ПОРОДОРАЗРУШАЮЩАЯ ЧАСТЬ БУРОВОГО ИНСТРУМЕНТА (ВАРИАНТЫ)

Предлагаемая к защите группа, полезных моделей относится к буровой технике, а именно, к конструкциям породоразрушающей части бурового инструмента для вращательного бурения сплошным забоем гидрогеологических, дренажных, сейсмических и других скважин технического назначения.
Из уровня техники известны конструкции породоразрушающих частей бурового инструмента для бурильных машин, работающих способом вращательного бурения, которые выпускаются Алапаевским заводом «Стройдормаш», содержащие двухзаходный лопастной корпус забурника и установленные в нижней части лопастей режущие элементы (резцы), расположенные в одной плоскости вращения (каталог ОАО «Бурильные машины и инструменты», ОАО «Стройдормаш», 2009 г.).
Недостатки данных буров обусловлены нерациональным использованием мощности буровой машины, и отклонением оси скважины при бурении породы с твердыми включениями.
Наиболее близким аналогом является известный бур из RU 2391481 С2 для вращательного бурения скважин, содержащий корпус, снабженный забурником со сменными резцами и состоящий из жестко связанных между собой и размещенных с угловым смещением относительно друг друга в радиальной плоскости пластин с установленными в них резцами, при этом линии, проходящие через вершины резцов, установленных на пластинах, образуют две конические спирали с переменным шагом. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.
Недостатком прототипа является парное размещение резцов в сквозных отверстиях каждой пластины, при котором один из резцов работает полностью в условиях зажатой среды, являющихся наихудшими из всех известных условий разрушения горной породы, при этом второй резец лишь ухудшает породоразрушающие характеристики первого резца, создает дополнительное сопротивление вращению и заглублению, тем самым, увеличивая нагрузку на буровую машину.
Заявляемая группа полезных моделей представлена двумя вариантами исполнения породоразрушающей части бурового инструмента.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, является создание конструкции, повышающей эффективность разрушения горных пород любой твердости без дополнительного сопротивления вращению и заглублению инструмента за счет увеличения нагрузки на каждый резец.
Указанный технический результат по первому варианту достигается тем, что породоразрушающая часть бурового инструмента, содержащая корпус, снабженный забурником со сменными резцами и состоящий из жестко связанных между собой и размещенных с угловым смещением относительно друг друга в радиальной плоскости пластин с установленными в них резцами, при этом линии, проходящие через вершины резцов, установленных на пластинах, образуют две конические спирали с переменным шагом, согласно полезной модели забурник выполнен ступенчатым, на противоположных сторонах пластины и ступени забурника, имеющих максимальные внешние габариты, расположено по два резца, на остальных пластинах и ступенях забурника в шахматном порядке закреплено по одному резцу, при этом каждый резец выполнен в виде цилиндроконического армированного зуба и размещен на пластинах в установленных на них средствах крепления, а на забурнике - в отверстии, выполненном в каждой ступени.
Указанный технический результат по второму варианту достигается тем, что породоразрушающая часть бурового инструмента, содержащая корпус, снабженный забурником со сменными резцами и состоящий из жестко связанных между собой и размещенных с угловым смещением относительно друг друга в радиальной плоскости пластин с установленными в них резцами, при этом линии, проходящие через вершины резцов, установленных на пластинах, образуют две конические спирали с переменным шагом, согласно полезной модели на противоположных сторонах пластины, имеющей максимальные внешние габариты и на забурнике, расположено по два резца, на остальных пластинах в шахматном порядке закреплено по одному резцу, причем каждый резец выполнен в виде армированного плоского зуба и размещен на пластинах в установленных на них средствах крепления, а на забурнике - в выполненных в нем отверстиях, при этом резцы на забурнике расположены равноудалено от оси вращения.
Средство крепления выполнено в виде державки.
Резцы армированы, например, твердосплавной пластиной.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами, где
Фиг.1 (а) - общий вид породоразрушающей части бурового инструмента по первому варианту;
Фиг.1 (б) - вид сверху породоразрушающей части бурового инструмента по первому варианту;
Фиг.1 (в) - разрез А-А породоразрушающей части бурового инструмента по первому варианту;
Фиг.2 (а) - общий вид породоразрушающей части бурового инструмента по второму варианту;
Фиг.2 (б) - вид сверху породоразрушающей части бурового инструмента по второму варианту;
Фиг.2 (в) - разрез А-А породоразрушающей части бурового инструмента по второму варианту.
