ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ШНЕКОВОГО БУРЕНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ И СЛАБОНАКЛОННЫХ СКВАЖИН

Предлагаемая полезная модель относится к горной промышленности, а именно к инструменту для шнекового бурения горизонтальных и слабонаклонных скважин в виде расширителя прямого хода с секционным шнековым буровым ставом.
Известен комбинированный двухлучевой расширитель прямого хода (Машины и инструмент для бурения скважин на угольных шахтах / М.С. Сафохин, И.Д. Богомолов, Н.М. Скорняков, A.M. Цехин. - М.: Недра, 1985, рис. 6.2, с. 107), включающий резцовый расширитель, опорно-направляющий фонарь и расширитель, оснащенный дисковыми шарошками.
Недостатками этой конструкции является заштыбовка резцовой и дисковой ступени расширителя из-за отсутствия принудительного удаления продуктов бурения из зон разрушения до шнекового бурового става.
Наиболее близким по техническому решению к заявленной полезной модели является буровой став для машин горизонтального и наклонного бурения (Патент РФ 2026977, Е21С 1/00 (1995.01), опубл. 20.01.95), включающий штанги, имеющие бурты для взаимодействия с байонетным замком и ключом-подхватом, резьбовые хвостовики и втулки для соединения штанг одна с другой и размещенные между бурами шнековые лопасти. При этом каждая штанга снабжена пружинной спиралью, жестко прикрепленной к концу шнековой лопасти со стороны нерабочих поверхностей в сторону резьбовой втулки, при этом внешний диаметр пружинной спирали не превышает диаметра шнековых лопастей, а длина пружинной спирали превышает размер участка штанги без шнековых лопастей, а шаг каждой из пружинных спиралей выполнен не менее ширины ключа-подхвата.
Недостатками этой конструкции является отсутствие взаимодействия пружинной винтовой цилиндрической спирали с корпусом второй дисковой ступени расширителя и заштыбовка опережающей скважины меньшего диаметра на участке между корпусами первой резцовой и второй дисковой ступенях расширителя и полной заштыбовки дисковой ступени расширителя.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в повышении эффективности транспортирующей способности в зонах резцовой и дисковой ступенях расширителя.
Указанный технический результат достигается тем, что инструмент для шнекового бурения горизонтальных и слабонаклонных скважин, включающий забурник, двухступенчатый расширитель прямого хода, первая ступень из которых резцовая на двухлучевом корпусе с роликовыми скалывателями, вторая ступень в виде дискового инструмента на отдельном двухлучевом корпусе, удаленная от первой ступени на длину замковой шлицевой штанги-вкладыша, первую дистанционную штангу, жестко прикрепленную к корпусу второй ступени, который дистанционно удален на вылет втулки штанги с первым внутренним резьбовым замком с хвостовиком комплекта шнекового бурового става, включающего штанги, имеющие бурты для взаимодействия с байонетным замком и ключом-подхватом, резьбовые хвостовики и втулки для соединения штанг одна с другой и размещенные между буртами шнековые лопасти, при этом каждая штанга снабжена пружинной винтовой цилиндрической спиралью, жестко прикрепленной к концу шнековой лопасти со стороны нерабочих поверхностей в сторону резьбовой втулки, при этом внешний диаметр пружинной винтовой цилиндрической спирали не превышает диаметра шнековых лопастей, а длина пружинной винтовой цилиндрической спирали превышает размер участка штанги без шнековых лопастей, согласно полезной модели, в пространстве между корпусом первой ступени и корпусом второй ступени размещена пружинная винтовая цилиндрическая спираль меньшего диаметра, забойный конец которой прикреплен к лучу корпуса резцового расширителя, а свободным концом может выступать за забойный торец корпуса второй ступени, а в пространстве между противоположным торцом корпуса дисковой ступени расширителя и началом шнековой лопасти размещена пружинная винтовая цилиндрическая спираль с наружным диаметром равным наружному диаметру шнековых лопастей бурового става, один из концов пружинной винтовой цилиндрической спирали прикреплен к первому витку шнековой спирали, а другой свободно размещен в междисковом пространстве со стороны второго удаленного от забойного торца корпуса дисковой ступени расширителя, а между свободными концами спиральных витков размещены двухзаходные винтовые лопасти, жестко прикрепленные к наружной поверхности двухлучевого корпуса с дисковым инструментом.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1 показан общий вид инструмента для шнекового бурения горизонтальных и слабонаклонных скважин.
