Ручний буровий інструмент

Реферат: Ручний буровий інструмент містить жорстко з'єднані головку з робочими площинами, розташованими під робочим кутом, стержень і хвостовик з можливістю з'єднання з знімною штангою з рядом подовжувачів. При цьому головка і стержень сполучені в монолітну деталь, стержень виконаний порожнистим циліндроподібним, а головка являє собою циліндроподібну бурову коронку, на циліндричній її поверхні вздовж неї виконані протилежно розташовані наскрізні щілиноподібні прорізі з утворенням бокових ріжучих і протилежно розташованих бокових пасивних кромок і утворенням двох виступів, виконаних трапецієподібними з нижніми спіралеподібними ріжучими кромками. Бокові кромки трапецієподібних виступів циліндроподібної бурової коронки розташовані на умовних концентричних колах, ріжучі їх бокові кромки - на умовному зовнішньому концентричному колі, а пасивні їх бокові кромки - на внутрішньому концентричному колі, при цьому зовнішнє з них дорівнює діаметру свердловини. UA 79250 U (54) РУЧНИЙ БУРОВИЙ ІНСТРУМЕНТ UA 79250 U UA 79250 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до буріння і може бути використаною для буріння скважин різного призначення. Відомо, що виробки циліндричної форми, що проходяться спеціальними буровими інструментами, називаються свердловинами. Верх свердловини називається гирлом, нижня частина - вибоєм. Діаметр свердловин, які використовуються в практиці, знаходиться в межах 34-600 мм. Буріння свердловин може здійснюватися різними способами. При невеликих глибинах та обсягах робіт у слабких породах (пісок, глина) буріння свердловин, як правило, проводиться ручним обертальним способом. При обертальному бурінні у слабких породах буріння свердловин здійснюють наприклад за допомогою ручного бурового інструменту у вигляді металевого шнека, що являє собою бинтовий конвеєр із розташованими через відповідний крок спіральними конусоподібними лопатями, що містять ріжучі кромки. При обертанні шнека його лопаті зрізують ґрунт і породу. Зрізана порода гвинтовою сполученою поверхнею шнека виноситься на денну поверхню. В щільних глинах, суглинках, мергелі, крейді буріння свердловин здійснюють за допомогою також відомого ручного бурового інструмента, у вигляді металевого шнека, що являє собою бинтовий конвеєр із розташованими через відповідний крок спіральними конусоподібними лопатями, що містять ріжучі кромки, і кінець якого містить донизу ріжуче лезо у вигляді риб'ячого хвоста (див. патент Російської Федерації RU 2247217, опубл. 17.04.2003). Шнек виконаний, переважно, з будь-якої сталі. При обертанні шнека його кінець у вигляді риб'ячого хвоста руйнує породу. При підйомі шнека порода утримується між лопатями спіралі. Недоліком відомих ручних бурових породоруйнуючих інструментів є передчасна зношеність ріжучих робочих кромок за рахунок механічного тертя об абразивний ґрунт і породу (пісок, глину і т.п.) і відносна складність відновлення їх криволінійної поверхні, руйнування ствола свердловини конусоподібними лопатями, викривлення ствола свердловини на декілька метрів в залежності від її глибини. Також відомий ручний буровий інструмент (див., патент Росії № 226579 і № 570083, МПК: Е21В 10/00, публ., бюл. №), що є близьким за технічною суттю, кількістю суттєвих ознак до інструмента, що заявляється. Цей буровий інструмент містить жорстко з'єднані головку з робочими площинами, розташованими під робочим кутом, стержень і хвостовик, виконаний з можливістю з'єднання з знімною штангою з рядом подовжувачів. У відомого інструмента головка виконана у вигляді кінцевого кованого свердла, а стержень являє собою шнек із розташованими через однаковий крок спіральними конусоподібними лопатями з ріжучими твердосплавними кромками. Наявність шнека із розташованими через однаковий крок спіральними конусоподібними лопатями з ріжучими твердосплавними кромками забезпечує збільшення проходки свердловини на рейс долота, тобто повний час роботи долота в свердловині до його підйому на поверхню, але йде руйнування ствола свердловини конусоподібними лопатями, викривленнями ствола свердловини на декілька метрів в залежності від її глибини. