Породоразрушающая часть бурового оборудования (варианты бурового инструмента)

Заявляемая полезная модель относится к буровой технике, а именно, к конструкциям породоразрушающей части бурового инструмента для вращательного бурения сплошным забоем гидрогеологических, дренажных, сейсмических и других скважин технического назначения. Техническим результатом, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, является создание упрощенной универсальной надежной конструкции, предназначенной для бурения грунтов расширенного перечня. Предлагаемая группа полезных моделей представлена двумя вариантами исполнения породоразрушающей части бурового инструмента. Заявляемый технический результат по первому варианту достигается тем, что породоразрушающая часть бурового инструмента, включающая пластины с закрепленными на них режущими элементами в виде армированных резцов, причем дополнительно содержит основание, к которому присоединены внешние пластины, между которыми размещена, связанная с ними, по меньшей мере, одна внутренняя съемная пластина с резцами, выполненная цельной или составной. Заявляемый технический результат по второму варианту достигается тем, что породоразрушающая часть бурового инструмента, включающая, по меньшей мере, одну пластину с закрепленными на ней режущими элементами в виде армированных резцов, причем дополнительно содержит основание, на котором закреплена пластина. 2 н.п.ф., 3 фиг.

Заявляемая полезная модель относится к буровой технике, а именно, к конструкциям породоразрушающей части бурового инструмента для вращательного бурения сплошным забоем гидрогеологических, дренажных, сейсмических и других скважин технического назначения.

Породоразрушающий инструмент предназначен для передачи энергии горной породе, при этом эффективность разрушения породы зависит от ее механических свойств и характера воздействия на нее. При бурении скважин применяют следующие виды породоразрушающего инструмента: буровые долота для бурения скважины сплошным забоем, бурильные головки для бурения скважин кольцевым забоем, расширители для расширения ствола скважины, калибраторы, стабилизаторы, центраторы для выравнивания стенок скважины. Стойкость долота определяется временем, в течение которого долото изнашивается.

Лопастные долота отличаются простотой конструктивного исполнения и технологии изготовления. Разрушая породу по принципу резания и истирания, в мягких, рыхлых, и несцементированных породах они оказываются наиболее эффективными: обеспечивают проходку за несколько сотен, а иногда и более тысячи метров.

Из уровня техники известен исполнительный орган для вертикального бурения скважин, включающий забурник плоской формы и расширитель, состоящий из разъемных по вертикали ступеней, каждая из которых включает корпус и группу присоединенных к нему ярусообразно расположенных шарошек, при этом сумма высот забурника и соединяемой с ним нижней ступени расширителя превышает максимальное расстояние между любыми соседними ступенями расширителя, причем корпус верхней ступени расширителя содержит отсоединяемые периферийные части с расположенными на них шарошками, причем диаметральный габарит этого корпуса при отсоединении периферийных частей не превышает максимального диаметра действия ближайшей ступени расширителя (см. заявку 94949298 на изобретение «Исполнительный орган для вертикального бурения скважин», дата подачи 31.10.1994 г., дата публикации заявки 27.06.1997 г.).

Известна головка для бурения, включающая двухлопастной корпус, резцы, на корпусах которых установлены твердосплавные режущие пластины, рабочая поверхность которых выполнена остроконечной, хвостовик, забурник с направляющим элементом, при этом на двухлопастном корпусе расположены два ряда резцов и по одному ряду на каждой лопасти, при этом лопасти расположены между собой под углом 180°, а шаг между резцами первого ряда равен шагу между резцами второго ряда со сдвигом на ½ шага, причем диаметр каждого резца второго ряда больше диаметра резца первого ряда в 2 раза, резцы установлены с наклоном - режущей кромкой вперед по направлениям вращения, а рабочие поверхности твердосплавных пластин выполнены с наклоном к корпусу под углом 20° - концентраторами напряжений вперед по направлению вращения при бурении (см. патент РФ 2298636 на изобретение «Головка для бурения неглубоких скважин в мерзлых грунтах», дата подачи 25.08.2005 г., опубликовано 10.05.2007 г.).

