Колонковый буровой снаряд для бурения скважин большого диаметра

Полезная модель относится к технике бурения скважин большого диаметра (от 500 мм и более) с получением керна и может быть применена при разведке россыпных месторождений полезных ископаемых в условиях многолетнемерзлых пород с включением валунно-галечных отложений, а также, при бурении технических скважин под сваи и опоры промышленно-гражданских сооружений.
Известен колонковый бур для проходки скважин большого диаметра в скальных и вечномерзлых грунтах (см. SU №791891, кл. Е21В 10/04, Е21В 25/00, опубл. 30.12.1980), состоящий из приводного цилиндрического двустенного корпуса, снабженного породоразрушающими инструментами и механизмами для скола и удержания керна, выполненных в виде фартучных керноломателей, которые приводятся в действие от установленных между стенками колонкового бура гидроцилиндров.
Недостатком известного колонкового бура является то, что при засорении в процессе бурения устройства для удержания керна (наклонной полки) скол керна становится невозможным. Кроме того, возникают осложнения со сколом керна при увеличении диаметра бурения.
Известен колонковый бур для проходки шурфов и скважин большого диаметра (см. SU № 341936, кл. Е21B 7/24, E21D 1/06, опубл. 14.06.1972), содержащий цилиндрический двустенный корпус, снабженный породоразрушающими инструментами в виде пневмоударников с рабочими коронками, механизмами для подрезки и удержания керна, выполненных в виде шарнирно соединенных с дополнительными пневмоударниками дугообразных выдвижных элементов с резцами, и воздушную магистраль, включающий воздухораспределительный коллектор и блок управления.
Недостатками известного колонкового бура являются сложность конструкции и длительность процесса подрезки керна.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение производительности бурения скважин большого диаметра с помощью колонковых буровых снарядов при сохранении представительности отбираемой пробы.
Технический эффект, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в устройстве колонкового бурового снаряда, позволяющего ускорить процессы отрыва и извлечения керна из скважины, что обеспечивает условия для повышения производительности и увеличения скорости проходки при бурении скважин большого диаметра.
Для решения поставленной задачи колонковый буровой снаряд для бурения скважин большого диаметра с получением керна в скальных породах и многолетнемерзлых грунтах, включающий цилиндрический двустенный корпус с керноприемной камерой и породоразрушающими инструментами, отличается тем, что содержит по меньшей мере два равноудаленно расположенных в межтрубном пространстве корпуса бурового снаряда устройства для отрыва и удержания выбуренного керна, выполненных в виде подвижных рычажных механизмов, состоящих по меньшей мере из двух последовательно соединенных шарнирных рычагов, причем первый рычаг закреплен к выходному звену привода возвратно-поступательного движения, а последний - к корпусу бурового снаряда, при этом для выдвижения рычагов механизма отрыва и удержания керна в керноприемную камеру бурового снаряда во внутренней трубе корпуса бурового снаряда выбраны сквозные отверстия, например прямоугольной формы.
Технический результат, получаемый при использовании колонкового бурового снаряда, заключается в создании механизма отрыва и удержания керна (выбуренной породы), что позволяет повысить эффективность буровых работ, в частности, при разведке россыпных месторождений полезных ископаемых, например, в условиях многолетнемерзлых пород или бурении технических скважин больших диаметров.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».
Совокупность признаков полезной модели обеспечивает решение заявленной технической задачи, а именно ускорения бурения скважин большого диаметра колонковыми буровыми снарядами, снабженными механизмами отрыва и удержания керна.
Заявленное устройство иллюстрируется чертежами, где на фигурах 1 и 2 схематически показан общий вид колонкового бурового снаряда, на фигурах 3 и 4 – вид снаряда в разрезе.
Колонковый буровой снаряд содержит цилиндрический двустенный корпус, состоящий из внешней трубы 1, внутренней колонковой трубы 2 и основания 3, на нижнем торце которого по периметру установлены породоразрушающие инструменты (шарошечные долота) 6 и продувочные сопла 7. В верхней части бурового снаряда установлены переходник для присоединения к буровой штанге 4 и открытая шламовая труба 5 (см. фиг. 1, 2).
