БУРОВОЙ ИНСТРУМЕНТ

Предлагаемое техническое решение может быть использовано в горном деле для бурения скважин преимущественно прямым ходом со ступенчатой формой забоя, для ведения буровзрывных работ.
Известно шарошечное долото, включающее корпус, лапы с установленными на свободной оси вращения шарошками, оснащенными породоразрушающими элементами в виде зубьев и/или штырей, образующими периферийное, с калибрующей скважину кромкой, и центральное вооружение. Вооружение шарошек образует несколько конусных поверхностей, проведенных по вершинам зубьев и/или штырей. (Техника, технология и опыт бурения скважин на карьерах / Под. ред. В.А. Перетолчина. - М.: «Недра», 1993, С. 207-213).
Недостатком данной конструкции является то, что шарошки обращены вершинами конусов к центру скважины, поэтому эта часть скважины разрушается зоной шарошек с меньшим их диаметром и, соответственно, меньшим количеством вооружения и с меньшей кинетической энергией ударов зубьев по разбуриваемой породе, а значит, центральная часть скважины разрушается менее эффективно. Недостатком также является то, что скважина в поперечном сечении представляет собой окружность, поэтому место и количество первоначально зарождаемых трещин при взрыве не прогнозируемо.
Известно устройство для бурения скважин, состоящее из шарошечного долота и зубильной коронки, соединенной с пневмоударником. Зубильная коронка размещена впереди шарошек, поэтому способна разрушать центральную часть забоя скважины. (а.с. СССР №154200).
Недостатком данной конструкции является ее сложность, из-за наличия пневмоударника и продольноосевой подвижности зубильной коронки. Также недостатком является возможность бурения скважин только с круглым поперечным сечением.
Известен шарошечный расширитель, имеющий ствол - корпус с лапами и шарошками, установленными на них на свободной оси вращения. Корпус имеет продувочное отверстие, резьбовой ниппель для соединения буровой штанги и резьбовую муфту для присоединения опережающего инструмента. (Буримов Ю.Г., Копылов А.С., Орлов А.В. Бурение верхних интервалов глубоких скважин большого диаметра. М., «Недра», 1975, С. 101-105).
Недостатком данной конструкции является бурение скважины только с круглым поперечным сечением, потому что развертка конусной поверхности, проведенной по вершинам периферийного вооружения, на поверхность забоя, с внешней, относительно центра вращения бурового шарошечного долота, стороны представляет собой окружность.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является режуще-шарошечное долото, содержащее корпус с резьбовым ниппелем для соединения буровой штанги, продувочное отверстие, лапы с установленными на свободной оси вращения шарошками, оснащенными породоразрушающими элементами в виде зубьев и/или штырей, образующими периферийное вооружение с калибрующей кромкой, имеющими такую форму, что развертка конусной поверхности, образованной периферийным вооружением, на поверхность забоя, с внешней, относительно центра вращения корпуса, стороны имеет некруглую выпуклую форму. Также долото имеет подвижную подпружиненную лопасть с режущей частью, расположенной между шарошками крайняя от оси вращения корпуса точка на режущей части имеет радиус вращения меньший радиуса окружности, вписанной в поперечное сечение скважины (пат. РФ на полезную модель №116563).
Данная конструкция имеет следующие недостатки и их вызывающие причины. Бурение центральной части скважины происходит режущим инструментом, который неэффективно применять в крепких породах. Шарошками также плохо разрушается центральная часть скважины, это вызвано тем, что она разрушается зоной шарошек с меньшим их диаметром и, соответственно, меньшим количеством вооружения и с меньшей кинетической энергией ударов зубьев по разбуриваемой породе.
Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности бурения скважины с некруглым поперечным сечением по более крепким породам, за счет обеспечения эффективного разрушения центральной части забоя скважины опережающим шарошечным инструментом.
Для достижения указанного результата в буровом инструменте, содержащем корпус с резьбовым ниппелем для присоединения буровой штанги, продувочное отверстие, лапы с установленными на свободной оси вращения шарошками, оснащенными породоразрушающими элементами в виде зубьев и/или штырей, образующими периферийное вооружение с калибрующей кромкой, имеющими такую форму, что развертка конусной поверхности, образованной периферийным вооружением, на поверхность забоя, с внешней, относительно центра вращения корпуса, стороны имеет некруглую выпуклую форму, согласно заявляемой полезной модели корпус бурового инструмента снабжен резьбовой муфтой для присоединения опережающего шарошечного инструмента меньшего диаметра, чем минимальный размер некруглой в поперечном сечении скважины, резьбовая муфта соединена продувочным отверстием с ниппелем для соединения с буровой штангой.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежом, где изображен общий вид бурового инструмента, в осевом разрезе.
Заявляемый буровой инструмент содержит корпус 1, лапы 2 с установленными на свободной оси вращения шарошками 3, оснащенными породоразрушающими элементами в виде зубьев и/или штырей, образующими периферийное вооружение с калибрующей кромкой, имеющими такую форму, что развертка конусной поверхности, образованной периферийным вооружением, на поверхность забоя, с внешней, относительно центра вращения корпуса, стороны имеет некруглую выпуклую форму, с осями шарошек 3, пересекающимися в одной точке, лежащей на геометрической оси вращения корпуса 1.
Корпус 1 имеет резьбовой ниппель 4 для соединения с буровой штангой (на чертеже не показана), продувочное отверстие 5, резьбовую муфту 6 для присоединения опережающего шарошечного инструмента (на чертеже не показан) меньшего диаметра, чем минимальный размер некруглой в поперечном сечении скважины. Резьбовая муфта 6 сообщается продувочным отверстием 5 с ниппелем 4 для соединения с буровой штангой. Заявляемая полезная модель работает буровой инструмент следующим образом: К корпусу 1 бурового инструмента, посредством резьбовой муфты 6, крепится опережающий шарошечный инструмент (на чертеже не показан), выполняющий функцию забуривающего инструмента. Посредством резьбового ниппеля 4 корпус расширителя в сборе с опережающим шарошечным инструментом крепится к буровой штанге (на чертеже не показана) бурового станка. После чего на корпус 1 от бурового станка (станок не показан) передается осевое усилие и крутящий момент. В результате чего шарошки 3 бурового инструмента начинают перекатываться по забою, вращаясь вокруг собственной свободной оси, образовывая скважину некруглого сечения, благодаря тому, что форма шарошек 3 такая, что развертка конусной поверхности, образованной периферийным вооружением, на поверхность забоя, с внешней, относительно центра вращения корпуса 1, стороны имеет некруглую выпуклую форму. Поэтому воздействие на забой скважины происходит с разным радиусом разрушающей зоны контакта вооружения шарошек 3 с породой и приводит к формированию каждой шарошкой 3 скважины с некруглым поперечным сечением. Очистка скважины от буровой мелочи происходит при подаче воздуха в продувочное отверстие 5, который поступает в опережающий шарошечный инструмент.
Вследствие того, что опережающий шарошечный инструмент (на чертеже не показан) меньшего диаметра, чем минимальный размер некруглой в поперечном сечении скважины, разрушение центральной части забоя скважины происходит опережающим шарошечным инструментом, а периферийная часть некруглой в поперечном сечении скважины формируется шарошками 3. Опережающий шарошечный инструмент способен эффективно бурить в крепких породах. Таким образом обеспечивается получение скважины некруглой формы поперечного сечения с повышением эффективности бурения по более крепким породам.