БУРОВОЕ РЕЖУЩЕЕ ОТКРЫВАЮЩЕЕСЯ ДОЛОТО

Полезная модель относится к области строительства, в частности к конструкциям буровых режущих открывающихся долот под действием массы поступающих в них растворов, и может быть использовано при сооружении полыми (проходными) шнековыми буровыми ставами буронабивных (буроинъекционных) свай и других скважин.
Известно буровое режущее открывающееся долото, содержащее корпус, лопасти с резцами и связанную с корпусом посредством элементов крепления крышку с уплотнительным кольцом в хвостовой части и с двухперовым режущим лезвием с плоской передней гранью в головной части, открывающую центральный канал долота по всему поперечному сечению под действием массы бетонного раствора и удерживаемую в открытом состоянии относительно корпуса при помощи элемента фиксацци (Комплекс КШР-320 // http://www. geomash. ru).
Данное техническое решение позволяет существенно повысить эффективность бурения различных грунтов и пород вследствие наличия на крышке долота двухперового режущего лезвия обеспечивающего разрушение керна грунта (породы) в центральной части долота.
Недостаток данного технического решения заключается в том, что в открытом состоянии (пропуск бетонного раствора) крышка долота связана с периферийной частью корпуса долота, шарнирно в направлении его подачи на забой, только при помощи одного пальца, вследствие чего на сложных грунтах (обводненные, валун, галечник и т.п.) это будет приводить к повороту крышки и уменьшению поперечного сечения центрального канала долота, необоснованному снижению расхода бетонного раствора, ухудшению качества работ и т.п. При этом, жесткое крепление крышки к периферийной части корпуса долота при помощи только одного пальца будет создавать значительный изгибающий момент (с плечом практически равным диаметру крышки), в плоскости вращения долота, приводить к поломкам данного крепления при необходимости как прямого, так и обратного (реверс) вращения долота, что является обычной практикой при сооружении буронабивных (буроинъекционных) свай в сложных условиях.
Наиболее близким является буровое режущее открывающееся долото, содержащее корпус, лопасти с резцами и связанную с корпусом посредством элементов крепления крышку с уплотнительным кольцом в хвостовой части и с двухперовым режущим лезвием с плоской передней гранью в головной части, открывающую центральный канал долота по всему поперечному сечению под действием массы бетонного раствора и удерживаемую в открытом состоянии относительно корпуса при помощи элемента фиксации, который выполнен в виде стопорного нераскручивающегося каната, размещенного внутри центрального канала долота с выходом его на наружную поверхность корпуса долота через сквозное отверстие в корпусе, а элементы крепления выполнены в виде шариковых фиксаторов, с упругими, выполненными из резины, и нажимными элементами, контактирующих с кольцевой проточкой, выполненной на хвостовой части крышки, и двух взаимно параллельных граней, выполненных на головной части крышки, входящих в конгруэнтные им пазы на торцевой поверхности корпуса долота причем один конец стопорного каната шарнирно закреплен посредством проушины в торце хвостовой части крышки, а второй крепежным разъемным элементом, расположенным на наружной поверхности долота, при этом нажимные элементы шариковых фиксаторов выполнены в потай, а крепежный разъемный элемент расположен на наружной поверхности корпуса долота с опережением плоской передней грани двухперового режущего лезвия крышки долота в сторону его вращения и размещен под нерабочей поверхностью лопасти долота, и у которого уплотнительное кольцо в хвостовой части крышки долота размещено между кольцевой проточкой и головной частью крышки, а стопорный канат в сквозном отверстии корпуса долота закреплен с натягом. (Патент РФ №75403, МПК Е02D 7/22, 10.08.2008 г. Бюл. №22).
Данное техническое решение позволяет повысить скорость и надежность проходки скважины буровым режущим открывающимся долотом до проектной отметки, предотвратить частичное прикрытие центрального канала долота, или поломки элементов крепления крышки долота к его корпусу, при подъеме шнекового бурового става с вращением при заполнении скважины бетонным раствором, улучшить качество заполнения скважин, как правило, легким бетонным раствором.
Недостаток данного технического решения заключается в том, что торцевая поверхность хвостовой части крышки выполнена плоской т.е. практически перпендикулярно направлению движения потока бетонного раствора. При использовании тяжелых бетонных растворов с крупным заполнителем (например, при гидротехническом строительстве ), равно как и при увеличении диаметра самой крышки (при сооружении скважин большого диаметра) ее аэродинамические свойства при перемещении в потоке тяжелого раствора будут ухудшаться, давления на плоской торцевой поверхности хвостовой части крышки будут существенно возрастать и приводить к значительным растягивающим нагрузкам в стопорном канате, и, как следствие, к снижению его долговечности.