Инструмент для шнекового бурения горизонтальных слабонаклонных скважин (фиг. 1) состоит из забурника 1, жестко присоединенного к корпусу 2 двухлучевого расширителя первой ступени с режущим инструментом 3 и скалывающими роликами 4. Корпус 2 жестко прикреплен к шлицевой штанге-проставке 5 с цилиндрическим буртиком 6, цилиндрической проточкой 7, дистанционно-разделяющей буртик 6 от квадратного буртика 8, расположенного со стороны втулки 9 с внутренней конической резьбой. Торец втулки 9 жестко прижат к буртику 10 штанги 11 второй дисковой ступени расширителя. К лучу корпуса 2 жестко прикреплен конец 12 пружинной винтовой цилиндрической спирали 13 со свободным концом 14, обращенным ко второй дисковой ступени расширителя. Вторая дисковая ступень расширителя содержит корпус 15, который жестко прикреплен к штанге 11, а к его наружной поверхности прикреплены двухзаходные лопасти 16 и два радиально-наклонных трубчатых луча 17, к наружным торцевым поверхностям которых прикреплены диски 18 с возможностью свободного вращения. К втулке 9 штанги 11 прикреплена первая штанга 19, а к ней вторая штанга 20 и последующие штанги основного шнекового бурового става по средствам конического резьбового хвостовика 21, входящего в зацепление с резьбовой втулкой 9. Корпус расширителя 2 с резцами 3 образуют первую ступень расширителя малого диаметра, рабочая длина которой до второй дисковой ступени перекрыта пружинной винтовой цилиндрической спиралью 13. К наружной поверхности первой буровой штанги 19 между буртиками 6 и 10 прикреплена сплошная винтовая спираль 22, к забойному концу 23 которой жестко прикреплен конец 24 пружинной винтовой цилиндрической спирали 25, свободный конец 26 которой обращен в сторону транспортной лопасти 16 корпуса дисковой ступени расширителя. Диаметр наружных поверхностей спиралей 22 и 25 с учетом радиальных зазоров соответствует требуемому наружному диаметру скважины после второй дисковой ступени расширителя. Свободные концы 14 и 26 спиралей 13 и 25 отделены друг от друга двухзаходными транспортирующими лопастями 16 с возможностью пружинного контакта с одной из них. Последующие штанги, начиная с 20, содержат сплошные винтовые лопасти 22 с концами 23 и 27, а также пружинные винтовые цилиндрические спирали 25, одни концы 24 которых жестко прикреплены к концам 23, а другие свободные концы 28 пружинно сопряжены с концами 27 винтовых лопастей 22.
При бурении работа полезной модели осуществляется следующим образом.
п
к
ос
з
з
1ст
1ст
2ст
2ст
1ст
2ст
к
п
к
ос
Инструменту для шнекового бурения горизонтальных и слабонаклонных скважин от бурового станка одновременно передается относительное вращательное движение n и осевое поступательное перемещение на забой со скоростью V. В процессе разрушения забоя в шнекобуровом инструменте формируется крутящий момент М и осевое усилие подачи Р, значение которых постепенно нарастают с увеличением глубины бурения. При этом забурник 1 совместно с расширителем первой ступени, содержащим корпус 2, резцы 3, скалыватели 4 и шлицевую штангу-проставку 5 образуют в массиве горных пород центрирующую скважину диаметром d на длине l и опережающую скважину диаметром d первой ступени расширителя на длине l. Так как шлицевая штанга-проставка 5 жестко прикреплена к штанге 11, то вращательное и поступательное перемещение передается корпусу 15 с радиальными наклонными лучами 17 к свободно вращающимся дискам 18, которые обеспечивают расширение скважины до диаметра второй ступени d по длине ее призабойной зоны l поступающие продукты разрушения в зону l контактируют с растягиваемой в процессе вращения пружинной винтовой цилиндрической спиралью 13 и транспортируется в зону рабочей камеры расширения второй ступени l. При этом один конец 12 пружинной винтовой цилиндрической спирали 13 жестко прикреплен к лучу корпуса 2 резцового расширителя, а свободный конец 14 пружинно прижат к радиальному ребру транспортирующей лопасти 16, перекрывающей длину корпуса l второй ступени расширителя с дисковым инструментом. С другой стороны лопасти 16 к ее радиальному ребру подвижно прижат свободный конец 26 пружинной винтовой цилиндрической спирали 25, конец 24 которой жестко прикреплен к концу 23 сплошной шнековой спирали 22, в свою очередь конец 27 которой подвижно сопряжен со свободным концом 28 пружинной винтовой цилиндрической спирали 25, конец 24 которой жестко прикреплен к концу 23 сплошной шнековой спирали 22 комплекта основного шнекобурового става. При этом через штанги 19, 20 и другие в набранном комплекте на текущую глубину бурения от бурового станка к шнекобуровому инструменту передаются два кинематических параметра (n, V) и два силовых параметра (М, Р). Таким образом, во всех предполагаемых участках шнекобурового инструмента не перекрытых длиной участков со сплошными шнековыми спиралями создаются транспортные потоки, образованные участками занятыми пружинными винтовыми цилиндрическими спиралями и лопастями 16 на корпусе 15.
з
з
1ст
1ст
2cт
л
2ст
2ст
На участке скважины диаметром d и длиной l транспортирование осуществляется четырехзаходным шнеком забурника 1, на участке скважины диаметром d и длиной l транспортирование осуществляется пружинной винтовой цилиндрической спиралью 13, на участке скважины диаметром dи длиной l транспортирование осуществляется двумя лопастями 16, на участке скважины диаметром d и длиной l транспортирование осуществляется пружинной винтовой цилиндрической спиралью 25.
Таким образом, конструктивное исполнение полезной модели инструмент для шнекового бурения горизонтальных и слабонаклонных скважин позволяет предотвратить пробкообразование при транспортировании продуктов разрушения, прихват инструмента и повысить скорость бурения.