БУРОВОЙ СНАРЯД

Полезная модель относится к буровой технике, а именно, к конструкции устройств для бурения разведочных скважин с поинтервальным отбором пробы и в целом предназначено для использования по крепким породам, например, в условиях криолитозоны.
Известна шнековая буровая коронка для вращательного бурения неглубоких скважин большого диаметра в мягких породах с твердыми включениями (см. патент RU 2234586 С1, МПК E21B 10/44), которая содержит вал с забурником из резцов на конце, формирующих опережающую скважину, а вокруг вала закреплены транспортирующие ленты, образующие цилиндрическую часть ленты. Вал дополнительно снабжен конической частью шнека, кромки транспортирующих лент которого армированы резцами. Эффективность бурения достигается путем удерживания шнекового бура на заданной оси и возможностью бурения пород при встрече устройства с твердыми включениями. Недостатком этой коронки является потеря представительности пробы пробуренного интервала при спуско-подъемных операциях вследствие попадания вмещающих пород со стенок скважины.
Известен также способ проходки горно-разведочных шурфов в криолитозоне (см. патент RU 2285802 С1, МПК E21D 9/02), позволяющий увеличить проходку шурфов без уменьшения извлекаемого объема пробы полезного ископаемого из продуктивного пласта. Проходка шурфа данным способом осуществляется по разным поперечным сечениям по вскрышным породам и продуктивному пласту отбойными молотками. Однако, известный способ проходки шурфов небезопасен, трудоемок (например, при проходке с буровзрывным способом) и малопроизводителен (например, способы «на пожог» и «проморозку» с использованием отбойных молотков).
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является устройство для бурения шурфов и скважин большого диаметра в мягких породах (см. патент SU 615191, МПК E21B 9/02, E21D 1/06), включающее буровой инструмент, колонну труб, жестко соединенную на конце с конусно-цилиндрическим корпусом, шнековую колонну с забурником и редуктор, представляющую вместе с шестернями планетарную передачу, которая жестко соединена со шнековой колонной. Сущность изобретения заключается в том, что для повышения эффективности проходки скважин по мягким породам устройство снабжено невращающейся обсадной трубой с подпружиненными дисковыми роликами, контактирующими со стенками скважины и приемной камерой, жестко скрепленным в виде ножей буровым инструментом, выполненной из двух спиральных лотков с боковыми стенками, при этом обсадная труба связана с конусно-цилиндрическим корпусом посредством байонетного соединения и планетарным редуктором.
Недостатки прототипа можно сформулировать следующим образом: устройство, включающее шнековую колонну с забурником и редуктор, которая вместе с шестернями создает планетарную передачу, жестко соединенную со шнековой колонной, образует сложную и ненадежную конструкцию для ведения буровых работ по твердым породам, при этом бурение возможно только по мягким породам. Подобное устройство, также, определяет его непригодность при бурении в условиях мерзлых пород россыпных месторождений. Кроме того, устройство предназначено для непрерывного бурения (с.4, абз.4) и, соответственно, не имеет возможности поинтервального отбора разрушенной породы для обеспечения достаточной представительности пробы, что необходимо при разведке продуктивных пластов россыпного месторождения, и не способствует определению их границ.
Задачами полезной модели являются повышение эффективности разведки россыпных месторождений, обусловленное на сохранении представительности отбираемой пробы продуктивного пласта.
Технический результат, получаемый при использовании бурового снаряда, выражается в упрощении конструкции устройства, повышении производительности при бурении разведочных скважин по россыпным месторождениям, в т.ч. по крепким породам и в условиях криолитозоны, механизации производственных процессов и сохранении представительности отбираемой пробы продуктивного пласта.
Для решения поставленных задач буровой снаряд, представляющий собой буровой став, снабженный породоразрушающим инструментом, шнековым транспортером и пробоприемной камерой, отличается тем, что с целью поинтервального отбора пробы продуктивного пласта россыпного месторождения в крепких породах и для накопления и транспортирования выбуренной породы, пробоприемная камера выполнена в виде стакана с ребрами на наружной поверхности для исключения возможного вращения камеры при заклине, обращенного вниз открытым концом, диаметром меньшим на 15-20 мм диаметра породоразрушающего инструмента, при этом в дне стакана выполнено отверстие, соосное с осью бурового става, пропущенного через него, с возможностью свободного вращения, причем длина шнекового транспортера менее половины высоты стакана, а его диаметр меньше диаметра полости стакана с разностью не более 10 мм.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».
Совокупность признаков полезной модели обеспечивает решение заявленной технической задачи, а именно, использование бурового снаряда для работы по крепким породам, в т.ч. в условиях криолитозоны, упрощение в целом конструкции устройства и сохранение представительности отбираемой пробы продуктивного пласта с возможностью уточнения выборки их границ.