Породоразрушающая часть бурового инструмента по первому варианту (фиг.1 (а-в) содержит корпус 1, состоящий из жестко связанных между собой, например, с помощью сварки, наборных пластин. Корпус оснащен размещенным в его нижней части забурником 2, который выполнен ступенчатым, причем забурник может быть изготовлен как из монолитной детали, так и из нескольких деталей, жестко соединенных между собой. На пластинах и забурнике закреплены сменные резцы 3, каждый из которых размещен в средствах крепления 4, выполненных в виде державки. Пластины изготовлены с уменьшением внешнего габарита и расположены с угловым смещением относительно друг друга в радиальной плоскости, при этом линии, проходящие через вершины резцов 3, размещенных на пластинах, образуют две конические спирали с переменным шагом. На пластине и ступени забурника, имеющих максимальные внешние габариты расположено по два резца 3, на остальных пластинах и ступенях забурника в шахматном порядке закреплено по одному резцу 3, при этом каждый резец 3 выполнен в виде цилиндроконического армированного зуба и размещен на пластинах в установленных на них средствах крепления 4, а на забурнике 2 резцы 3 размещены в отверстиях, выполненных в ступенях забурника.
Породоразрушающая часть бурового инструмента по второму варианту (фиг.2 (а-в) содержит корпус 1, состоящий из жестко связанных между собой, например, с помощью сварки, наборных пластин. Корпус оснащен размещенным в его нижней части забурником 5. На пластинах и забурнике установлены сменные резцы 6, каждый из которых размещен в державке 7. Пластины выполнены с уменьшением внешнего габарита и расположены с угловым смещением относительно друг друга в радиальной плоскости, при этом линии, проходящие через вершины резцов 6, размещенных на пластинах, образуют две конические спирали с переменным шагом. На пластине, имеющей максимальный внешний габарит, и на забурнике расположено по два резца 6, на остальных пластинах - по одному, при этом резцы на остальных пластинах размещены в шахматном порядке. Резцы выполнены в виде армированного плоского зуба. На забурнике резцы расположены равноудалено от оси вращения.
Армирование зубов выполнено с помощью, например, твердосплавных пластин (на чертеже не показано).
Работа породоразрушающей части бурового инструмента по первому варианту заключается в выработке многоступенчатой воронки, увеличение диаметра которой происходит по мере углубления бурового инструмента в грунт. При этом ступеньки воронки образуются из-за скалывания породы, происходящего за счет возникающих касательных напряжений и пропилов по внутреннему краю ступени в грунте. Касательные напряжения и пропилы создаются благодаря воздействию резцов 3 на грунт.
Работа породоразрушающей части бурового инструмента по второму варианту заключается в выработке многоуровневой воронки, при этом первый уровень воронки в виде одной ступени образован за счет срезов, получаемых воздействием на грунт резцами забурника по мере заглубления. Первый уровень воронки имеет постоянный диаметр. Остальные уровни в виде ступенек разного диаметра образованы резцами, установленными на пластинах корпуса, при этом увеличение диаметра ступеней происходит по мере углубления бурового инструмента в грунт. Ступеньки образуются из-за скалывания и срезания породы, происходящего за счет возникающих касательных напряжений и срезов, благодаря воздействию резцов 6 на грунт.
Каждый резец выполнен в виде цилиндроконического или плоского армированного зуба, закрепленного, соответственно, в державке 4 или 7. За счет поступательно-вращательного движения, совершаемого буровым инструментом, резцы оказывают давление между уровнями образованных ступенек с силой, достаточной для их разрушения.
Благодаря заявляемой полезной модели достигается получение оптимального размера ступенек, сформированных в забое скважины, что приводит к увеличению силы резания.
Преимуществом данной конструкции является повышенная прочность инструмента, возможность соблюдения расстановки резцов с большей точностью, а также возможность изготовления инструмента любого диаметра.
Кроме того, устройство позволяет сбалансировать и точно отцентровать инструмент в забое, что позволяет предотвратить отклонение его от оси скважины.