RU201325U1

RU201325U1 - Expander cutting and sealing plate

Info

Publication number: RU201325U1
Application number: RU2020109321U
Authority: RU
Inventors: Владимир Вадимович Калинин; Олег Владимирович Калинин; Андрей Владимирович Калинин; Николай Павлович Чухряев
Original assignee: Владимир Вадимович Калинин; Николай Павлович Чухряев
Priority date: 2020-03-02
Filing date: 2020-03-02
Publication date: 2020-12-09

Abstract

Полезная модель относится к горной и строительной промышленности, в частности для бестраншейной прокладки трубопроводов в преимущественно пластичных грунтах с незначительными включениями крепких трещиноватых прослоев породы, и может быть использована в расширителях режуще-уплотняющих пластинчатых (РРУП)1 типа «Компакт» при бурении горизонтально-направленных скважин (ГНС) методом обратного расширения (МОР) с промывкой буровыми растворами (БР). РРУП 1, содержит центральный полый вал (ЦПВ) 2 с промывочными отверстиями (ПО) 3, передним 4 и глухим задним 5 элементами крепления, и жестко закрепленный, головной частью (ГЧ) 6 на ЦПВ 2 полый конический корпус (ПКК) 7, связанный с закрепленным посредством задней торцевой стенки (ЗТС) 8 на ЦПВ 2, цилиндрическим уплотняющим основанием (ЦУО) 9. ПКК 7, выполнен из толстостенных, сваренных между собой фигурных пластин (ФП) 10, и содержит на боковой поверхности продольные ряды породоразрушающих резцов (ПР) 11, которые опираются своим основанием 12 на выступы 13 ФП 10, и армированы твердосплавным вооружением (ТВ), в виде плоских твердосплавных пластин (ПТП) 14, с режущими кромками (РК) 15 округлой формы. Между продольными рядами ПР 11, чередующимся образом, расположены шламоотводящие ступенчатые поверхности (ШСП) 16 и шламоотводящие впадины (ШВ) 17 с износостойким покрытием, в которых размещены промывочные сопла (ПС) 18. На ШСП 16 ПКК 7, начиная от ЦУО 9 в сторону ГЧ 6 ПКК 7, в плоскостях ФП 10 чередующимся образом, выполнены сквозные впускные щели (СВЩ) 19, а на ЗТС 8 ЦУО 9, напротив СВЩ 19, выпускные окна (ВО) 20. При этом, СВЩ 19 на ШСП 16 ПКК 7, начиная от ГЧ 6 ПКК 7 в сторону его ЦУО 9, выполнены с увеличивающимися площадями. ПС 18, выполненные в НТВ 17, связаны с продольными сквозными магистралями 21, которые образованны в теле ФП 10 и снабжены ПС 22, выполненными в ФП 10, размещенных в плоскостях ФП 10, содержащих СВЩ 19. ПС 22 ориентированы внутрь ПКК 7 РРУП 1. При этом, ПС 22 связаны с ПО 3 ЦПВ 2 через промывочные каналы 23 выполненные в ГЧ 6 ПКК 7, выходят и заглушены посредством резьбовых пробок 24 на ЗТС 8 ЦУО 9. ПР 11 армированы ТВ в виде сдвоенных ПТП 14 одного типоразмера, с РК 15 округлой формы. Сдвоенные ПТП 14 закреплены с осевым смещением А первой ПТП 25, относительно второй 26, в сторону основания 12 ПР И. При этом, осевое смещение Δ, определяется из зависимости Δ=s⋅tgδ, где s - толщина ПТП 13, мм; δ - угол заострения РК 15 ПТП 14 ПРИ. Причем, сдвоенные ПТП 14, состоящие из первой 25 и второй 26 ПТП 14 соединены между собой и с телом ПР 11 посредством паяных швов (ПШ) 27. Для их точного и плотного соединения на теле ПР 11, перед плоскостью второй ПТП 26, образована ступенька 28 с шириной, равной толщине S ПТП 14 и высотой, равной осевому смещению А первой ПТП 25 относительно второй 26 с учетом толщины ПШ 27. Для придания прочности конструкции РРУП 1 ЦУО 9 связано с ЦПВ 2 посредством ребер 29, между которыми размещены ВО 20, и ступицы 30, образованных в ЗТС 8 ЦУО 9. Также, продольные ряды ПР 11 и, соответственно, ШСП 16 и НТВ 17, могут быть размещены винтообразным образом в сторону вращения. Выполнение РРУП 1 вышеуказанным образом, позволяет снизить потребный крутящий момент и тяговые усилия, повысить скорость бурения ГНС, прочность и долговечность его ПР 11, снижает расход БР, повышает коэффициент доступности при техническом обслуживании и, в целом, повышает эффективность применения РРУП 1 данного типа при бурении ГНС, особенно больших диаметров, МОР с промывкой БР. 4 з.п. ф-лы, ил. 8.The utility model relates to the mining and construction industries, in particular, for trenchless laying of pipelines in predominantly plastic soils with minor inclusions of strong fractured rock layers, and can be used in cutting-sealing plate expanders (RRUP) 1 of the "Compact" type when drilling horizontally directed wells (STS) by the method of reverse expansion (MOP) with flushing with drilling fluids (BR). RRUP 1, contains a central hollow shaft (CPV) 2 with flushing holes (PO) 3, front 4 and deaf rear 5 fastening elements, and rigidly fixed, with a head part (GCH) 6 on CPV 2, a hollow conical body (PCC) 7, connected with a cylindrical sealing base (TsUO) 9, fixed by means of the rear end wall (ZTS) 8 on the CPV 2, the PKK 7, is made of thick-walled, welded figured plates (FP) 10, and contains on the lateral surface longitudinal rows of rock-cutting cutters (PR ) 11, which rest their base 12 on the projections 13 of FP 10, and are reinforced with carbide weapons (TV), in the form of flat carbide plates (PTP) 14, with cutting edges (RC) 15 of a rounded shape. Between the longitudinal rows of PR 11, in an alternating manner, there are sludge removal stepped surfaces (ШСП) 16 and sludge removal depressions (ШВ) 17 with a wear-resistant coating, in which flushing nozzles (PS) 18 are located. On ШСП 16 PKK 7, starting from ЦУО 9 towards GCH 6 PKK 7, in the planes of FP 10 in an alternating manner, through inlet slots (SVShch) 19 are made, and on ZTS 8 TsUO 9, opposite SVShch 19, outlet windows (VO) 20. At the same time, SVShch 19 on ShSP 16 PKK 7, starting from GCH 6 PKK 7 towards its TsUO 9, are made with increasing areas. PS 18, made in NTV 17, are connected with longitudinal through lines 21, which are formed in the body of FP 10 and equipped with PS 22 made in FP 10, located in the planes of FP 10, containing SVS 19. PS 22 are oriented inside the PCC 7 RRUP 1. At the same time, PS 22 are connected to PO 3 TsPV 2 through flushing channels 23 made in GCH 6 PKK 7, exit and plugged by means of threaded plugs 24 at ZTS 8 TsUO 9. PR 11 are reinforced with TVs in the form of twin PTP 14 of the same standard size, with RK 15 rounded shape. Double PTP 14 are fixed with an axial displacement A of the first PTP 25, relative to the second 26, towards the base 12 PR I. In this case, the axial displacement Δ is determined from the dependence Δ = s⋅tgδ, where s is the thickness of the PTP 13, mm; δ - taper angle RK 15 PTP 14 PRI. Moreover, the double PTP 14, consisting of the first 25 and the second 26 PTP 14 are connected to each other and to the body of PR 11 by means of soldered seams (PSh) 27. For their accurate and tight connection on the body of PR 11, in front of the plane of the second PTP 26, a step is formed 28 with a width equal to the thickness S of the PTP 14 and a height equal to the axial displacement A of the first PTP 25 relative to the second 26, taking into account the thickness of the PSh 27. To give strength to the structure, RRUP 1 TsUO 9 is connected to the CPV 2 by means of ribs 29 between which VO 20 and hubs 30 formed in ZTS 8 CUO 9. Also, the longitudinal rows of PR 11 and, respectively, ShSP 16 and NTV 17 can be placed in a helical manner in the direction of rotation. Performing RRUP 1 in the above way allows to reduce the required torque and tractive forces, increase the drilling speed of the HLL, the strength and durability of its PR 11, reduces the BR consumption, increases the availability factor during maintenance and, in general, increases the efficiency of using RRUP 1 of this type when drilling of HPS, especially large diameters, MOR with flushing with BR. 4 p.p. f-ly, silt. 8.

Description

Полезная модель относится к горной и строительной промышленности, в частности для бестраншейной прокладки трубопроводов в преимущественно пластичных грунтах с незначительными включениями крепких трещиноватых прослоев породы, и может быть использована в расширителях режуще-уплотняющих пластинчатых типа «Компакт» при бурении горизонтально-направленных скважин методом обратного расширения с промывкой буровыми растворами.The utility model relates to the mining and construction industry, in particular, for trenchless laying of pipelines in predominantly plastic soils with minor inclusions of strong fractured rock layers, and can be used in cutting and compacting plate expanders of the "Compact" type when drilling horizontal wells by the method of reverse expansion with flushing with drilling fluids.

