БУРОВОЙ ШНЕК

Полезная модель относится к горной технике, а именно к буровым шнекам с цилиндрическими резьбовыми замковыми соединениями, используемым преимущественно для бурения скважин малых диаметров в строительстве и на открытых горных работах.
Известен буровой шнек с цилиндрическим резьбовым замковым соединением, содержащий винтовую спираль и трубу с жестко присоединенными к ее концам хвостовиком, выполненным без сбега резьбы, и муфтой резьбового замкового соединения (Рис.48. Вращательное шнековое бурение геологоразведочных скважин/Д.Н.Башкатов, Ю.А.Олоновский. - М.: Недра, 1968. - С.91-92).
Данный буровой шнек имеет относительно простые при изготовлении цилиндрические резьбовые замковые соединения, выполненные без сбега резьбы, и хорошую выдачную способность из-за равенства наружных диаметров буровой трубы и замкового соединения.
Недостаток данного бурового шнека при эксплуатации заключается в невысокой долговечности его замковых соединений, в частности муфты, при бурении глубоких скважин, преимущественно малого диаметра вследствие того, что высокие крутящие моменты на колонне буровых шнеков существенно увеличивают момент затяжки замкового соединения заставляя хвостовик действовать как пуансон т.е. практически раздавать (раздавливать) первый прослабленный виток резьбы и деформировать муфту, прослабленную резьбой, по плоскости ее сопряжения с хвостовиком.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является буровой шнек с цилиндрическим резьбовым замковым соединением, содержащий винтовую спираль и трубу с, жестко присоединенными к ее концам, хвостовиком и муфтой резьбового замкового соединения, на конце которой, в плоскости ее сопряжения с хвостовиком, выполнено уширение в виде кольцевого буртика, высота которого равна выступу резьбы, а его ширина превышает половину шага резьбы, но не более чем на шаг (Патент РФ №86223, МПК Е21В 17/00, 2009 г., Бюл. №24)
Указанный буровой шнек сохраняет прочностные свойства цилиндрического резьбового соединения, в частности муфты, при возрастающих крутящих моментах, т.к. хвостовик воздействует на плоскость сопряжения ее с хвостовиком где имеется уширение в виде кольцевого буртика, играющего роль своеобразного бандажа, усиливающего первый прослабленный виток резьбы и соответственно саму плоскость сопряжения муфты от воздействия хвостовика.
Недостаток данного технического решения при эксплуатации в осложненных условиях (переувлажненные грунты, трещины и т.п.) заключается в том, что сама конструкция цилиндрического резьбового соединения, без сбега резьбы, хотя и проста в изготовлении, но имеет ряд недостатков, снижающих эффективность бурового шнека в целом. На хвостовиках аналогичных резьбовых соединений для выхода металлорежущего инструмента (например, резца) при нарезке резьбы образуется канавка, диаметр хвостовика под которой равен диаметру впадин (т.е. уменьшение диаметра) цилиндрического резьбового соединения. При свинчивании буровых шнеков в колонну эта канавка оказывается в плоскости сопряжения муфты с хвостовиком. Несмотря на достаточную прочность усиленных таким образом муфт при бурении глубоких скважин, в осложненных условиях (переувлажненный грунт, трещины и т.п.) происходит скручивание и изгиб теперь уже самих хвостовиков по их вышеуказанному ослабленному сечению.
Полезная модель направлена на повышение долговечности бурового шнека при бурении скважин малых диаметров и увеличенной глубины в осложненных условиях, которое достигается за счет того, что в буровом шнеке с цилиндрическим резьбовым замковым соединением, содержащем винтовую спираль и трубу с, жестко присоединенными к ее концам, хвостовиком и муфтой резьбового замкового соединения, на конце которой, в плоскости ее сопряжения с хвостовиком, выполнено уширение в виде кольцевого буртика, высота которого равна выступу резьбы, а его ширина превышает половину шага резьбы, но не более чем на шаг, резьба на хвостовике и соответственно, муфте резьбового замкового соединения выполнена со сбегом в плоскости их сопряжения.
Указанный буровой шнек сохраняет прочностные свойства цилиндрического резьбового замкового соединения, в частности хвостовиков, при возрастающих крутящих моментах, т.к. выполнение цилиндрической резьбы на хвостовике и, соответственно, муфте резьбового замкового соединения, со сбегом в плоскости их сопряжения, предопределяет увеличение площади поперечного сечения хвостовика в плоскости сопряжения с муфтой, что существенно повышает его прочность.
На фиг.1 показан общий вид бурового шнека; на фиг.2 - сечение по А-А на фиг.1.
Буровой шнек с цилиндрическим резьбовым замковым соединением, содержит винтовую спираль 1 и трубу 2 с, жестко присоединенными к ее концам, хвостовиком 3 и муфтой 4 резьбового замкового соединения, на конце которой, в плоскости 5 ее сопряжения с хвостовиком 3, выполнено уширение в виде кольцевого буртика 6, высота 7 которого равна выступу 8 резьбы 9, а его ширина 10 превышает половину шага резьбы 9, но не более чем на шаг. Причем резьба 9 на хвостовике 3 и.соответственно, муфте 4 резьбового замкового соединения выполнена со сбегом 11 в плоскости их сопряжения 5.
Предлагаемый буровой шнек работает следующим образом.
Бурение производят с помощью буровой установки буровыми шнеками свинчиваемыми в шнековую колонну на которую передаются рабочие нагрузки: осевое усилие подачи и крутящий момент. По мере углубления скважины в осложненных условиях, крутящие моменты на шнековой колонне, а следовательно, и в цилиндрических замковых резьбовых соединениях будут существенно возрастать, что будет приводить к увеличению момента затяжки резьбы 9. Однако деформации муфты 4 цилиндрического резьбового соединения не произойдет в связи с тем, что на конце муфты 4, в плоскости 5 ее сопряжения с хвостовиком 3, выполнено уширение в виде кольцевого буртика 6, высота 7 которого равна выступу 8 резьбы 9, а его ширина 10 превышает половину шага резьбы, но не более чем на шаг. Аналогично, скручивания, изгиба или поломки хвостовика 3 цилиндрического резьбового соединения в плоскости сопряжения с муфтой не будет происходить в связи с тем, что резьба 9 на хвостовике 3 и.соответственно, муфте 4 резьбового замкового соединения дополнительно выполнена со сбегом 11 в плоскости 5 их сопряжения и предопределяет увеличение площади поперечного сечения хвостовика 3 (фиг.2) в данной плоскости, что существенно повышает прочность последнего. Причем буровая мелочь транспортируемая винтовой спиралью 1 на дневную поверхность из-за незначительного уменьшения проходного сечения бурового шнека (напротив кольцевого буртика 6) не будет заштыбовываться в замковых соединениях шнеков и образовывать грунтовые пробки, уменьшающие выдачную способность шнеков.
Предлагаемое техническое решение, несмотря на некоторое усложнение процесса нарезания резьбы при изготовлении бурового шнека, достаточно эффективно при эксплуатации в осложненных условиях, где большая часть производительного времени расходуется на аварийные спускоподъемные операции из-за низкой долговечности резьбовых замковых соединений.
Таким образом, выполнение цилиндрического резьбового замкового соединения указанным образом позволяет увеличить долговечность бурового шнека при бурении скважин малых диаметров и увеличенной глубины в осложненных условиях.