Заявленное устройство иллюстрируется чертежами, где на фигуре схематически показан его поперечный разрез.
На чертеже показаны породоразрушающий инструмент 1, резцы породоразрушающего инструмента 2, шнековый транспортер 3, пробоприемная камера (стакан) 4, буровой став 5, разгрузочные окна 6, скважина 7, подшипниковая опора 8, усиленный переходник 9, усиленная втулка 10 соединения пробоприемной камеры со снарядом, наружные ребра на пробоприемной камере 11.
Шнековый транспортер 3 породоразрушающего инструмента 1, представляющий с собой штангу, к наружной поверхности которой приварена по спирали наклонная стальная лента, расположен внутри пробоприемной камеры 4. При этом диаметр стакана пробоприемной камеры должен быть таким, чтобы стакан не препятствовал свободной проходке бурению скважины. Для этого породоразрушающий инструмент выполнен с диаметром, большим на 15-20 мм наружного диаметра стакана пробоприемной камеры, что также позволяет свободному перемещению снаряда в скважине при спуско-подъемных операциях, в т.ч. при возможном уменьшении диаметра забоя скважины из-за изнашивания породоразрушающего инструмента.
3
Пробоприемная камера представляет с собой стакан, обращенный вниз открытым концом, при этом в его дне выполнено отверстие, соосное с осью бурового става, пропущенного через него, с возможностью свободного вращения. Соединение стакана с буровым ставом осуществляется посредством втулки 10 через подшипниковую опору 8. Для извлечения выбуренной породы стакан содержит разгрузочные окна 6. Породоразрушающий инструмент армирован резцами из твердого сплава 8, которые могут быть изготовлены по технологии самозатачивающихся резцов. Буровой снаряд соединяется с квадратом буровой установки через усиленный переходник 9. Цилиндрическая форма стакана позволяет использовать ребра 11 на наружной ее поверхности для исключения возможного вращения камеры при заклине, что может привести к выходу ее из строя. Подобные явления могут происходить, например, в случае заклина разрушенной породы между ребордами шнека и самой камеры, что, в свою очередь, характерно для россыпных месторождений в крепких породах вследствие специфических физико-механических свойств разведуемой породы и сложных геологических строений. При этом исключается возможное смешение пробы со шламом от стенок скважины и соответствующее снижение представительности пробы. Рабочий объем камеры должна соответствовать методике разведки россыпных месторождений и составляет не менее 0,2 м.
Буровой снаряд работает следующим образом. Использование бурового снаряда осуществляется после проходки до проектной глубины расположения продуктивного пласта россыпного месторождения известными способами. После размещения бурового снаряда в скважине породоразрушаюшим инструментом выбуривается определенный интервал породы на забое скважины. Процесс сбора разрушенной породы из забоя скважины и ее транспортирование осуществляется шнековым транспортером. При этом выбуренная порода накапливается внутри пробоприемного стакана. По мере бурения определенного интервала скважины снаряд поднимается на дневную поверхность для разгрузки, после через разгрузочные окна извлекается выбуренная порода (проба). Для случаев неполного извлечения остатков породы из снаряда предусмотрена фиксация бурового снаряда к буровой установке и включение левого вращения шнека с сопровождением ударами по снаряду (используется по мере необходимости).
Предлагаемый буровой снаряд имеет следующие преимущества по сравнению с известными устройствами:
- целевое назначение для разведки россыпных месторождений в крепких породах, в т.ч. в условиях криолитозоны;
- возможность обеспечения высокой представительности при поинтервальном отборе пробы в условиях россыпного месторождения, обеспечиваемого наличием пробоприемной камеры с ребрами, исключающего контактирование разрушаемой породы со стенкой скважины;
- упрощенная конструкция бурового снаряда, основанная на использовании породоразрушающего инструмента в виде цельного забурника, при этом его замена осуществляется стандартными способами;
- породоразрушающий инструмент цельной конструкции может быть выполнен для бурения скважин большого диаметра, в этом случае его диаметр составляет не менее 500 мм, при этом возможны как технологический, так и валовый отбор проб выделенного горизонта;
- при бурении в условиях крепких пород исключается необходимость в обсадной трубе, что также упрощает конструкцию устройства;
- соединение пробоприемной камеры со снарядом выполнено посредством усиленной втулки на подшипниковой опоре, что обеспечивает надежность конструкции в целом при выполнении работ по крепким породам;
- благодаря механизации основных работ при бурении скважин обеспечивается безопасность работ и практически исключается ручной труд.