Известен расширитель режуще-уплотняющий пластинчатый, содержащий центральный полый вал с промывочными отверстиями, передним и задним элементами крепления, и закрепленный на центральном валу полый конический корпус с цилиндрическим уплотняющим основанием, выполненный из толстостенных, сваренных между собой фигурных пластин, и содержащий на боковой поверхности продольные ряды породоразрушающих резцов с твердосплавным вооружением, и расположенные между продольными рядами породоразрушающих резцов, чередующимся образом, шламоотводящие ступенчатые поверхности и шламоотводящие впадины с износостойким покрытием, в которых размещены промывочные сопла (Режуще-уплотняющий расширитель Compact 900/ www.albrehta.net/RF90036).Known expander cutting-sealing plate, containing a central hollow shaft with flushing holes, front and rear attachment elements, and fixed on the central shaft hollow conical body with a cylindrical sealing base, made of thick-walled, welded together figured plates, and containing longitudinal rows of rock cutting tools with carbide cutting, and located between the longitudinal rows of rock cutting tools, in an alternating manner, sludge removal stepped surfaces and sludge removal cavities with a wear-resistant coating, in which the flushing nozzles are located (Cutting and sealing reamer Compact 900 / www.albrehta.net/RF90036).

Данный расширитель имеет значительную долговечность полого конического корпуса, поскольку выполнен, из толстостенных фигурных пластин(сегментов) и обеспечивает некоторое снижение потребных крутящих моментов и тяговых усилий за счет наличия шламоотводящих впадин, в конкретном случае винтообразных, при небольших диаметрах расширения.This expander has a significant durability of the hollow conical body, since it is made of thick-walled shaped plates (segments) and provides some reduction in the required torques and traction forces due to the presence of sludge-removing cavities, in the particular case, screw-shaped, with small diameters of expansion.

Недостатком данного технического решения при больших диаметрах расширения является значительная энергоемкость бурения горизонтально-направленных скважин методом обратного расширения, вследствие увеличения потребных крутящих моментов и тяговых усилий из-за не высокой пропускной способности шламоотводящих впадин, и шламоотводящих ступенчатых поверхностей между рядами породоразрушающих резцов, взаимодействующих с существенно возрастающими объемами срезанного грунта, уплотняющегося и продавливаемого к цилиндрическому уплотняющему основанию полого конического корпуса режуще-уплотняющего расширителя. Другим недостатком данного технического решения, при бурении пластичных грунтов, является выполнение породоразрушающих резцов с твердосплавным вооружением, в виде круглых резцов с твердосплавными коническими вставками, скалывающего действия, не имеющими режущих кромок, и поэтому большая часть времени бурения в данных условиях будет сводиться не к резанию, а практически к раздавливанию, пластическому деформированию и выдавливанию грунта, что также будет приводить к увеличению энергоемкости бурения горизонтально-направленных скважин методом обратного расширения.The disadvantage of this technical solution for large diameters of expansion is the significant energy consumption of drilling horizontal wells by the method of reverse expansion, due to an increase in the required torques and tractive forces due to the low throughput of the sludge removal depressions, and sludge removal stepped surfaces between the rows of rock cutting tools, interacting with significantly increasing volumes of cut soil, compacted and pushed to the cylindrical compaction base of the hollow conical body of the cutting and compaction reamer. Another disadvantage of this technical solution, when drilling plastic soils, is the implementation of rock cutting cutters with carbide cutting, in the form of round cutters with carbide conical inserts, shearing action, which do not have cutting edges, and therefore most of the drilling time under these conditions will not be reduced to cutting , but practically to crushing, plastic deformation and extrusion of the soil, which will also lead to an increase in the energy intensity of drilling horizontal wells using the reverse expansion method.

Также известен расширитель режуще-уплотняющий пластинчатый, содержащий центральный полый вал с промывочными отверстиями, передним и задним элементами крепления, и закрепленный на центральном валу полый конический корпус с цилиндрическим уплотняющим основанием, выполненный из толстостенных, сваренных между собой фигурных пластин, и содержащий на боковой поверхности продольные ряды породоразрушающих резцов с твердосплавным вооружением, в виде плоских твердосплавных пластин, с режущими кромками, и расположенные между продольными рядами породоразрушающих резцов, чередующимся образом, шламоотводящие ступенчатые поверхности и шламоотводящие впадины с износостойким покрытием, в которых размещены промывочные сопла (Фиг. 4, Patent US 8365841 В2, МПК Е21В 7/28, 5.02.2013)Also known is a cutting-sealing plate expander containing a central hollow shaft with flushing holes, front and rear attachment elements, and a hollow conical body with a cylindrical sealing base fixed on the central shaft, made of thick-walled, shaped plates welded together, and containing on the lateral surface longitudinal rows of rock cutting cutters with carbide cutting, in the form of flat carbide plates, with cutting edges, and located between the longitudinal rows of rock cutting cutters, in an alternating manner, sludge removal stepped surfaces and sludge removal cavities with a wear-resistant coating, in which the flushing nozzles are located (Fig. 4 US 8365841 B2, IPC E21B 7/28, 02/05/2013)

Данный расширитель вследствие наличия породоразрушающих резцов с твердосплавным вооружением, в виде именно плоских твердосплавных пластин, с режущими кромками, имеет меньшую энергоемкость процесса именно резания пластичных грунтов, за счет стружкообразования и перемещения стружки по поверхности плоских твердосплавных пластин. При этом данный расширитель также имеет значительную долговечность толстостенной конструкции полого конического корпуса и обеспечивает некоторое снижение потребных крутящих моментов и тяговых усилий за счет наличия шламоотводящих впадин, при небольших диаметрах расширения.This expander, due to the presence of rock cutting cutters with hard-alloyed cutting edges, in the form of flat hard-alloy plates, with cutting edges, has a lower power consumption of the process of cutting plastic soils, due to chip formation and movement of chips over the surface of flat hard-alloy plates. At the same time, this expander also has a significant durability of the thick-walled structure of the hollow conical body and provides some reduction in the required torques and tractive forces due to the presence of sludge-removing cavities, with small expansion diameters.

Недостатком данного технического решения при больших диаметрах расширения является значительная энергоемкость бурения горизонтально-направленных скважин методом обратного расширения, вследствие увеличения потребных крутящих моментов и тяговых усилий из-за не высокой пропускной способности шламоотводящих впадин, и шламоотводящих ступенчатых поверхностей между рядами породоразрушающих резцов, взаимодействующих с существенно возрастающими объемами срезанного грунта, уплотняющегося и продавливаемого к цилиндрическому уплотняющему основанию полого конического корпуса режуще-уплотняющего расширителя. Другим недостатком данного технического решения, является наличие на породоразрушающих резцах твердосплавного вооружения из одинарных плоских твердосплавных пластин с режущей кромкой треугольной формы.The disadvantage of this technical solution for large diameters of expansion is the significant energy consumption of drilling horizontal wells by the method of reverse expansion, due to an increase in the required torques and tractive forces due to the low throughput of the sludge removal depressions, and sludge removal stepped surfaces between the rows of rock cutting tools, interacting with significantly increasing volumes of cut soil, compacted and pushed to the cylindrical compaction base of the hollow conical body of the cutting and compaction reamer. Another disadvantage of this technical solution is the presence on the rock cutting cutters of carbide weapons made of single flat carbide inserts with a triangular cutting edge.

При бурении пластичных грунтов режуще-уплотняющими расширителями больших диаметров, требующими больших крутящих моментов и тяговых усилий, будут формироваться большие стружки грунта, вследствие чего вершины режущих кромок треугольной формы одинарных плоских твердосплавных пластин испытывают значительные удельные нагрузки и будут интенсивно, особенно при наличии абразива, затупляться.When drilling plastic soils with cutting-compacting reamers of large diameters that require high torques and tractive forces, large soil shavings will form, as a result of which the tops of the triangular-shaped cutting edges of single flat carbide inserts experience significant specific loads and will be intensely, especially in the presence of abrasive, dull ...

При бурении же крепких трещиноватых прослоев породы вершины режущих кромок треугольной формы одинарных плоских твердосплавных пластин испытывают значительные точечные ударные нагрузки и, в ряде случаев, отламываются по всей толщине твердосплавной пластины практически до тела породоразрушающего резца. В обоих этих случаях часть породоразрушающих резцов, подвергающихся указанным видам износа, существенно увеличивают сопротивления резанию, потребный крутящий момент и тяговое усилие, и, в ряде случаев, могут приводить к остановке бурения горизонтально-направленных скважин.When drilling strong fractured rock layers, the tops of the triangular cutting edges of single flat hard-alloy plates experience significant point shock loads and, in some cases, break off along the entire thickness of the hard-alloy plate almost to the body of the rock-breaking cutter. In both of these cases, some of the rock cutting cutters exposed to these types of wear significantly increase the cutting resistance, the required torque and tractive effort, and, in some cases, can lead to stopping the drilling of horizontal wells.

