)-1000 8000 руб.

Формула изобретения Ковшовый бур, включающий кольцевой бур со шнековой спиралью на наружной поверхности и приводной ва л, соединенный с

5 кольцевым буром с возможностью вращения, о тличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы, приходной вал с оединген с кольцевым буром с возможностью осевого перемещения, при этом ков0 шовый бур снабжен спиральным буром, размещенным в кольцевом буре и прикрепленным к приводному валу, обсадным цилиндром, в котором размещен кольцевой , бур, соединеннымс приводным валом с воз5 мощностью вращения и фиксирования посредством кулачков, р азмещенных на наружной по вер хно сти обсадного цил индра с возможностью поворота в горизонтальной пл оск ости, и фиксаторами приводного вала

0 относительно кольцевого бура и кольцевого бура относительно обсадного цилиндра.

Использование: бурение скважин большого диаметра. Сущность изобретения: бур содержит обсадный цилиндр с кулачками, кольцевой бур со шнековой спиралью на наружной поверхности, спиральный бур и приводной вал. Кольцевым буром прорезают в породе щель, а обсадный цилиндр опускается вслед за ним, фиксируясь от проворота посредством кулачков. Разрушенную породу из кольцевого бура на поверхности выталкивают враще нием и осевой подачей спирального бура. 2 ил.

Фиг 4

Г

Я-Л

Фиг. 2