Кроме того, известна шнековая буровая коронка, содержащая вал с забурником из резцов на конце, формирующих опережающую скважину, а вокруг вала закреплены транспортирующие ленты, образующие цилиндрическую часть шнека, вал дополнительно снабжен конической частью шнека, кромки транспортирующих лент которого армированы резцами, забурник опережает коническую часть шнека таким образом, что формирует опережающую скважину цилиндрической формы (см. патент РФ 2234586 на изобретение «Шнековая буровая коронка», дата подачи 28.03.2003 г., опубликовано 20.08.2004 г.).

Известен лопастной бур, содержащий корпус, лопасти, пилотный наконечник и сменные породоразрушающие резцы, причем торец каждой лопасти, обращенный к забою скважины, выполнен под углом к горизонтальной плоскости и имеет равноширокий паз по всей длине лопасти, на верхней грани которого выполнены отверстия с осями, лежащими в плоскости, перпендикулярной плоскости верхней грани паза, а также тем, что ось каждого разрушающего элемента сменного резца, расположенного на лопасти, выполнена под углом к оси хвостовика его корпуса, равным углу между плоскостью торца лопасти, обращенного к забою скважины и горизонтальной плоскостью (см. патент РФ 114713 «Лопастной бур», дата подачи 28.11.2011 г., опубликовано 10.04.2012 г.).

Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является лопастной бур, породоразрушающая часть которого включает сменный забурник в виде пластины, связанной посредством болтового соединения с полым литым корпусом, на котором с помощью болтового соединения присоединены две призматические пластины, закрепленные на лопастях, при этом на всех пластинах жестко закреплены режущие элементы - резцы, армированные твердосплавными вставками (см. http://www.zavod-sdm.ru/ru/tools/blade-drills/bk-01205, Бур лопастной БК-012-5).

Недостатки известного устройства обусловлены громоздкостью конструкции и ненадежным присоединением резцов с помощью крепежных элементов, подверженных при эксплуатации повышенной деформации и разрушению, что затрудняет демонтаж резцов. Кроме того, известные буры за счет расположения режущих элементов в одной плоскости имеют ограниченную область применения и низкую производительность. Данные конструкции не могут быть использованы для бурения прочных грунтов, их применяют, в основном, для бурения малопрочных грунтов.

Техническим результатом, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, является создание упрощенной универсальной надежной конструкции, предназначенной для бурения грунтов расширенного перечня.

Предлагаемая группа полезных моделей представлена двумя вариантами исполнения породоразрушающей части бурового инструмента.

Заявляемый технический результат по первому варианту достигается тем, что породоразрушающая часть бурового инструмента, включающая пластины с закрепленными на них режущими элементами в виде армированных резцов, согласно полезной модели дополнительно содержит основание, к которому присоединены внешние пластины, между которыми размещена, связанная с ними, по меньшей мере, одна внутренняя съемная пластина с резцами, выполненная цельной или составной.

Заявляемый технический результат по второму варианту достигается тем, что породоразрушающая часть бурового инструмента, включающая, по меньшей мере, одну пластину с закрепленными на ней режущими элементами в виде армированных резцов, согласно полезной модели дополнительно содержит основание, на котором закреплена пластина.

Пластины выполнены трапециевидными.

Резцы армированы твердосплавными элементами.

Заявляемая полезная модель поясняется чертежами, где

Фиг.1 - вид спереди породоразрушающей части бурового инструмента по первому варианту с одной внутренней цельной пластиной;

Фиг.2 - вид спереди породоразрушающей части бурового инструмента по первому варианту с одной внутренней составной пластиной;

Фиг.3 - вид спереди породоразрушающей части бурового инструмента по второму варианту с одной пластиной.

Заявляемое устройство по первому варианту состоит из основания 1, на котором с помощью неразъемного соединения, например, сварки, закреплены внешние пластины 2, установленные с зазором, в котором размещена, по меньшей мере, одна внутренняя съемная пластина 3, связанная с внешними пластинами посредством крепежного соединения 4. Пластины 2, 3, изготовленные из листового проката, имеют форму, приближенную к трапециевидной, при этом площадь внутренней пластины 3 превышает площадь внешних пластин 2. На внутренней пластине 3 жестко закреплены режущие элементы - резцы (зубья) 5, армированные твердосплавными элементами, при этом могут быть использованы цилиндроконические или плоские резцы.