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення ручного бурового інструмента додаванням нових деталей і елементів, нової взаємодії його механізмів і деталей, забезпечити буріння свердловини, у тому числі і в складних геологічних умовах з мінімальним викривленням ствола свердловини при збільшенні проходки свердловини. Ця задача вирішена тим, що в ручному буровому інструменті, що містить головку з робочими площинами, розташованими під робочим кутом, стержень, хвостовик з різьбовою нарізкою, головка зв'язана з стержнем жорстко, а стержень зв'язаний з хвостовиком жорстко, знімну штангу з рядом подовжувачів, що містить різьбовий оголовок для з'єднання з хвостовиком з можливістю їх роз'єднання, в інструменті головка і стержень сполучені в монолітну деталь, стержень виконаний порожнистим циліндроподібним, а головка являє собою циліндроподібну бурову коронку, на циліндричній її поверхні вздовж неї виконані протилежно розташовані наскрізні щілиноподібні прорізі з утворенням бокових ріжучих і протилежно розташованих бокових пасивних кромок і утворенням двох виступів, виконаних трапецієподібними з нижніми спіралеподібними ріжучими кромками, бокові кромки трапецієподібних виступів циліндроподібної бурової коронки розташовані на умовних концентричних колах, ріжучі їх бокові кромки розташовані на умовному зовнішньому концентричному колі, а пасивні їх бокові кромки - на внутрішньому концентричному колі, при цьому зовнішнє з них дорівнює діаметру свердловини. Можливий варіант виконання інструмента, в якому головка містить додаткові робочі площини і пірамідальний наконечник між ними, розташований співвісно осі головки, додаткові робочі площини виконані у вигляді нахилених секторів кола і жорстко з'єднані між собою 1 UA 79250 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 вершинами, а їх основи жорстко з'єднані з спіралеподібними кромками трапецієподібних виступів. При цьому, робочі площини головки розташовані під робочим кутом у 90 градусів до горизонту, нижні спіралеподібні ріжучі кромки головки розташовані під кутом 30-60 градусів, додаткові робочі площини головки розташовані під робочим кутом відповідним куту нижніх спіралеподібних ріжучих кромок головки, головка і стержень виконані з сталі, а ріжучі кромки головки армовані металокерамічним твердим сплавом, довжина щілиноподібних прорізів дорівнює 1/3-2/3 довжини монолітної деталі, утвореної з головки і стержня. Заявником було виявлено, що наявність головки і стержня, сполучених в монолітну деталь, виконання головки у вигляді циліндроподібної бурової коронки з двома робочими поверхнями, виконаними вигнутими у вигляді двох трапецієподібних виступів з нижньою і однією боковою ріжучими кромками, виконання нижньої ріжучої кромки кожного виступу спіралеподібною, а стержень виконаний порожнистим і циліндроподібним, на його циліндричній поверхні вздовж неї виконані протилежно розташовані наскрізні щілиноподібні прорізі з ріжучими і протилежно ним розташованими пасивними кромками, при цьому ріжучі і пасивні кромки розташовані на різних умовних концентричних колах, зовнішньому і внутрішньому, зовнішнє з них дорівнює діаметру свердловини забезпечує буріння свердловини, у тому числі і в складних геологічних умовах з мінімальним викривленням ствола свердловини при збільшенні проходки свердловини. З теорії різання відомо, що швидкість зрізання якогось предмету і зусилля різання взаємопов'язані, і найменше зусилля різання досягається при дії ріжучих кромок під кутом до об'єкта різання. Поклавши цю теорію в основу буріння заявником було виявлено, що можлива операція без прямого зрубування ґрунту, коріння, породи, тобто без "силового" буріння, для чого відносно ручки ріжучі кромки інструмента повинні бути розташовані у відповідному геометричному положенні, а саме під кутом, і що найкращий результат, тобто плавне буріння без додаткових зусиль досягається при розташуванні ріжучих кромок під кутом 30-60 градусів до осі обертання інструмента, що дозволило забезпечити плавне зрізання ґрунту без відносно великого зусилля буріння, зайвих навантажень і зусиль на руки бурильника, і, таким чином, мінімізувати викривлення ствола свердловини при збільшенні проходки свердловини. Заявником була встановлена геометрія спіралеподібного рівного кроку ріжучих кромок головки і порожнистого циліндроподібного стержня, що забезпечує швидке заглиблення бура