Породоразрушающий инструмент Советский патент 1982 года по МПК E21B10/44 

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту для бурения скважин большого диаметра в мерзлых грунтах. Известна буровая коронка, в.ключаю щая корпус с продо;1ьными наклонньами ребрами, оснащенными съемными рабочи ми элементами, установленными симмет рично относительно оси вращения коронки l. Однако эта коронка применима в основном при бурении мягких пород. При бурении же пород средней твердое ти и выше эффективность ее резко снижается, что связано с нерациональ ной схемой расположения рабочих элементов . Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является породоразрушающий инструмент, содержащий корпус с забурником и хвостовиком, закрепленные на корпусе шнековую лопасть и траверсу со ступенчато установленными режущими зубками 2j. Недостатком известного инструмента является низкая эффективность при бурении мерзлых грунтов. Цель изобретения - повышение эффективности работы породоразруиакяцег-о инструмента в мерзлых грунтак. Эта цель достигается тем, что инструмент снабжен тангенциальными шарошками, закрепленными на траверсе и установленными ступенчато и под острым углом к оси инструмента, при этом каждая шарошка смещена относительно рядом расположенного режущего зубка в вертикальной плоскости в сторону хвостовика на величину подачи инструмента за один оборот. Породоразрушающий инструмент снабжен отвальными щитками, установленными на траверсе под углом 25-60 к забою скважины и размещенными по высоте между шнековой лопастью и режущими зубками и шарошками. Причем угол установки тангенциальной шарошки с осью инструмента составляет 5-30°. На фиг. 1 изображен инструмент, общий вид; на фиг. 2 - форма забоя скважины в процессе бурения; на фиг. 3 - вид А на фиг. 1, на фиг.4 разрез В-Б на фиг. 1; на фиг. 5 разрез В-В на фиг, 3; на фиг. 6 вариант выполнения тангенциальной шарошки.

Инструмент содержит оснащенную режущими зубками 1 и тангенциальными шарошками 2 траверсу 3, забурник 4 и корпус 5 с хвостовиком 6. Траверса 3 выполнена с приливами 7 для закрепления в них зубков 1 и осей 8 шарошек 2. Между зубками 1 и шнековой лопастью 9, закрепленной в верхней части корпуса 5, размещены отвальные щитки 10. Режущие зубки 1 и тангенциальные шарошки 2 установлены ступенчато, что обеспечивает различную величину их заглубления, увеличивающуюся от периферии к центру. Разница а величин заглубления шарошки 2 и рядом расположенного зубка 1 должна соответствовать величине подачи инструмента за один оборот. Зубки 1 и шарошки 2 расположены равномерно по окружности и диаметрально противоположно, что обеспечивает хорошую центрацию инструмента.

При этом шарошки 2 расположены так, что расстояние -в между внешней относительно оси инструмента стороной шарошки и радиусом R забурника 4, а для последующих шарошек - с внешней поверхностью рядом расположенного зубка If составляет три и более миллиметра (в-зависимости от прочности разрушаемой породы). Оси 8 шарошек 2 установлены к оси инструмента под острым углом об, равным 5-30. Это способствует ликвидации лобового сопротивления шарошек 2 и их самозатягиванию при врезании в грунт. С целью избежания проскальзывания и уменьшения износа шарошки 2 имеют рифленую поверхность или армированы твердым сплавом. Шарошки 2 могут быть выполнены с поясками 4, являющимися концентраторами напряжений. Зубки 1 установлены к забою скважины под углом И, равным 45-60 Количество зубков 1 и шарошек 2 определяется диаметром скважины. Отвальные щитки 10, закрывающие нерабочую часть зубков 1 и шарошек 2, расположены к забою скважины под углом , равным 25-60.

Инструмент работает- следующим образом.

Забурник 4 разрушает центр забоя скважины. Зубки 1 образуют в зоне забоя концентрические кольцевые канавки, обрабатывая одновременно боковые стенки скважины. Шарошки 2 своей боковой поверхностью заглубляются в образованные между кольцевыми канавками выступы породы, образуя трещины. При вращении шарошек 2 происходит скол выступов породы. Отвальные щитки 10 подчищают забой и способствуют направлению движения разрушенной при бурении породы на лопасть 9 и далее на шнек (не показан).

Таким образом, при бурении предлагаемым инструментом используется комбинированное разрушение породы. Наличие шарошек позволяет перейти от процесса чистого резания к частичному сколу грунта,-что позволяет значительно повысить эффективность бурения и одновременно снизить энергоемкость процесса. Этому способствует и то, что шарошки работают при наличии двух поверхностей обнажения, при которых происходит неблокированный скол.

Формула изобретения

1. Породоразрушающий инструмент, содержащий корпус с забурником и хвостовиком, закрепленные на корпусе шнековую лопасть и траверсу со ступенчато установленными режущими зубками, отличающийся тем, что, с целью повышения эффек0.хивности его работы в мерзлых грунтах, он снабжен тангенциальными шарошками, закрепленными на траверсе и установленными ступенчато и под , острым углом к оси инструмента, при

5 этом каждая шарошка смещена относительно рядом расположенного режущего зубка в вертикальной плоскости в сторону хвостовика на величину подачи инструмента за один оборот.

0 2. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что он снабжен отвальными щитками, установленными на траверсе под углом 25-60 к забою скважины и размещенными по высоте между шнековой лопастью и режущими зубками и шарошками.

3. Инструмент по п.1,-отличающийся тем, что угол установки тангенциальной шарошки с осью инструмента составляет 5-30. 50 Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР 318686, кл. Е 21 С 13/02, 1970.

2,Макушкин Д.О.и др.Усовершенствованные буровые головки.- Механизация строительства, 1972, № 7, с. 8-9 (прототип).

повернете ,ou Фыг. Фиг. 5 Фиг.В