Данная конструкция предполагает возможность размещения между внешними пластинами нескольких внутренних съемных пластин 3 (на чертеже не показаны).

Устройство по второму варианту состоит из основания 1, на котором закреплена, по меньшей мере, одна пластина 3 с режущими элементами - армированными резцами 5, при этом пластина 3 может быть выполнена съемной или жестко соединенной с основанием 1. На основании 1 может быть закреплено одновременно несколько пластин с резцами (на чертеже не показано).

На основании 1 с помощью неразъемного соединения - сварки закреплен полый корпус 6, в котором размещают или хвостовик шнека, или буровую штангу, связанную с базовой машиной (на чертеже не показаны), и представляющий собой, например, втулку, вал, служащий для сообщения общего вращательного движения. Для надежной установки буровой штанги в корпусе 6 выполнены крепежные отверстия 7.

На основании 1 может быть закреплен хвостовик (на чертеже не показан), который размещают или в буровой штанге, или в шнеке.

Пластина 3 может быть выполнена цельной (фиг.1, фиг.3) или составной (фиг.2).

Армирование резцов выполнено с помощью, например, твердосплавных вставок.

В качестве основания 1 может быть использован хвостовик. Осуществление полезной модели подтверждается примерами конкретного выполнения.

Базовую установку (машину) размещают на поверхности грунта.

При погружении в грунт заявляемому устройству сообщают вращательное и направленное вниз поступательное движение от привода базовой машины, при этом происходит разрушение породы. В зависимости от применяемых резцов: цилиндроконических или плоских, производят выработку многоуровневой или многоступенчатой скважины соответственно. При этом ступеньки воронки образуются из-за срезания и/или скалывания породы, происходящего за счет возникающих касательных напряжений пропилов и срезов в разрушаемом грунте. Касательные напряжения пропилов и срезов создаются благодаря воздействию резцов 5 на грунт.

Замену изношенных или поврежденных режущих элементов в случае съемной пластины осуществляют путем ее демонтажа и установки новой, а в случае жестко закрепленной на основании пластины производят замену резцов.

Преимуществами заявляемой породоразрушающей части бурового инструмента является простота и прочность конструкции, обеспечивающая быстрый монтаж/демонтаж изношенных по мере истирания или повреждения резцов.

Кроме того, устройство является универсальным, т.к. на пластинах могут быть закреплены любые типы режущих элементов, необходимых для разрушения породы различного типа. Конструкция проста в изготовлении и при эксплуатации, позволяет сократить время на замену режущих элементов, что, в свою очередь, повышает производительность буровой установки.

Кроме того, стоимость изготовления и эксплуатации конструкции ниже по сравнению с прототипом.

1. Породоразрушающая часть бурового инструмента, включающая пластины с закрепленными на них режущими элементами в виде армированных резцов, отличающаяся тем, что дополнительно содержит основание, к которому присоединены внешние пластины, между которыми размещена, связанная с ними, по меньшей мере, одна внутренняя съемная пластина с резцами, выполненная цельной или составной.

2. Породоразрушающая часть бурового инструмента по п.1, отличающаяся тем, что пластины выполнены трапециевидными.

3. Породоразрушающая часть бурового инструмента по п.1, отличающаяся тем, что в качестве режущих элементов используют цилиндроконические или плоские резцы.

4. Породоразрушающая часть бурового инструмента, включающая, по меньшей мере, одну пластину с закрепленными на ней режущими элементами в виде армированных резцов, отличающаяся тем, что дополнительно содержит основание, на котором закреплена пластина.

5. Породоразрушающая часть бурового инструмента по п.4, отличающаяся тем, что пластины выполнены трапециевидными.

6. Породоразрушающая часть бурового инструмента по п.4, отличающаяся тем, что в качестве режущих элементов используют цилиндроконические или плоские резцы.