Наиболее близким техническим решением является расширитель режуще-уплотняющий пластинчатый, содержащий центральный полый вал с промывочными отверстиями, передним и глухим задним элементами крепления, и закрепленный на центральном валу полый конический корпус с цилиндрическим уплотняющим основанием, выполненный из толстостенных, сваренных между собой фигурных пластин, и содержащий на боковой поверхности продольные ряды породоразрушающих резцов с твердосплавным вооружением, в виде плоских твердосплавных пластин, с режущими кромками округлой формы, и расположенные между продольными рядами породоразрушающих резцов, чередующимся образом, шламоотводящие ступенчатые поверхности и шламоотводящие впадины с износостойким покрытием, в которых размещены промывочные сопла (Режуще-уплотняющие расширители Компакт от компании «Технопрок». Эскизы наших расширителей… www.tehnoprok.com/production).The closest technical solution is a cutting-sealing plate expander containing a central hollow shaft with flushing holes, front and deaf rear attachment elements, and a hollow conical body fixed to the central shaft with a cylindrical sealing base, made of thick-walled figured plates welded together, and containing on the lateral surface longitudinal rows of rock-cutting cutters with hard-alloy cutting, in the form of flat hard-alloy plates, with rounded cutting edges, and located between the longitudinal rows of rock cutting cutters, in an alternating manner, sludge removal stepped surfaces and sludge removal cavities with wear-resistant coating, in which the nozzles are located (Cutting and sealing expanders Compact from the Technoprok company. Sketches of our expanders ... www.tehnoprok.com/production).

Данный расширитель вследствие наличия породоразрушающих резцов с твердосплавным вооружением, в виде плоских твердосплавных пластин, с режущими кромками округлой формы, характеризующейся равномерным распределением удельных нагрузок по длине режущей кромки, имеет большую износостойкость и меньшую энергоемкость бурения пластичных грунтов, за счет именно резания, стружкообразования и перемещения стружки по поверхности плоских твердосплавных пластин. При этом данный расширитель также имеет значительную долговечность толстостенной конструкции полого конического корпуса и обеспечивает некоторое снижение потребных крутящих моментов и тяговых усилий за счет наличия шламоотводящих впадин, при небольших диаметрах расширения.This reamer, due to the presence of rock cutting cutters with carbide cutting, in the form of flat carbide plates, with cutting edges of a rounded shape, characterized by a uniform distribution of specific loads along the length of the cutting edge, has greater wear resistance and lower energy consumption of drilling plastic soils, due to cutting, chip formation and movement chips on the surface of flat carbide inserts. At the same time, this expander also has a significant durability of the thick-walled structure of the hollow conical body and provides some reduction in the required torques and tractive forces due to the presence of sludge-removing cavities, with small expansion diameters.

Недостатком данного технического решения при больших диаметрах расширения является значительная энергоемкость бурения, вследствие увеличения потребных крутящих моментов и тяговых усилий из-за не высокой пропускной способности шламоотводящих впадин и шламоотводящих ступенчатых поверхностей между рядами породоразрушающих резцов, взаимодействующих с существенно возрастающими объемами срезанного грунта, уплотняющегося и продавливаемого к цилиндрическому уплотняющему основанию полого конического корпуса режуще-уплотняющего расширителя. Другим недостатком данного технического решения, является наличие на породоразрушающих резцах твердосплавного вооружения из одинарных плоских твердосплавных пластин с режущей кромкой округлой формы. При бурении пластичных грунтов режуще-уплотняющими расширителями больших диаметров, требующими больших крутящих моментов и тяговых усилий, будут формироваться большие стружки грунта, вследствие чего режущие кромки одинарных плоских твердосплавных пластин будут испытывать значительные удельные нагрузки и интенсивно, особенно при наличии абразива, затупляться. При бурении же крепких трещиноватых прослоев, несмотря на округлую форму, режущие кромки одинарных плоских твердосплавных пластин испытывают значительные ударные нагрузки, выкрашиваются, выламываются и затем сильно затупляются, в ряде случаев, практически по толщине плоской твердосплавной пластины вплоть до тела породоразрушающего резца т.е., фактически достигают уровня максимального допустимого износа (Алмазные коронки нового поколения. Рис. 4А, ВК-8; https://neftegaz.ru/science/Oborudovanie…).The disadvantage of this technical solution with large diameters of expansion is a significant energy consumption of drilling, due to an increase in the required torques and tractive forces due to the low throughput of the sludge removal depressions and sludge removal stepped surfaces between the rows of rock cutting tools interacting with significantly increasing volumes of cut soil, compacted and squeezed to the cylindrical sealing base of the hollow conical body of the cutting-sealing reamer. Another disadvantage of this technical solution is the presence on the rock-cutting cutters of hard-alloyed equipment made of single flat hard-alloy plates with a rounded cutting edge. When drilling plastic soils with cutting-compacting reamers of large diameters that require high torques and tractive forces, large soil chips will form, as a result of which the cutting edges of single flat carbide inserts will experience significant specific loads and become dull, especially in the presence of abrasives. When drilling strong fractured layers, despite the rounded shape, the cutting edges of single flat hard-alloy plates experience significant shock loads, crumble, break out and then become very blunt, in some cases, practically in the thickness of a flat hard-alloy plate up to the body of the rock-breaking cutter, i.e. , actually reach the level of maximum allowable wear (New generation diamond bits. Fig. 4A, VK-8; https://neftegaz.ru/science/Oborudovanie ...).

В обоих этих случаях часть породоразрушающих резцов, подвергающихся указанным видам износа, существенно увеличивают сопротивления резанию, потребный крутящий момент, тяговое усилие и могут приводить к остановке бурения горизонтально-направленных скважин методом обратного расширения.In both of these cases, some of the rock cutting cutters exposed to these types of wear significantly increase the cutting resistance, the required torque, tractive effort and can lead to stopping the drilling of horizontal wells using the reverse expansion method.

Кроме того, буровой раствор под высоким давлением, также как и у вышеуказанных аналогов, поступает к промывочным соплам не по магистралям, непосредственно из промывочных отверстий центрального полого вала, а из внутренней полости полого конического корпуса. При больших диаметрах режуще-уплотняющего расширителя будет существенно увеличиваться объем внутренней полости конического корпуса и, соответственно, заполняемый им буровой раствор(бентонит) будет также увеличивать общий вес режуще-уплотняющего расширителя, приводя не только к увеличению потребных крутящих моментов и тяговых усилий, но также и к отклонению чрезмерно тяжелого режуще-уплотняющего расширителя вниз от заданной траектории пилотной скважины. Также, большой объем внутренней полости полого конического корпуса и ступенчатость ее поверхностей способствует накоплению осадков бурового раствора, коррозии и, в конечном итоге, существенно усложняет прочистку промывочных сопел при их техническом обслуживании. Помимо этого, согласно правил эксплуатации оборудования ГНБ, расширитель перед затягиванием в пилотную скважину должен быть полностью заполнен буровым раствором и опрессован для контроля истечения бурового раствора из всех промывочных сопел. Принимая во внимание тот факт, что объем внутренней полости режуще-уплотняющих расширителей с увеличением их диаметров существенно увеличивается, время его полного заполнения и создания давления во всех промывочных соплах также будет относительно увеличиваться (возрастать) и приводить не только к снижению сменной производительности бурения, но и к потерям дорогостоящего бурового раствора(бентонит), поскольку по мере создания давления бурового раствора в верхних промывочных соплах, интенсивное истечение бурового раствора будет происходить из всех остальных. Данная конструкция системы подачи бурового раствора также нерациональна и после окончания бурения горизонтально направленной скважины, поскольку буровой раствор либо будет длительное время собираться естественным истечением из промывочных сопел, либо попросту теряться во время демонтажа и перебазирования на новый строительный объект.In addition, the high-pressure drilling fluid, as in the above-mentioned analogs, is supplied to the flushing nozzles not through the mains, directly from the flushing holes of the central hollow shaft, but from the inner cavity of the hollow conical body. With large diameters of the cutting-sealing reamer, the volume of the inner cavity of the conical body will significantly increase and, accordingly, the drilling fluid (bentonite) filled with it will also increase the total weight of the cutting-sealing reamer, leading not only to an increase in the required torques and tractive forces, but also and to deflect the excessively heavy cutting / consolidation reamer downward from the target trajectory of the pilot well. Also, the large volume of the inner cavity of the hollow conical body and the steppedness of its surfaces contributes to the accumulation of mud deposits, corrosion and, ultimately, significantly complicates the cleaning of the flushing nozzles during their maintenance. In addition, according to the operating rules of HDD equipment, the reamer must be completely filled with drilling fluid and pressurized before being pulled into the pilot well to control the flow of drilling fluid from all flushing nozzles. Taking into account the fact that the volume of the internal cavity of the cutting-sealing reamers increases significantly with an increase in their diameters, the time for its complete filling and pressure creation in all flushing nozzles will also relatively increase (increase) and lead not only to a decrease in the shift drilling performance, but and to the loss of expensive drilling fluid (bentonite), since as the pressure of the drilling fluid in the upper flushing nozzles, intensive outflow of drilling fluid will occur from all the others. This design of the drilling fluid supply system is also irrational after the completion of drilling a horizontal directional well, since the drilling fluid will either be collected for a long time by natural flow from the flushing nozzles, or will simply be lost during dismantling and relocation to a new construction site.