При этом в межтрубном пространстве корпуса бурового снаряда (см. фиг. 3, 4) по периметру размещены воздухопроводные каналы для подачи сжатого воздуха на забой скважины (не представлены) и приводы возвратно-поступательного движения 8, выходные звенья (штоки) 9 которых шарнирно соединены с механизмами для отрыва (скола, раздавливания) и удержания керна 11.
Устройство для отрыва и удержания керна 11 представляет собой рычажный механизм, состоящий по меньшей мере из двух последовательно соединенных шарнирных рычагов, установленных внутри корпуса 10 с направляющими пазами. Причем, первый рычаг соединен со штоком 9 привода возвратно-поступательного движения 8, а последний закреплен к корпусу 10. В свою очередь, корпус механизма отрыва и удержания керна 11 располагается в межтрубном пространстве бурового снаряда и присоединяется к основанию колонкового бура, например, с помощью болтового или сварного соединения.
В качестве приводов возвратно-поступательного движения 8 могут быть использованы гидравлические, пневматические или механические приводы. Количество устанавливаемых в межтрубном пространстве снаряда приводов возвратно-поступательного движения 8 зависит от диаметра колонкового бурового снаряда, условий работы оборудования и может составить по меньшей мере два привода возвратно-поступательного движения, равноудаленно расположенных по периметру в межтрубном пространстве корпуса бурового снаряда.
В стенках внутренней колонковой трубы 2 на местах установки механизмов отрыва и удержания керна 11 выбраны сквозные отверстия 13, например прямоугольного сечения, через которые под воздействием приводов возвратно-поступательного движения 8 на механизмы отрыва и удержания керна 11 в керноприемную камеру 12 колонкового бура выпускаются рычаги, оказывающие в последующем разрушительное воздействие на выбуренный керн.
Таким образом, после проходки необходимого интервала скважины отрыв керна происходит путем раздавливания основания керна при помощи механизмов отрыва и удержания керна 11, в результате воздействия которых происходит отрыв выбуренной породы и ее дальнейшее удерживание в процессе выгрузки из скважины. Данный механизм отличается простотой конструкции и высокой эффективностью.
Колонковый буровой снаряд работает следующим образом.
Колонковый бур приводится во вращение с приложением необходимой осевой нагрузки на забой через буровые штанги от расположенного на поверхности вращателя бурового станка. Разрушаемая в процессе бурения горная порода кольцевого забоя в виде шлама выдувается сжатым воздухом, подаваемым на забой через воздухопроводные каналы от компрессора буровой установки, находящейся на дневной поверхности, и поднимается наверх по кольцевому зазору между снарядом и стенками скважины. При этом крупные фракции шлама оседают в шламовой трубе 5, а мелкие выдуваются на дневную поверхность. В процессе бурения механизмы для отрыва и удержания керна 11 находятся в закрытом положении (см. фиг. 3).
После проходки необходимого интервала скважины, подача осевой нагрузки, крутящего момента и сжатого воздуха на колонковый бур прекращается. Далее приводятся в действие приводы возвратно-поступательного движения 8, при работе которых происходит вертикальное перемещение их штоков 9, которые передают осевую нагрузку на механизмы отрыва и удержания керна 11. Под воздействием передаваемой нагрузки рычаги механизмов отрыва и удержания керна 11 выдвигаются в керноприемную камеру 12 и внедряются в основание керна, вследствие чего происходит скол и отрыв выбуренной породы от забоя (см. фиг. 4).
После отрыва керна от забоя буровой снаряд поднимают на дневную поверхность и извлекают керн, для этого механизмы отрыва и удержания керна 11 возвращают в исходное положение путем включения приводов возвратно-поступательного движения 8 на обратный ход действия. После извлечения керна буровой снаряд снова опускают в скважину и цикл бурения повторяется.
Простота заявленного устройства колонкового бурового снаряда и высокая эффективность работы механизмов для отрыва и удержания выбуренного керна позволяют при использовании заявленной полезной модели ускорить процессы отрыва и извлечения керна из скважины, тем самым увеличить производительность работ при бурении скважин большого диаметра с получением керна в скальных породах и многолетнемерзлых грунтах.