Полезная модель направлена на повышение долговечности буровых режущих открывающихся долот больших типоразмеров в полых шнековых буровых ставах при сооружении буронабивных (буроинъекционных) свай с использованием тяжелых бетонных растворов с крупным заполнителем.
Технический результат достигается тем, что в буровом режущем открывающимся долоте содержащем корпус, лопасти с резцами и связанную с корпусом посредством элементов крепления крышку с уплотнительным кольцом в хвостовой части и с двухперовым режущим лезвием с плоской передней гранью в головной части, открывающую центральный канал долота по всему поперечному сечению под действием массы бетонного раствора и удерживаемую в открытом состоянии относительно корпуса при помощи элемента фиксации, который выполнен в виде стопорного нераскручивающегося каната, размещенного внутри центрального канала долота с выходом его на наружную поверхность корпуса долота через сквозное отверстие в корпусе, а элементы крепления выполнены в виде шариковых фиксаторов, с упругими, выполненными из резины, и нажимными элементами, контактирующих с кольцевой проточкой, выполненной на хвостовой части крышки, и двух взаимно параллельных граней, выполненных на головной части крышки, входящих в конгруэнтные им пазы на торцевой поверхности корпуса долота, причем один конец стопорного каната шарнирно закреплен посредством проушины в торце хвостовой части крышки, а второй крепежным разъемным элементом, расположенным на наружной поверхности долота, при этом нажимные элементы шариковых фиксаторов выполнены в потай, а крепежный разъемный элемент расположен на наружной поверхности корпуса долота с опережением плоской передней грани двухперового режущего лезвия крышки долота в сторону его вращения и размещен под нерабочей поверхностью лопасти долота, и у которого уплотнительное кольцо в хвостовой части крышки долота размещено между кольцевой проточкой и головной частью крышки, а стопорный канат в сквозном отверстии корпуса долота закреплен с натягом, поверхность торца хвостовой части крышки выполнена выпуклой и конусообразной, при этом опорные поверхности двухперовых режущих лезвий головной части крышки и, соответственно, контактирующие с ними опорные поверхности конгруэнтных им пазов на торцевой поверхности корпуса долота выполнены с наклоном в сторону хвостовой части крышки.
На фиг.1 показан общий вид бурового режущего открывающегося долота; на рисунке фиг.2 - разрез по А-А(штриховыми линиями показано размещение крышки при заполнении скважины бетонным раствором).
Буровое режущее открывающееся долото содержит корпус 1, лопасти 2 с резцами 3 и связанную с корпусом 1 посредством элементов крепления крышку 4 с уплотнительным кольцом 5 в хвостовой части 6 и с двухперовым режущим лезвием 7 с плоской передней гранью 8 в головной части 9, открывающую центральный канал 10 долота по всему поперечному сечению, под действием массы бетонного раствора, и удерживаемую в открытом состоянии относительно корпуса 1 при помощи элемента фиксации крышки 4. Элемент фиксации крышки 4 выполнен в виде стопорного нераскручивающегося каната 11, размещенного внутри центрального канала 10 долота с выходом его на наружную поверхность корпуса 1 долота через сквозное отверстие 12, выполненное в корпусе 1 долота, а элементы ее крепления выполнены в виде шариковых фиксаторов 13, с упругими 14, выполненными из резины, и нажимными элементами 15, контактирующих с кольцевой проточкой 16, выполненной на хвостовой части 6 крышки 4 долота, и двух взаимно параллельных граней 17, выполненных на головной части 9 крышки 4 долота, входящих в конгруэнтные им пазы 18 на торцевой поверхности 19 корпуса 1 долота, при этом опорные поверхности 20 двухперовых режущих лезвий 7 головной части 9 крышки 4 и, соответственно, контактирующие с ними опорные поверхности 21 конгруэнтных им пазов 18 на торцевой поверхности 19 корпуса 1 долота выполнены с наклоном в сторону хвостовой части 6 крышки 4 долота. Причем один конец 22 стопорного нераскручивающегося каната 11 закреплен шарнирно посредством проушины 23 в торце 24, поверхность которого выполнена выпуклой и конусообразной, в хвостовой части 6 крышки 4 долота, а второй 25 крепежным разъемным элементом 26, расположенным на наружной поверхности корпуса 1 долота, при этом нажимные элементы 15 шариковых фиксаторов 13 выполнены в потай, а крепежный разъемный элемент 26 расположен на наружной поверхности корпуса долота с опережением плоской передней грани 8 двухперового режущего лезвия 7 крышки 4 долота в плоскости его вращения и размещен под нерабочей (нижней) поверхностью 27 лопасти 2 долота. Уплотнительное кольцо 5 в хвостовой части 6 крышки 4 долота размещено между кольцевой проточкой 16 и головной частью 9 крышки 4 долота. Стопорный нераскручивающийся канат 11 в отверстии 12 корпуса 1 долота закреплен с натягом. Упругие элементы 14 шариковых фиксаторов 13 выполнены из резины.