Полезная модель направлена на повышение эффективности применения расширителей режуще-уплотняющих пластинчатых при бурении горизонтально-направленных скважин методом обратного расширения с промывкой буровыми растворами преимущественно в пластичных грунтах с незначительными включениями крепких трещиноватых прослоев породы, за счет снижения энергоемкости бурения путем уменьшения потребных крутящих моментов и тяговых усилий, повышения скорости бурения, сокращения затрат на буровые растворы(бентонит), повышения коэффициента доступности при техническом обслуживании.The utility model is aimed at increasing the efficiency of the use of cutting-compacting plate reamers when drilling horizontal wells by the method of reverse expansion with flushing with drilling fluids, mainly in plastic soils with minor inclusions of strong fractured rock layers, by reducing the energy consumption of drilling by reducing the required torque and tractive effort , increasing the drilling speed, reducing the cost of drilling fluids (bentonite), increasing the availability factor during maintenance.

Технический результат достигается тем, что в расширителе режуще-уплотняющем пластинчатом, содержащим центральный полый вал с промывочными отверстиями, передним и глухим задним элементами крепления, и жестко закрепленный, головной частью на центральном полом валу полый конический корпус, связанный с закрепленным посредством задней торцевой стенки на центральном полом валу, цилиндрическим уплотняющим основанием, выполненный из толстостенных, сваренных между собой фигурных пластин, и содержащий на боковой поверхности продольные ряды породоразрушающих резцов, которые опираются своим основанием на выступы фигурных пластин, и армированы твердосплавным вооружением, в виде плоских твердосплавных пластин, с режущими кромками округлой формы, и расположенные между продольными рядами породоразрушающих резцов, чередующимся образом, шламоотводящие ступенчатые поверхности и шламоотводящие впадины с износостойким покрытием, в которых размещены промывочные сопла, на шламоотводящих ступенчатых поверхностях полого конического корпуса, начиная от цилиндрического уплотняющего основания в сторону головной части полого конического корпуса, в плоскостях фигурных пластин чередующимся образом, выполнены сквозные впускные щели, а на задних торцевых стенках цилиндрического уплотняющего основания, напротив сквозных впускных щелей, выпускные окна, причем промывочные сопла, выполненные в шламоотводящих впадинах, связаны с продольными сквозными магистралями, которые образованны в теле фигурных пластин, снабжены промывочными соплами, выполненными в фигурных пластинах, размещенных в плоскостях фигурных пластин, содержащих сквозные впускные щели, и ориентированными внутрь полого конического корпуса, связаны с промывочными отверстиями центрального полого вала через промывочные каналы выполненные в головной части полого конического корпуса, выходят и заглушены посредством резьбовых пробок на задней торцевой стенке цилиндрического уплотняющего основания, при этом породоразрушающие резцы армированы твердосплавным вооружением в виде сдвоенных плоских твердосплавных пластин одного типоразмера, с режущими кромками округлой формы, закрепленных с осевым смещением Δ первой плоской твердосплавной пластины, относительно второй, в сторону основания породоразрушающего резца, определяемым из зависимостиThe technical result is achieved by the fact that in the expander a cutting-sealing plate containing a central hollow shaft with flushing holes, front and deaf rear fastening elements, and a hollow conical body rigidly fixed with a head part on the central hollow shaft, connected to a hollow conical body fixed by means of the rear end wall on a central hollow shaft, a cylindrical sealing base, made of thick-walled, shaped plates welded to each other, and containing on the lateral surface longitudinal rows of rock-breaking cutters, which rest their base on the protrusions of the shaped plates, and are reinforced with carbide arms, in the form of flat hard-alloy plates, with cutting rounded edges, and located between the longitudinal rows of rock cutting cutters, in an alternating manner, sludge removal stepped surfaces and sludge removal depressions with a wear-resistant coating, in which flushing nozzles are located, on sludge removal stepped surfaces tines of the hollow conical body, starting from the cylindrical sealing base towards the head of the hollow conical body, in the planes of the shaped plates in an alternating manner, through inlet slots are made, and on the rear end walls of the cylindrical sealing base, opposite the through inlet slots, outlet ports, and the flushing nozzles , made in the sludge removal depressions, are connected with longitudinal through lines, which are formed in the body of the shaped plates, are equipped with flushing nozzles made in shaped plates, placed in the planes of shaped plates containing through inlet slots, and oriented inwardly of the hollow conical body, connected with the flushing holes the central hollow shaft through the flushing channels made in the head of the hollow conical body, exit and plugged by means of threaded plugs on the rear end wall of the cylindrical sealing base, while the rock cutting cutters are reinforced with solid alloys in the form of double flat carbide plates of the same standard size, with rounded cutting edges, fixed with an axial displacement Δ of the first flat carbide plate relative to the second, towards the base of the rock cutting cutter, determined from the dependence

Δ=s⋅tgδΔ = s⋅tgδ

где S - толщина плоской твердосплавной пластины, мм; δ - угол заострения режущих кромок плоской твердосплавной пластины породоразрушающего резца.where S is the thickness of a flat carbide plate, mm; δ is the angle of sharpening of the cutting edges of a flat carbide plate of a rock cutting tool.

При этом, промывочные сопла, ориентированные внутрь полого конического корпуса, выполнены в фигурных пластинах размещенных в плоскостях фигурных пластин, содержащих сквозные впускные щели.At the same time, the flushing nozzles, oriented inside the hollow conical body, are made in shaped plates placed in the planes of shaped plates containing through inlet slots.

Причем, сдвоенные плоские твердосплавные пластины соединены между собой и с телом породоразрушающего резца посредством паяных швов, при этом на теле породоразрушающего резца перед плоскостью второй плоской твердосплавной пластины образована ступенька с шириной, равной толщине S плоской твердосплавной пластины и высотой, равной осевому смещению Δ первой плоской твердосплавной пластины относительно второй с учетом толщины паяного шва.Moreover, double flat hard-alloy plates are connected to each other and to the body of the rock-cutting cutter by means of brazed seams, while on the body of the rock-breaking cutter in front of the plane of the second flat hard-alloy plate, a step is formed with a width equal to the thickness S of the flat hard-alloy plate and a height equal to the axial displacement Δ of the first flat carbide plate relative to the second, taking into account the thickness of the solder joint.

Кроме этого, цилиндрическое уплотняющее основание связано с полым центральным валом посредством ребер, между которыми размещены выпускные окна, и ступицы, образованных в задней торцевой стенке цилиндрического уплотняющего основания.In addition, the cylindrical sealing base is connected to the hollow central shaft by means of ribs between which the outlet ports are located and hubs formed in the rear end wall of the cylindrical sealing base.

Также, сквозные впускные щели на шламоотводящих ступенчатых поверхностях полого конического корпуса, начиная от головной части полого конического корпуса в сторону его цилиндрического уплотняющего основания, выполнены с увеличивающимися площадями.Also, the through inlet slots on the sludge removal stepped surfaces of the hollow conical body, starting from the head of the hollow conical body towards its cylindrical sealing base, are made with increasing areas.

Также, продольные ряды породоразрушающих резцов и, соответственно, шламоотводящие ступенчатые поверхности и шламоотводящие впадины, могут быть размещены винтообразным образом в сторону вращения.Also, the longitudinal rows of rock-cutting cutters and, accordingly, sludge-removing stepped surfaces and sludge-removing depressions can be placed in a helical manner in the direction of rotation.

Выполнение сквозных впускных щелей на наиболее нагруженных шламоотводящих ступенчатых поверхностях полого конического корпуса, обеспечивает транспортирование через них внутрь полого конического корпуса части срезаемого грунта, что способствует снижению потребных крутящих моментов и тяговых усилий, позволяет увеличить скорость бурения и, в конечном итоге, снизить энергоемкость бурения горизонтально-направленных скважин методом обратного расширения. При этом, в случае применения расширителей режуще-уплотняющих пластинчатых большого диаметра, будет существенно облегчаться их вес, что также будет способствовать снижению энергоемкости бурения, уменьшать отклонение расширителя вниз от заданной траектории пилотной скважины и повышать точность прокладки горизонтально-направленной скважины.The implementation of through inlet slots on the most loaded sludge removal stepped surfaces of the hollow conical body, provides transportation through them into the hollow conical body of a part of the cut soil, which helps to reduce the required torques and tractive forces, allows to increase the drilling speed and, ultimately, to reduce the energy intensity of horizontal drilling - directional wells using the reverse expansion method. At the same time, in the case of using large-diameter cutting-sealing plate reamers, their weight will be significantly lightened, which will also help to reduce the energy consumption of drilling, reduce the reamer's deviation downward from a given trajectory of the pilot well and increase the accuracy of laying a horizontal well.