тому, що друга ріжуча кромка головки і друга бокова ріжуча кромка порожнистого циліндроподібного стержня іде по сліду першої. Штанга бура містить різьбовий оголовок, що забезпечує співвісність штанги з подовжувачами для зменшення ризику викривлення ствола свердловини і її відхиляння від вертикалі на глубинах буріння більше 3 м. Наявність головки, що додатково містить додаткові робочі площини у вигляді нахилених секторів кола, жорстко з'єднаних між собою вершинами, і пірамідальний наконечник між ними, розташований співвісно осі головки, а основи нахилених секторів кола жорстко з'єднані з спіралеподібними кромками трапецієподібних виступів при довжині щілиноподібних прорізів, яка дорівнює 1/3-2/3 довжини деталі з головки і стержня, виконання головки і стержня з сталі, а ріжучих їх кромок армування металокерамічним твердим сплавом забезпечує буріння свердловини у твердих породах при обертальному бурінні без відносно великого зусилля буріння, зайвих навантажень і зусиль на руки бурильника, і, таким чином, мінімізувати викривлення ствола свердловини при збільшенні проходки свердловини. В подальшому корисна модель пояснюється прикладом конкретного виконання і кресленнями, на яких зображено таке: на Фіг. 1 - ручний буровий інструмент, загальний вигляд; на Фіг. 2 - те ж, вигляд знизу; на Фіг. 3 - те ж, розріз А-А Фіг. 2; на Фіг. 4 - те ж, розріз Б-Б Фіг. 3; на Фіг. 5 - те ж, для проходки скельних порід, загальний вигляд; на Фіг. 6 - те ж, для проходки скельних порід, вигляд знизу. Для буріння свердловини у слабких породах ручний буровий інструмент містить головку 1 з робочими площинами, розташованими під робочим кутом у 90 градусів (див. Фіг. 1), стержень 2, хвостовик 3 з різьбовою нарізкою (на кресленнях не зображено). Головка 1 і стержень 2 сполучені в монолітну деталь, а стержень 2 зв'язаний з хвостовиком 3 зварюванням, тобто зв'язані вони один з одним жорстко. Ручний буровий інструмент також містить знімну штангу 4 з рядом подовжувачів, конструкції, аналогічної знімній штанзі 4. Знімна штанга 4 містить різьбовий оголовок відомої конструкції для з'єднання з хвостовиком 3 за допомогою різьбового 2 UA 79250 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 з'єднання. Можливий варіант виконання із з'єднанням хвостовика 3 і штанги 4 зварюванням. Головка 1 являє собою циліндроподібну бурову коронку з двома трапецієподібними виступами з розташованою під кутом 30-60 градусів спіралеподібною нижньою 5, боковою 6 ріжучими кромками і пасивною 7 кромкою (див. Фіг. 2), а стержень 3 виконаний порожнистим і циліндроподібним з віссю 8. На головці 1 вздовж неї виконані протилежно розташовані наскрізні щілиноподібні прорізі 9 довжиною, що дорівнює 1/3…2/3 довжини монолітної деталі, утвореної з головки і стержня з утворенням ріжучих 6 і протилежно ним розташованих пасивних 7 кромок. Ріжучі 6 і пасивні 7 кромки розташовані на різних умовних концентричних зовнішньому і внутрішньому колах, при цьому зовнішнє з них дорівнює діаметру свердловини. Для буріння свердловини у твердих породах головка 1 ручного бурового інструмента додатково містить додаткові робочі площини у вигляді нахилених секторів кола 10, які зварюванням жорстко з'єднані між собою вершинами, і пірамідальний наконечник 11 між ними, розташований співвісно осі 8, а основи нахилених секторів кола 10 зварюванням жорстко з'єднані зі спіралеподібними кромками трапецієподібних зубів головки 1. Додаткові робочі площини головки 1 розташовані під робочим кутом, відповідним куту нижніх спіралеподібних ріжучих кромок головки, тобто під кутом 30-60 градусів. Слід зазначити, що довжина щілиноподібних прорізів 9 також дорівнює 1/3-2/3 довжини головки 1 і стержня 2, які виконані зі сталі, а ріжучі їх кромки армовані металокерамічним твердим сплавом. Буріння здійснюють обертанням ручного бурового інструмента при одночасному вертикальному натисканні на його ручку; при цьому спіралеподібні нижні ріжучі кромки 5 розрізають ґрунт, корені дерев, породу і т.