Породоразрушающий инструмент
Владельцы патента RU 2410521:
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" (СФУ) (RU)
Изобретение относится к породоразрушающему инструменту для бурения скважин в мерзлых грунтах. Технический результат - уменьшение радиального биения и крутящего момента породоразрушающего инструмента и энергоемкости процесса. Породоразрушающий инструмент содержит корпус с забурником, закрепленные на корпусе две шнековые лопасти и две траверсы с дисковыми резцами. Резцы установлены на одном уровне в горизонтальной плоскости симметрично относительно оси вращения инструмента, при этом поперечные оси основания дисковых резцов, находящиеся в одной вертикальной плоскости с осью вращения инструмента, наклонены к горизонтальной поверхности забоя скважины на угол не более 15°. 3 ил.
Изобретение относится к породоразрушающему инструменту для бурения скважин в мерзлых грунтах.
Известна буровая коронка, содержащая корпус с забурником, закрепленные на корпусе шнековую лопасть и траверсу с зубками и коническими роликами (Авт. свид. СССР №968304, кл. Е21В 10/44, опубл. 1982 г.).
Недостатками данной коронки являются блокированное резание зубками в кутковой части забоя, а установка конических роликов с основанием конуса в верхней части коронки приведет к разрушению забоя между канавкой, выполненной зубком, и предварительной скважиной, выполненной забурником, за счет самого не эффективного вида разрушения - сжатия грунта. Причем чем меньше разница диаметров между верхним и нижним основаниями, тем меньше деформация боковой стенки скважины, выполненной забурником, и в пластично мерзлых грунтах не произойдет разрушение, а только раскатывание скважины (уплотнение грунта в стенке предварительной скважины). С увеличением разницы в диаметрах оснований роликов угол заострения конусных дисков будет приближаться к 0° градусов, в результате чего грунт будет уплотнятся вдоль оси скважины, т.е. работать на сжатие.
Наиболее близким по технической сущности и достигающему результату к изобретению является породоразрушающий инструмент (Авт. свид. СССР №953179, кл. Е21В 10/44, опубл. 1982 г.), содержащий корпус с забурником, закрепленные на корпусе шнековую лопасть, траверсу и ступенчато расположенные относительно вертикальной оси инструмента и по глубине скважины зубки и шарошки (дисковые резцы).
Недостатком известного инструмента является радиальное биение его относительно оси скважины за счет ступенчатого расположения относительно этой оси режущих элементов шарошек (дисковых резцов), траверсы и шнековой лопасти. При такой конструкции инструмент не сбалансирован относительно оси скважины. Зубки разрушают мерзлый грунт по блокированной схеме, когда усилия резания повышаются на 25% по сравнение с полублокированным резанием, когда открытыми являются две поверхности. А это приводит к увеличению крутящего момента на породоразрушающем инструменте и энергоемкости процесса. Кроме того, разрушенный шарошкой грунт будет направляется под тыльную поверхность отвального щитка и вызывать дополнительные сопротивления при транспортировке грунта на лопасть.
Техническим результатом изобретения является уменьшение радиального биения и крутящего момента породоразрушающего инструмента и энергоемкости процесса.
Поставленная задача для достижения технического результата достигается тем, что породоразрушающий инструмент, содержащий корпус с забурником, закрепленные на корпусе шнековую лопасть и траверсу с дисковыми резцами, согласно изобретению, он снабжен второй шнековой лопастью и второй траверсой, закрепленными на корпусе, дисковые резцы установлены на одном уровне в горизонтальной плоскости симметрично относительно оси вращения инструмента, при этом поперечные оси основания дисковых резцов, находящиеся в одной вертикальной плоскости с осью вращения инструмента, наклонены к горизонтальной поверхности забоя скважины на угол не более 15°.
Такое размещение предотвращает радиальное биение, обеспечивает центрирование породоразрушающего инструмента по оси скважины, уменьшает крутящий момент его и энергоемкость процесса бурения скважин в мерзлых грунтах.
На фиг.1 изображен породоразрушающий инструмент, общий вид; на фиг.2 - вид сверху фиг.1; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.2.
Породоразрушающий инструмент содержит корпус 1 и шнековые лопасти 2. На корпусе 1 закреплены траверсы 3. На траверсах 3 посредством осей 4 установлены дисковые резцы 5 на одном уровне в горизонтальной плоскости симметрично оси вращения инструмента, при этом поперечные оси основания конусов дисковых резцов, находящиеся в одной вертикальной плоскости с осью вращения инструмента, наклонены к горизонтальной поверхности забоя на угол не более 15°. Такое размещение обеспечивает лучшее центрирование породоразрушающего инструмента по оси скважины и предотвращает биение. Траверсы 3 наклонены по ходу вращения инструмента на угол не менее 30°. Такой угол обеспечивает предотвращение трения основания дисковых резцов о грунт при заданной величине подачи инструмента за оборот с сохранением рационального заднего угла не менее 5°. Под дисковыми резцами 5 размещен забурник 6, закрепленный на корпусе 1 с помощью оси 7. Заостренная под углом 30° торцевая поверхность лопасти 2 расположена за тыльной стороной основания конуса дискового резца. Эта поверхность упрочнена твердосплавной напайкой и повышает ее износостойкость, а также обеспечивает транспортировку разрушенного грунта непосредственно на лопасть, уменьшая при этом сопротивление при транспортировке.
Породоразрушающий инструмент работает следующим образом.
При вращении и осевой подаче забурник 6 разрушает центр забоя скважины. Дисковые резцы 5 острой режущей кромкой большого основания заглубляются в образованный уступ между предварительной скважиной, выполненный забурником, и забоем скважины и срезают его по полублокированной схеме резания грунта.
Разрушенный грунт с боковой поверхности дисковых резцов 5 подхватывается заостренной поверхностью лопасти 2 и транспортируется на шнек буровой машины (на чертеже не показан).
Породоразрушающий инструмент, содержащий корпус с забурником, закрепленные на корпусе шнековую лопасть и траверсу с дисковыми резцами, отличающийся тем, что он снабжен второй шнековой лопастью и второй траверсой, закрепленными на корпусе, дисковые резцы установлены на одном уровне в горизонтальной плоскости симметрично относительно оси вращения инструмента, при этом поперечные оси основания дисковых резцов, находящиеся в одной вертикальной плоскости с осью вращения инструмента, наклонены к горизонтальной поверхности забоя скважины на угол не более 15°.