Выполнение сквозных впускных щелей, начиная именно от цилиндрического уплотняющего основания в сторону головной части полого конического корпуса, в плоскостях фигурных пластин и, именно, чередующимся образом, позволяет с одной стороны, гарантированно не делать сквозных впускных щелей на самом цилиндрическом, именно уплотняющем, основании, но обязательно для снижения потребного тягового усилия, оставить сквозные впускные щели перед ним, а с другой стороны, обеспечить между сквозными впускными щелями наличие цельных конструкций фигурных пластин, которые будут ограничивать чрезмерное поступление в впускные щели срезанного грунта и в, целом, обеспечивать прочность конструкции.The execution of through inlet slots, starting precisely from the cylindrical sealing base towards the head of the hollow conical body, in the planes of the shaped plates and, namely, in an alternating manner, allows, on the one hand, guaranteed not to make through inlet slots on the cylindrical, namely sealing, base itself, but it is imperative, to reduce the required tractive effort, to leave through inlet slots in front of it, and on the other hand, ensure the presence of integral structures of figured plates between the through inlet slots, which will limit the excessive flow of cut soil into the inlet slots and, in general, ensure the strength of the structure.

Выполнение на задних торцевых стенках цилиндрического уплотняющего основания, напротив сквозных впускных щелей, выпускных окон обеспечивает быстрое транспортирование срезанного грунта, в виде бурового шлама, по кратчайшему пути из внутренней части полого конического корпуса в буровую скважину.The execution of a cylindrical sealing base on the rear end walls, opposite the through inlet slots, of the outlet windows provides fast transportation of cut soil, in the form of drill cuttings, along the shortest path from the inner part of the hollow conical body to the borehole.

Связь промывочных сопел, выполненных в шламоотводящих впадинах, именно с продольными сквозными магистралями, образованными в теле фигурных пластин, позволяет подавать буровой раствор (бентонит) к промывочным соплам напрямую без каких-либо дополнительных устройств, излишних полостей и пр., что также обеспечивает уменьшение веса расширителя, экономит расход дорогостоящего бурового раствора(бентонита) и снижает потери давления в промывочных соплах.The connection of the flushing nozzles, made in the sludge removal depressions, precisely with the longitudinal through lines formed in the body of the shaped plates, allows the drilling fluid (bentonite) to be supplied to the flushing nozzles directly without any additional devices, unnecessary cavities, etc., which also ensures weight reduction reamer, saves the consumption of expensive drilling mud (bentonite) and reduces pressure losses in the flushing nozzles.

Наличие промывочных сопел, ориентированных именно внутрь полого конического корпуса и выполненных в фигурных пластинах, размещенных в плоскостях фигурных пластин, содержащих именно сквозные впускные щели, позволяет своевременно и эффективно размывать, и превращать в буровой шлам срезанный грунт, поступающий из сквозных впускных щелей.The presence of flushing nozzles, oriented precisely inside the hollow conical body and made in shaped plates, placed in the planes of shaped plates containing precisely through inlet slots, allows timely and efficient washing out and turning into drill cuttings cut soil coming from through inlet slots.

Выполнение промывочных каналов, для связи с промывочными отверстиями центрального полого вала, именно в жестко закрепленной на центральном полом валу головной части, позволяет, с одной стороны, осуществлять подачу бурового раствора сразу непосредственно в продольные сквозные магистрали, а с другой стороны, повысить прочность самого центрального полого вала, за счет увеличения момента сопротивления рабочим нагрузкам сечения центрального полого вала, ослабленного промывочными отверстиями.The execution of flushing channels, for communication with the flushing holes of the central hollow shaft, precisely in the head part rigidly fixed to the central hollow shaft, allows, on the one hand, to supply the drilling fluid directly directly to the longitudinal through lines, and on the other hand, to increase the strength of the central hollow shaft, due to an increase in the moment of resistance to the working loads of the section of the central hollow shaft, weakened by the flushing holes.

Выход и заглушение продольных сквозных магистралей посредством резьбовых пробок, именно на задней торцевой стенке цилиндрического уплотняющего основания, позволяет предохранить резьбовую пробку от активного взаимодействия с буровым шламом и обеспечить хорошую доступность к продольным сквозным магистралям и промывочным соплам в процессе их технического обслуживания (прочистка, промывка, продувка).Exit and muffling of longitudinal through lines by means of threaded plugs, precisely on the rear end wall of the cylindrical sealing base, allows to protect the threaded plug from active interaction with drill cuttings and to ensure good accessibility to longitudinal through lines and flushing nozzles during their maintenance (cleaning, flushing, purge).

Армирование породоразрушающих резцов твердосплавным вооружением в виде сдвоенных плоских твердосплавных пластин одного типоразмера, с режущими кромками округлой формы, закрепленных с осевым смещением Δ первой плоской твердосплавной пластины, относительно второй, в сторону основания породоразрушающего резца позволяет при бурении пластичных грунтов режуще-уплотняющими расширителями больших диаметров, требующими больших крутящих моментов и тяговых усилий, при которых формируются большие стружки грунта, разгрузить твердосплавное вооружение породоразрушающего резца и повысить его стойкость, за счет наличия у него сразу двух режущих кромок сдвоенных плоских твердосплавных пластин. При бурении же крепких трещиноватых прослоев, где имеет место небольшая толщина стружки обусловленная крепостью породы, равно как и действиями опытного оператора, несмотря на округлую форму, режущие кромки второй выступающей плоской твердосплавной пластины испытывают значительные ударные нагрузки, выкрашиваются и выламываются, в ряде случаев, практически по толщине плоской твердосплавной пластины вплоть до тела породоразрушающего резца, т.е., до принятого уровня максимального допустимого износа, процесс бурения будет продолжаться вследствие того, что в работу будет включена режущая кромка первой плоской твердосплавной пластины, которая в данных условиях, до поломки второй плоской твердосплавной пластины, выполняла роль резервной. Аналогично, при бурении абразивных пород, по мере затупления второй плоской твердосплавной пластины, в работу будет вступать первая плоская твердосплавная пластина, давая возможность выполнить бурение горизонтально-направленных скважин методом обратного расширения с меньшей скоростью, но без остановки процесса протягивания трубопровода.Reinforcement of rock cutting cutters with hard-alloy cutting tools in the form of double flat hard-alloy plates of the same standard size, with rounded cutting edges, fixed with an axial displacement Δ of the first flat hard-alloy plate, relative to the second, towards the base of the rock breaking cutter, allows for drilling plastic soils with cutting-sealing expanders of large diameters, requiring large torques and traction forces, at which large soil shavings are formed, to unload the carbide equipment of the rock-breaking cutter and increase its durability, due to the presence of two cutting edges of double flat carbide inserts at once. When drilling hard fractured layers, where there is a small thickness of chips due to the strength of the rock, as well as the actions of an experienced operator, despite the rounded shape, the cutting edges of the second protruding flat carbide plate experience significant shock loads, crumble and break, in some cases, practically through the thickness of the flat carbide plate up to the body of the rock cutting tool, i.e., up to the accepted level of maximum allowable wear, the drilling process will continue due to the fact that the cutting edge of the first flat carbide plate will be included in the work, which, under these conditions, until the second break flat carbide plate, served as a backup. Similarly, when drilling abrasive rocks, as the second flat carbide plate becomes blunt, the first flat carbide plate will come into operation, making it possible to drill horizontally directional wells using the reverse expansion method at a lower speed, but without stopping the pipeline pulling process.

При этом, величина осевого смещения Δ первой плоской твердосплавной пластины, относительно второй, в сторону основания породоразрушающего резца, определяемая по зависимости Δ=s⋅tgδ, является наиболее рациональной, потому что содержит все известные параметры - толщина плоской твердосплавной пластины(s) и угол заострения режущих кромок плоской твердосплавной пластины породоразрушающего резца(δ), равна расстоянию от вершины режущей кромки до плоскости, проходящей через основание режущей кромки плоской твердосплавной пластины и верхней кромки тела породоразрушающего резца при уровне максимального допустимого износа.In this case, the value of the axial displacement Δ of the first flat carbide plate, relative to the second, towards the base of the rock cutting tool, determined from the dependence Δ = s⋅tgδ, is the most rational, because it contains all known parameters - the thickness of the flat carbide plate (s) and the angle sharpening of the cutting edges of a flat hard-alloy plate of a rock-cutting cutter (δ) is equal to the distance from the tip of the cutting edge to the plane passing through the base of the cutting edge of a flat-plate hard-alloy plate and the upper edge of the body of a rock cutting cutter at the level of maximum allowable wear.

Соединение сдвоенных плоских твердосплавных пластин между собой и с телом породоразрушающего резца посредством паяных швов и при помощи ступеньки с шириной, равной толщине S плоской твердосплавной пластины и высотой, равной осевому смещению Δ первой плоской твердосплавной пластины, относительно второй, с учетом толщины паяного шва, обеспечивает прочную конструкцию паяного соединения и повышает стойкость породоразрушающего резца.The connection of double flat carbide plates with each other and with the body of the rock cutting tool by means of brazed seams and using a step with a width equal to the thickness S of a flat carbide plate and a height equal to the axial displacement Δ of the first flat carbide plate relative to the second, taking into account the thickness of the brazed seam, provides robust brazed joint design and increases the tool life of the rock cutting tool.