Работает данное техническое решение следующим образом. При бурении скважин буровое режущее открывающееся долото соединяют с полым шнековым буровым ставом (не показан) и придают ему рабочие нагрузки - осевое усилие подачи и крутящий момент, которые передаются на забой скважины его двухперовому режущему лезвию 7 через элементы крепления крышки 4 долота в виде двух взаимно параллельных граней 17, выполненных на головной части 9 крышки 4 и входящих в конгруэнтные им пазы 18. При этом от самопроизвольного выпадения крышка 4 долота удерживается при помощи шариковых фиксаторов 13, с упругими (из резины) 14 и нажимными элементами 15, контактирующими с кольцевой проточкой 16, выполненной на головной части 9 крышки 4 долота. С целью предотвращения попадания загрязнений в шариковые фиксаторы 13, в хвостовой части 6 крышки 4 долота, между кольцевой проточкой 16 и головной частью 9 крышки 4 долота, размещено уплотнительное кольцо 5. В процессе бурения скважины до проектной глубины центральная часть забоя эффективно разрушается при помощи двухперового режущего лезвия 7, размещенного на крышке 4 долота. Образовавшаяся буровая мелочь от двухперового режущего лезвия 7 по плоской передней грани 8, и от резцов 3 поступает на верхнюю (рабочую) поверхность лопастей 2 долота и далее по шнековому буровому ставу подается к устью скважины, не разрушая при этом ни разъемного элемента 26 стопорного нераскручивающегося каната 11, поскольку последний, во-первых, спрятан под нижней (нерабочей) поверхностью 27 лопасти 2 долота, а во-вторых, размещен с опережением плоской передней грани 8 двухперового режущего лезвия 7 крышки 4 долота в сторону его вращения, ни нажимных элементов 15 шариковых фиксаторов 13, которые вообще выполнены в потай. После достижения проектной глубины скважины буровой шнековый став приподнимается над забоем на высоту более длины хвостовой части 6 крышки долота (для свободного выхода крышки 4 из центрального канала 10 долота) и по бетоноводу (не показан) бетонный раствор непрерывно поступает к центральному каналу 10 бурового режущего открывающегося долота, воздействует своей массой на выпуклую и конусообразную поверхность торца 24 хвостовой части 6 крышки 4 долота и преодолевая сопротивление упругих элементов 14 шариковых фиксаторов 13, выталкивает полностью крышку 4 из центрального канала 10 долота, обеспечивая тем самым хорошее заполнение скважины бетонным раствором при подъеме полого шнекового бурового става. Кроме того, вследствие наличия гибкой связи крышки 4 долота с его корпусом 1 в виде стопорного нераскручивающегося каната 11, имеющего меньшее поперечное сечение, простую обтекаемую форму и шарнирное крепление его конца 22 посредством проушины 23 в торце 24 хвостовой части 6 крышки 4, закрытие центрального канала 10 долота крышкой при несанкционированном воздействии бетонного раствора или возмущений со стороны забоя (вывалы стенок, галечника и т.п.), расходные показатели заполнения скважины бетонным раствором и его качество будут оставаться высокими. При этом, за счет придания поверхности торца 24, выпуклой и конусообразной формы сопротивления перемещению крышки в бетонном растворе будут снижаться. Этому же будет способствовать и выполнение стопорного каната 11 из нераскручивающегося каната, что особенно актуально в сложных условиях, где периодически приходится включать вращение полого шнекового бурового става, включая его реверсирование. Причем, закрепление стопорного нераскручивающегося каната 11 в сквозном отверстии 12 с натягом позволяет уменьшить через него утечки, а размещение второго конца 25 стопорного нераскручивающегося каната 11 на наружной поверхности корпуса 4 долота и закрепление его при помощи крепежного, и именно разъемного, элемента 26 повышает ремонтопригодность долота в целом.
Данное техническое решение, за счет улучшения аэродинамических свойств крышки путем придания обтекаемой формы ее поверхностям, наиболее подверженным высоким давлениям от воздействия бетонного раствора, позволяет существенно снизить растягивающие нагрузки в стопорном канате и, в целом, повысить надежность и долговечность буровых режущих открывающихся долот больших типоразмеров при работе с тяжелыми бетонными растворами.