п. під ними, бокові ріжучими кромки 6 зрізають додатково ґрунт, корені дерев, породу за розмірами, відповідними розмірам свердловини, і головка 1, стержень 2 заглиблюються у ґрунт чи породу. Після заглиблення головки 1 і стержня 2 на їх висоту у породу ручний буровий інструмент піднімають вгору за допомогою ручки. Порода, яка увійшла усередину головки 1 і стержня 2, утримується в ньому силами тертя, і виноситься на денну поверхню, де звільняють стержень 2 і головку 1 від породи. Операцію повторюють; при цьому при повторних операціях нижні ріжучі кромки 5 ріжуть ґрунт чи породу за своїм же слідом попередньої операції, тобто за принципом циліндричної нарізки. Для проходки скельних порід застосовують ручний буровий інструмент з додатковими робочими площинами у вигляді нахилених трикутників 10, жорстко з'єднаних між собою вершинами, і пірамідальний наконечник 11 між ними. Породи здрібнюються під ударами інструменту і порода, яка увійшла усередину стержня 2, утримується в ньому силами тертя і нахиленими трикутниками 10; в такому стані породи витягують із свердловини. Ріжучі кромки 5 і 6 містять твердий сплав, що забезпечує ресурс роботи інструмента без заточки до 500-700 м проходки і легке відрубування коренів дерев і породи. Заточка ріжучих кромок порожнистого циліндра виконується абразивними кругами з верхньої сторони циліндра. Використання додаткових штанг дозволяє буріння інструментом скважин до 600 мм на глибину до 15 м. Штанга подовжувачів і інструмента також може бути виконаною у вигляді рівностороннього чотирикутника зі стороною 200-250 мм, виготовлена з безшовної стальної труби підвищеної міцності, що зменшує ризик її руйнування при значних крутних моментах. Пірамідальний наконечник 11 зменшує зусилля заглиблення інструмента на щільних ґрунтах і глинах. Принцип циліндричної нарізки дозволяє забезпечити високу швидкість проходки скважин, буріння глубоких скважин, і відносно незначне навантаження на інструмент. Ручний буровий інструмент, що заявляється, є чудовою альтернативою, коли немає можливості пробурити скважину за допомогою бурової машини. Ручний буровий інструмент, що заявляється, характеризується наявністю нових конструктивних елементів, зв'язків між ними, взаємним їх розташуванням, і може бути відтвореним промисловим шляхом, при цьому забезпечується буріння свердловини, у тому числі і в складних геологічних умовах, з мінімальним викривленням ствола свердловини при збільшенні проходки свердловини. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 60 1. Ручний буровий інструмент, що містить жорстко з'єднані головку з робочими площинами, розташованими під робочим кутом, стержень і хвостовик з можливістю з'єднання з знімною штангою з рядом подовжувачів, який відрізняється тим, що головка і стержень сполучені в монолітну деталь, стержень виконаний порожнистим циліндроподібним, а головка являє собою циліндроподібну бурову коронку, на циліндричній її поверхні вздовж неї виконані протилежно 3 UA 79250 U 5 10 15 розташовані наскрізні щілиноподібні прорізі з утворенням бокових ріжучих і протилежно розташованих бокових пасивних кромок і утворенням двох виступів, виконаних трапецієподібними з нижніми спіралеподібними ріжучими кромками, бокові кромки трапецієподібних виступів циліндроподібної бурової коронки розташовані на умовних концентричних колах, ріжучі їх бокові кромки розташовані на умовному зовнішньому концентричному колі, а пасивні їх бокові кромки - на внутрішньому концентричному колі, при цьому зовнішнє з них дорівнює діаметру свердловини. 2. Інструмент за п. 1, який відрізняється тим, що головка містить додаткові робочі площини і пірамідальний наконечник між ними, розташований співвісно осі головки, додаткові робочі площини виконані у вигляді нахилених секторів кола і жорстко з'єднані між собою вершинами, а їх основи жорстко з'єднані з спіралеподібними кромками трапецієподібних виступів. 3. Інструмент за п. 1, 2, який відрізняється тим, що робочі площини головки розташовані під робочим кутом у 90 градусів до горизонту, нижні спіралеподібні ріжучі кромки головки розташовані під кутом 30-60 градусів, додаткові робочі площини головки розташовані під робочим кутом відповідним куту нижніх спіралеподібних ріжучих кромок головки, головка і стержень виконані з сталі, а ріжучі кромки головки армовані металокерамічним твердим сплавом, довжина щілиноподібних прорізів дорівнює 1/3-2/3 довжини монолітної деталі, утвореної з головки і стержня. 4 UA 79250 U 5 UA 79250 U Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6