Связь цилиндрического уплотняющего основания с полым центральным валом посредством ребер, между которыми размещены выпускные окна, и ступицы, образованных в задней торцевой стенке цилиндрического уплотняющего основания, создает надежную прочную опору всей конструкции полого конического корпуса расширителя.The connection of the cylindrical sealing base with the hollow central shaft by means of the ribs, between which the outlet ports are located, and the hubs formed in the rear end wall of the cylindrical sealing base, creates a reliable solid support for the entire structure of the hollow conical housing of the expander.

Выполнение сквозных впускных щелей на шламоотводящих ступенчатых поверхностях полого конического корпуса, начиная от головной части полого конического корпуса в сторону его цилиндрического уплотняющего основания, с увеличивающимися площадями, позволяет своевременно отводить увеличивающиеся, в том же направлении, объемы срезаемого грунта, вследствие увеличивающихся диаметров срезаемого грунта, особенно для расширителей больших диаметров, и также способствует снижению потребных крутящих моментов и усилий протягивания.The implementation of through inlet slots on the sludge removal stepped surfaces of the hollow conical body, starting from the head of the hollow conical body towards its cylindrical sealing base, with increasing areas, allows timely removal of increasing volumes of cut soil in the same direction, due to the increasing diameters of the cut soil, especially for reamers of large diameters, and also helps to reduce the required torques and pulling forces.

Размещение продольных рядов породоразрушающих резцов и, соответственно, шламоотводящих ступенчатых поверхностей и шламоотводящих впадин винтообразным образом в сторону вращения, хотя и усложняет технологию изготовления, но в особо тяжелых условиях будет способствовать снижению энергоемкости бурения горизонтально-направленных скважин методом обратного расширения.The placement of longitudinal rows of rock-breaking cutters and, accordingly, sludge-removing stepped surfaces and sludge-removing depressions in a helical manner in the direction of rotation, although it complicates the manufacturing technology, but in especially difficult conditions will help to reduce the energy consumption of drilling horizontal wells using the reverse expansion method.

На фиг. 1 изображена общая схема бурения горизонтально-направленных скважин методом обратного расширения с промывкой буровыми растворами; на фиг. 2 - общий вид расширителя режуще-уплотняющего пластинчатого; на фиг. 3 - вид А на фиг. 2; на фиг. 4 - сечение по Б-Б на фиг. 2; на фиг. 5 - разрез по В-В на фиг. 2; на фиг. 6 - разрез по линии Г на фиг. 2; на фиг. 7 - общий вид породоразрушающего резца со сдвоенными плоскими твердосплавными пластинами; на фиг. 8 - фрагмент размещения продольных рядов породоразрушающих резцов, шламоотводящих ступенчатых поверхностей и шламоотводящих впадин винтообразным образом в сторону вращения.FIG. 1 shows the general scheme of drilling horizontal directional wells by the method of reverse expansion with flushing with drilling fluids; in fig. 2 - General view of the cutting-sealing plate expander; in fig. 3 - view A in FIG. 2; in fig. 4 - section along B-B in Fig. 2; in fig. 5 - section along B-B in Fig. 2; in fig. 6 is a section along line D in FIG. 2; in fig. 7 - General view of a rock cutting cutter with double flat carbide inserts; in fig. 8 - a fragment of the arrangement of the longitudinal rows of rock cutting cutters, sludge removal stepped surfaces and sludge removal depressions in a helical manner in the direction of rotation.

На вышеуказанных фигурах обозначены следующие элементы: 1 - расширитель режуще-уплотняющий пластинчатый; 2 - центральный полый вал; 3 - промывочные отверстия; 4 - передний элемент крепления; 5 - глухой задний элемент крепления; 6 - головная часть; 7 - полый конический корпус; 8 - задняя торцевая стенка; 9 - цилиндрическое уплотняющее основание; 10 - фигурные пластины; 11 - породоразрушающие резцы; 12 - основание породоразрушающего резца; 13 - выступы фигурных пластин; 14 - плоские твердосплавные пластины; 15 - режущие кромки округлой формы; 16 - шламоотводящие ступенчатые поверхности; 17 - шламоотводящие впадины; 18 - промывочные сопла, выполненные в шламоотводящих впадинах; 19 - сквозные впускные щели; 20 - выпускные окна; 21 - продольные сквозные магистрали; 22 - промывочные сопла, ориентированные внутрь полого конического корпуса; 23 - промывочные каналы выполненные в головной части полого конического корпуса; 24 - резьбовая пробка; 25 - первая плоская твердосплавная пластина; 26 - вторая плоская твердосплавная пластина; 27 - паяный шов; 28 - ступенька в теле породоразрушающего резца; 29 - ребра цилиндрического уплотняющего основания; 30 - ступица; 31 - пилотная скважина; 32 - колонна бурильных труб; 33 - вертлюг; 34 - трубопровод.In the above figures, the following elements are indicated: 1 - reamer cutting-sealing plate; 2 - central hollow shaft; 3 - flushing holes; 4 - front fastening element; 5 - blind rear fastening element; 6 - head part; 7 - hollow conical body; 8 - rear end wall; 9 - cylindrical sealing base; 10 - figured plates; 11 - rock cutting cutters; 12 - the base of the rock cutting cutter; 13 - protrusions of shaped plates; 14 - flat carbide plates; 15 - rounded cutting edges; 16 - sludge removal stepped surfaces; 17 - sludge removal depressions; 18 - flushing nozzles made in the sludge removal depressions; 19 - through inlet slots; 20 - outlet windows; 21 - longitudinal through lines; 22 - flushing nozzles oriented inside the hollow conical body; 23 - flushing channels made in the head of the hollow conical body; 24 - threaded plug; 25 - the first flat carbide plate; 26 - second flat carbide plate; 27 - brazed seam; 28 - step in the body of the rock-cutting cutter; 29 - ribs of the cylindrical sealing base; 30 - hub; 31 - pilot well; 32 - drill string; 33 - swivel; 34 - pipeline.

Расширитель режуще-уплотняющий пластинчатый 1, содержит центральный полый вал 2 с промывочными отверстиями 3, передним 4 и глухим задним 5 элементами крепления, и жестко закрепленный, головной частью 6 на центральном полом валу 2 полый конический корпус 7, связанный с закрепленным посредством задней торцевой стенки 8 на центральном полом валу 2, цилиндрическим уплотняющим основанием 9. Полый конический корпус 7, выполнен из толстостенных, сваренных между собой фигурных пластин 10, и содержит на боковой поверхности продольные ряды породоразрушающих резцов 11, которые опираются своим основанием 12 на выступы 13 фигурных пластин 10, и армированы твердосплавным вооружением, в виде плоских твердосплавных пластин 14, с режущими кромками 15 округлой формы. Между продольными рядами породоразрушающих резцов 11, чередующимся образом, расположены шламоотводящие ступенчатые поверхности 16 и шламоотводящие впадины 17 с износостойким покрытием (не обозначено), в которых размещены промывочные сопла 18. На шламоотводящих ступенчатых поверхностях 16 полого конического корпуса 7, начиная от цилиндрического уплотняющего основания 8 в сторону головной части 6 полого конического корпуса 7, в плоскостях фигурных пластин 10 чередующимся образом, выполнены сквозные впускные щели 19, а на задних торцевых стенках 8 цилиндрического уплотняющего основания 9, напротив сквозных впускных щелей 19, выпускные окна 20. При этом, сквозные впускные щели 19 на шламоотводящих ступенчатых поверхностях 16 полого конического корпуса 7, начиная от головной части 6 полого конического корпуса 7 в сторону его цилиндрического уплотняющего основания 9, выполнены с увеличивающимися площадями. Промывочные сопла 18, выполненные в шламоотводящих впадинах 16, связаны с продольными сквозными магистралями 21, которые образованны в теле фигурных пластин 10 и снабжены промывочными соплами 22, выполненными в фигурных пластинах 10, размещенных в плоскостях фигурных пластин 10, содержащих сквозные впускные щели 19. Промывочные сопла 22 ориентированы внутрь полого конического корпуса 7 режуще-уплотняющего расширителя 1. При этом, промывочные сопла 22 связаны с промывочными отверстиями 3 центрального полого вала 2 через промывочные каналы 23 выполненные в головной части 6 полого конического корпуса 7, выходят и заглушены посредством резьбовых пробок 24 на задней торцевой стенке 8 цилиндрического уплотняющего основания 9. Породоразрушающие резцы 11 армированы твердосплавным вооружением в виде сдвоенных плоских твердосплавных пластин 14 одного типоразмера, с режущими кромками 15 округлой формы. Сдвоенные плоские твердосплавные пластины 14 закреплены с осевым смещением Δ первой плоской твердосплавной пластины 25, относительно второй 26, в сторону основания 12 породоразрушающего резца 11. При этом, осевое смещение Δ, определяется из зависимости Δ=s⋅tgδ, где s - толщина плоской твердосплавной пластины, мм; δ - угол заострения режущих кромок плоской твердосплавной пластины породоразрушающего резца.Expander cutting-sealing plate 1, contains a central hollow shaft 2 with flushing holes 3, front 4 and blind rear 5 fastening elements, and rigidly fixed, with a head part 6 on the central hollow shaft 2, a hollow conical body 7, connected with a fixed by means of the rear end wall 8 on the central hollow shaft 2, a cylindrical sealing base 9. The hollow conical body 7 is made of thick-walled figured plates 10 welded to each other, and contains on the lateral surface longitudinal rows of rock-breaking cutters 11, which rest their base 12 on the protrusions 13 of the figured plates 10 , and are reinforced with carbide weapons, in the form of flat carbide plates 14, with cutting edges 15 of a rounded shape. Between the longitudinal rows of rock cutting tools 11, in an alternating manner, there are sludge-removing stepped surfaces 16 and sludge-removing depressions 17 with a wear-resistant coating (not indicated), in which flushing nozzles 18 are located. On the sludge-removing stepped surfaces 16 of the hollow conical body 7, starting from the cylindrical sealing base 8 towards the head part 6 of the hollow conical body 7, in the planes of the shaped plates 10 in an alternating manner, through inlet slots 19 are made, and on the rear end walls 8 of the cylindrical sealing base 9, opposite the through inlet slots 19, outlet ports 20. In this case, through inlet the slots 19 on the sludge removal stepped surfaces 16 of the hollow conical body 7, starting from the head part 6 of the hollow conical body 7 towards its cylindrical sealing base 9, are made with increasing areas. Flushing nozzles 18, made in the sludge removal cavities 16, are connected with longitudinal through lines 21, which are formed in the body of the shaped plates 10 and are equipped with flushing nozzles 22 made in shaped plates 10, placed in the planes of the shaped plates 10, containing through inlet slots 19. Flushing nozzles 22 are oriented inside the hollow conical body 7 of the cutting-sealing expander 1. In this case, the flushing nozzles 22 are connected to the flushing holes 3 of the central hollow shaft 2 through flushing channels 23 made in the head part 6 of the hollow conical body 7, exit and plugged by means of threaded plugs 24 on the rear end wall 8 of the cylindrical sealing base 9. The rock-cutting cutters 11 are reinforced with hard-alloy arms in the form of double flat hard-alloy plates 14 of the same standard size, with cutting edges 15 of a round shape. Double flat carbide plates 14 are fixed with an axial displacement Δ of the first flat carbide plate 25, relative to the second 26, towards the base 12 of the rock cutting tool 11. In this case, the axial displacement Δ is determined from the dependence Δ = s⋅tgδ, where s is the thickness of the flat carbide plates, mm; δ is the angle of sharpening of the cutting edges of a flat carbide plate of a rock cutting tool.

Причем, сдвоенные плоские твердосплавные пластины 14, состоящие из первой 25 и второй 26 плоских твердосплавных пластин соединены между собой и с телом породоразрушающего резца 11 посредством паяных швов 27. Для их точного и плотного соединения на теле породоразрушающего резца 11, перед плоскостью второй плоской твердосплавной пластины 26, образована ступенька 28 с шириной, равной толщине S плоской твердосплавной пластины 14 и высотой, равной осевому смещению Δ первой плоской твердосплавной пластины 25, относительно второй 26 с учетом толщины паяного шва 27. Для придания прочности конструкции режуще-уплотняющего расширителя 1 цилиндрическое уплотняющее основание 9 связано с полым центральным валом 2 посредством ребер 29, между которыми размещены выпускные окна 20, и ступицы 30, образованных в задней торцевой стенке 8 цилиндрического уплотняющего основания 9. Также, продольные ряды породоразрушающих резцов 11 и, соответственно, шламоотводящие ступенчатые поверхности 16 и шламоотводящие впадины 17, как вариант, могут быть размещены винтообразным образом в сторону вращения.Moreover, double flat hard-alloy plates 14, consisting of the first 25 and second 26 flat hard-alloy plates, are connected to each other and to the body of the rock cutting cutter 11 by means of brazed seams 27. For their precise and tight connection on the body of the rock cutting cutter 11, in front of the plane of the second flat hard alloy plate 26, a step 28 is formed with a width equal to the thickness S of a flat carbide plate 14 and a height equal to the axial displacement Δ of the first flat carbide plate 25 relative to the second 26, taking into account the thickness of the solder joint 27. To give strength to the structure of the cutting-sealing reamer 1, the cylindrical sealing base 9 is connected to the hollow central shaft 2 by means of ribs 29, between which the outlet ports 20 are located, and the hubs 30 formed in the rear end wall 8 of the cylindrical sealing base 9. Also, the longitudinal rows of rock cutting tools 11 and, accordingly, the sludge removal stepped surfaces 16 and the sludge removalthe depressions 17, as an option, can be placed in a helical manner in the direction of rotation.

Работает данное техническое решение следующим образом. После прохождения пилотной скважины 31, на заключительном этапе передний элемент крепления 4 центрального полого вала 2 расширителя 1 присоединяется к наружному концу колонны бурильных труб 32, находящихся в скважине 31. К глухому заднему элементу крепления 5 центрального полого вала 2 расширителя 1 через специальное отдельное устройство-вертлюг 33 присоединяется трубопровод 34. Перед заглублением в скважину 31 при контрольном давлении бурового раствора осуществляется опрессовка расширителя 1 для контроля работоспособности всех его промывочных сопел 18, 22. Ввиду подачи бурового раствора к промывочным соплам 18, 22 непосредственно из продольных сквозных магистралей 21 по кратчайшему пути (в отличие от прототипа, минуя значительные объемы внутренней полости полого конического корпуса расширителя) - из промывочных отверстий 3 центрального полого вала 2 через промывочные каналы 23 головной части 6 в продольные сквозные магистрали 21, время опрессовки и соответственно, количество теряемого дорогостоящего бурового раствора(бентонит) уменьшаются. После этого расширитель 1 заглубляется в скважину 31 и ему передаются рабочие нагрузки (крутящий момент и тяговое усилие) и по бурильным трубам 32 через центральный полый вал 2 к промывочным соплам 18, 22 расширителя 1 подается под рабочим давлением буровой раствор для предварительного разрушения грунта, выноса бурового шлама, смазывания и закрепления стенок скважины.This technical solution works as follows. After passing the pilot well 31, at the final stage, the front attachment element 4 of the central hollow shaft 2 of the expander 1 is attached to the outer end of the string of drill pipes 32 located in the well 31. To the blind rear attachment element 5 of the central hollow shaft 2 of the expander 1 through a special separate device- the swivel 33 is connected to the pipeline 34. Before burying into the well 31 at the test pressure of the drilling fluid, the expander 1 is pressurized to control the operability of all its flushing nozzles 18, 22. Due to the supply of drilling fluid to the flushing nozzles 18, 22 directly from the longitudinal through lines 21 along the shortest path (unlike the prototype, bypassing significant volumes of the inner cavity of the hollow conical body of the expander) - from the flushing holes 3 of the central hollow shaft 2 through the flushing channels 23 of the head part 6 into the longitudinal through lines 21, the time of pressing and, accordingly, the amount of waste expensive drilling mud (bentonite) are reduced. After that, the reamer 1 is buried in the borehole 31 and the working loads (torque and pulling force) are transferred to it and through the drill pipes 32 through the central hollow shaft 2 to the flushing nozzles 18, 22 of the reamer 1, the drilling mud is supplied under the working pressure for preliminary destruction of the soil, removal drill cuttings, lubrication and consolidation of the borehole walls.

Ввиду наличия на режуще-уплотняющем расширителе 1 породоразрушающих резцов 11, прочно закрепленных своими основаниями 12 на выступах 13 фигурных пластин 10, и твердосплавного вооружения в виде сдвоенных плоских твердосплавных пластин 14 одного типоразмера, с режущими кромками 15 округлой формы, закрепленных с осевым смещением Δ первой плоской твердосплавной пластины 25, относительно второй 26, в сторону основания 12 породоразрушающнего резца 11, при бурении пластичных грунтов но, при больших диаметрах, с большой толщиной стружки (более величины Δ), удельные нагрузки будут распределяться между обеими режущими кромками 25, 26 плоских твердосплавных пластин 14, что, в целом, повысит прочность и долговечность породоразрушающих резцов 11. Например, при бурении пластичных грунтов толщина стружки достигает 10 мм. При стандартной толщине твердосплавной пластины у прототипа s=8 мм и заднем угле (угол заточки) δ=20°, осевое смещение составит Δ=s⋅tgδ=8⋅0,364≈3 мм, что вполне допустимо, также и при бурении крепких пород режущими инструментами, где толщина стружки обычно составляет 2÷4 мм. Таким образом, в случае достижения второй плоской твердосплавной пластиной 26 уровня максимального допустимого износа, резание породы(грунта) будет осуществляться первой плоской твердосплавной пластиной 25.In view of the presence of rock cutting cutters 11 on the cutting-sealing reamer 1, firmly fixed with their bases 12 on the protrusions 13 of the figured plates 10, and carbide weapons in the form of double flat carbide plates 14 of the same standard size, with cutting edges 15 of a rounded shape, fixed with an axial displacement Δ of the first flat carbide plate 25, relative to the second 26, towards the base 12 of the rock cutting tool 11, when drilling plastic soils, but, with large diameters, with a large chip thickness (more than Δ), the specific loads will be distributed between both cutting edges 25, 26 of flat carbide plates 14, which, in general, will increase the strength and durability of rock cutting tools 11. For example, when drilling plastic soils, the thickness of the chips reaches 10 mm. With the standard thickness of the carbide plate for the prototype s = 8 mm and the rear angle (sharpening angle) δ = 20 °, the axial displacement will be Δ = s⋅tgδ = 8⋅0.364≈3 mm, which is quite acceptable, also when drilling hard rocks with cutting tools where the chip thickness is usually 2 ÷ 4 mm. Thus, if the second flat carbide plate 26 reaches the level of maximum allowable wear, cutting of the rock (soil) will be carried out by the first flat carbide plate 25.

Срезаемый породоразрушающими резцами 11 грунт перемещается с одновременным уплотнением по боковой поверхности полого конического корпуса 7 расширителя 1 следующим образом. Часть срезанного грунта по шламоотводящим впадинам 17 интенсивно перемещается к цилиндрическому уплотняющему основанию 9 полого конического корпуса 7, где часть измельченного грунта-бурового шлама уплотняется, а часть продавливается за расширитель 1 к протягиваемому трубопроводу 34. Срезанный грунт также перемещается к цилиндрическому уплотняющему основанию 9 полого конического корпуса 7 и по шламоотводящим поверхностям 16, но с меньшими затратами энергии, так как часть срезанного грунта сразу поступает через сквозные впускные щели 19 во внутрь полого конического корпуса 7, дополнительно измельчается высоконапорными струями промывочных сопел 22, которые ориентированы именно во внутрь полого конического корпуса 7, и превращается в буровой шлам мелкодисперсной консистенции, который интенсивно выходит через выпускные окна 20, между ребрами 29 и ступицей 30, задней торцевой стенки 8 цилиндрического уплотняющего основания 9 полого конического корпуса 7, и используется для образования постели и смазки протягиваемого трубопровода 34. При этом, ввиду того, что сквозные впускные щели 19 на шламоотводящих ступенчатых поверхностях 16 полого конического корпуса 7, начиная от его головной части 6 в сторону его цилиндрического уплотняющего основания 9, выполнены с увеличивающимися площадями, увеличивающиеся объемы срезаемого грунта, перемещающегося в сторону цилиндрического уплотняющего основания 9, также будут своевременно отводиться во внутрь полого конического корпуса 7, что способствует снижению потребных крутящих моментов и тяговых усилий, особенно при больших диаметрах расширения.The soil cut off by rock-cutting cutters 11 moves with simultaneous compaction along the lateral surface of the hollow conical body 7 of the expander 1 as follows. A part of the cut soil along the sludge removal depressions 17 intensively moves to the cylindrical sealing base 9 of the hollow conical body 7, where a part of the crushed soil-drill cuttings is compacted, and a part is pressed through the expander 1 to the drawn pipeline 34. The cut soil also moves to the cylindrical sealing base 9 of the hollow conical body 7 and along the sludge removal surfaces 16, but with less energy consumption, since part of the cut soil immediately enters through the through inlet slots 19 into the interior of the hollow conical body 7, is additionally crushed by high-pressure jets of flushing nozzles 22, which are oriented precisely towards the inside of the hollow conical body 7 , and turns into drill cuttings of a fine consistency, which intensively comes out through the outlet ports 20, between the ribs 29 and the hub 30, of the rear end wall 8 of the cylindrical sealing base 9 of the hollow conical body 7, and is used to form beds and lubrication of the extended pipeline 34. At the same time, due to the fact that the through inlet slots 19 on the sludge-removing stepped surfaces 16 of the hollow conical body 7, starting from its head part 6 towards its cylindrical sealing base 9, are made with increasing areas, the increasing volumes of cut the soil moving towards the cylindrical sealing base 9 will also be promptly diverted into the interior of the hollow conical body 7, which helps to reduce the required torques and tractive forces, especially with large expansion diameters.

В процессе эксплуатации на расширителях данного типа существенно облегчаются работы по техническому обслуживанию расширителя (прочистка, промывка, продувка) и обеспечивается экономия дорогостоящих буровых растворов(бентонит), вследствие хорошей доступности к продольным сквозным магистралям 21 и промывочным соплам 18, 22. Для данных целей продольные сквозные магистрали 21 выходят и заглушены резьбовой пробкой 24, именно на задней торцевой стенке 8 цилиндрического уплотняющего основания 9, что позволяет предохранить резьбовую пробку 24 от активного взаимодействия с буровым шламом и обеспечить ее легкое откручивание-закручивание.During operation, on expanders of this type, maintenance work on the expander (cleaning, flushing, blowing) is greatly facilitated and expensive drilling fluids (bentonite) are saved, due to the good accessibility to longitudinal through lines 21 and flushing nozzles 18, 22. For these purposes, longitudinal the through lines 21 exit and are plugged with a threaded plug 24, precisely on the rear end wall 8 of the cylindrical sealing base 9, which allows the threaded plug 24 to be protected from active interaction with drill cuttings and ensure its easy unscrewing and twisting.

Выполнение расширителя режуще-уплотняющего пластинчатого вышеуказанным образом, позволяет снизить потребный крутящий момент и тяговые усилия, повысить скорость бурения горизонтально-направленных скважин, прочность и долговечность его породоразрушающих резцов, снижает расход буровых растворов, повышает коэффициент доступности при техническом обслуживании и, в целом, повышает эффективность применения расширителей режуще-уплотняющих пластинчатых данного типа при бурении горизонтально-направленных скважин, особенно больших диаметров, методом обратного расширения с промывкой буровыми растворами.Implementation of the cutting-sealing plate expander in the above manner allows to reduce the required torque and tractive forces, to increase the drilling speed of horizontal wells, the strength and durability of its rock cutting tools, reduces the consumption of drilling fluids, increases the availability factor during maintenance and, in general, increases the efficiency of using this type of cutting-sealing plate reamers when drilling horizontal wells, especially of large diameters, by the method of reverse expansion with flushing with drilling fluids.

Claims

1. Reamer cutting and sealing plate for boreholes, containing a central hollow shaft with flushing holes, front and deaf rear fastening elements, and a hollow conical body rigidly fixed by the head part on the central hollow shaft, connected to the hollow conical body fixed by means of the rear end wall on the central hollow shaft , a cylindrical sealing base, made of plates welded to each other, and containing on the lateral surface longitudinal rows of rock cutting cutters, which rest their base on the projections of the plates, and are reinforced with flat carbide plates, with rounded cutting edges, and located between the longitudinal rows of rock cutting cutters, alternately, sludge-removing stepped surfaces and sludge-removing cavities with a wear-resistant coating, in which flushing nozzles are located, characterized in that on the sludge-removing stepped surfaces of the hollow conical body, starting from the cylindrical seal through inlet slots are made in the planes of the plates in an alternating manner, and on the rear end walls of the cylindrical sealing base, opposite the through inlet slots, outlet windows, and the flushing nozzles made in the sludge removal depressions are connected with longitudinal through lines, which are formed in the body of the plates, are equipped with flushing nozzles made in the plates, placed in the planes of the plates containing through inlet slots, and oriented inwardly of the hollow conical body, are connected to the flushing holes of the central hollow shaft through a flushing channel made in the head part of the hollow conical bodies, go out and plugged by means of threaded plugs, on the rear end wall of the cylindrical sealing base, while the rock cutting cutters are reinforced with double flat carbide plates of the same size, with rounded cutting edges, behind fastened with an axial displacement Δ of the first flat carbide plate relative to the second, towards the base of the rock cutting tool, determined from the dependence:

,

where S is the thickness of a flat carbide plate, mm; δ is the angle of sharpening of the cutting edges of a flat carbide plate of a rock cutting tool.

2. The reamer according to claim 1, characterized in that the double flat hard-alloy plates are connected to each other and to the body of the rock-cutting cutter by means of brazed seams, while on the body of the rock-breaking cutter in front of the plane of the second flat hard-alloy plate a step is formed with a width equal to the thickness S of the flat hard-alloy plate, and a height equal to the axial displacement Δ of the first flat carbide plate relative to the second, taking into account the thickness of the solder joint.

3. Expander according to claim. 1, characterized in that the cylindrical sealing base is connected to the hollow central shaft by means of ribs between which the outlet ports are located, and the hubs formed in the rear end wall of the cylindrical sealing base.

4. Expander according to claim. 1, characterized in that the through inlet slots on the sludge-removing stepped surfaces of the hollow conical body, starting from the head of the hollow conical body towards its cylindrical sealing base, are made with increasing areas.

5. The reamer according to claim 1, characterized in that the longitudinal rows of rock-cutting cutters and, accordingly, sludge-removing stepped surfaces and sludge-removing depressions can be placed in a helical manner in the direction of rotation.