RU2569117C1

RU2569117C1 - Rock crusher

Info

Publication number: RU2569117C1
Application number: RU2014130654/03A
Authority: RU
Inventors: Рево Миронович Скрябин; Николай Гаврильевич Тимофеев
Priority date: 2014-07-24
Filing date: 2014-07-24
Publication date: 2015-11-20

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: rock crusher comprises the body with studded cutters. Note here that said cutters feature cylindrical shape and chisel-shaped working surface. Central cutter is fitted at two-blade body and shifted to the drill rotational axis and two rows of cutters, one in a row per every blade, one of them being arranged at larger height cutters. Cutters pitch in one row equals that between cutters of the other row with the shift by the pitch magnitude. Cutters in rows and central cutter feature identical diameter while two extreme cutters and central cutter feature smaller height. Note here that said central cutters are fitted in place with cutting edge forward inclination toward the drill spinning direction.

EFFECT: higher efficiency, lower power input, higher rate of well drilling.

4 dwg

Description

Изобретение относится к буровой технике, а именно к конструкции бурового породоразрушающего инструмента для медленно-вращательного бурения неглубоких скважин в мерзлых грунтах.The invention relates to drilling equipment, and in particular to the design of drilling rock cutting tools for slow-rotational drilling of shallow wells in frozen soils.

Известен шнековый бур для вращательного бурения скважин (см. RU №2485277, E21B 10/44, опубл. 20.06.2013 г.), состоящий из шнекового корпуса, который установлен на опорные пластины, в верхней части которого шарнирно закреплены заслонки буровых сменных резцов, вала для крепления пилота-забурника. Вероятно, что углубление бура происходит за счет принудительной осевой нагрузки С_ос на буровой инструмент (раздавливания пород в центральной части бура), при этом опережающий пилот-забурник теряет свою эффективность разрушения за счет отсутствия угловой скорости ω по оси пилот-забурника, что в целом характеризует низкую производительность и непригодность при бурении в мерзлых породах.Known auger drill for rotary drilling of wells (see RU No. 2485277, E21B 10/44, publ. 06/20/2013), consisting of a screw housing, which is mounted on a support plate, in the upper part of which are pivotally mounted shutter drill interchangeable cutters, shaft for mounting the pilot-bail. It is likely that deepening of the drill occurs due to the forced axial load of C _wasps on the drilling tool (crushing of rocks in the central part of the drill), while the leading pilot-drill loses its destruction efficiency due to the lack of angular velocity ω along the axis of the pilot-drill, which in general characterized by low productivity and unsuitability when drilling in frozen rocks.

Известно также лопастное шнековое долото для бурения скважин в валунно-галечных отложениях (см. RU №2282011, E21B 10/42, опубл. 20.08.2006 г.), состоящее из корпуса и лопастей, установленных на нем с положительным углом, армированных породоразрушающими элементами. Устройство также не пригодно для использования в условиях мерзлых грунтов, т.к. лопасти (по конструкции предусмотрено 4 штуки), армированные пластинами из твердого сплава, при бурении за счет повышенной площади контакта с забоем могут способствовать ускоренному затиранию разрушенного массива, в результате которого происходит повышение температуры и оттаивание мерзлого массива, что снижает эффективность разрушения и удаления породы с забоя.Also known is a blade screw bit for drilling wells in boulder-pebble deposits (see RU No. 2282011, E21B 10/42, published on 08.20.2006), consisting of a housing and blades mounted on it with a positive angle, reinforced with rock cutting elements . The device is also not suitable for use in frozen soils, as blades (4 pieces are provided by design), reinforced with hard alloy plates, during drilling due to the increased contact area with the face, they can accelerate the mashing of the destroyed massif, which results in an increase in temperature and thawing of the frozen massif, which reduces the efficiency of rock destruction and removal from slaughter.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является головка для бурения неглубоких скважин в мерзлых грунтах (см. RU №2298636, Е21B 10/43, опубл. 10.05.2007 г.), включающая двухлопастной корпус, хвостовик, забурник с направляющим элементом, резцы, на корпусах которых установлены твердосплавные режущие пластины, а рабочая поверхность пластин выполнена остроконечной.The closest in technical essence to the claimed solution is a head for drilling shallow wells in frozen soils (see RU No. 2298636, E21B 10/43, publ. 05/10/2007), including a two-blade body, a shank, a bore with a guide element, cutters , on the cases of which carbide cutting inserts are installed, and the working surface of the inserts is pointed.

Однако при бурении мерзлых пород забурник с направляющим элементом будет как опора с нулевой окружной скоростью, а для разрушения породы необходимо будет применить подачу большого осевого усилия. Кроме того, разная размерность резцов по диаметру ограничивает взаимозаменяемость деталей.However, when drilling frozen rocks, a borehole with a guiding element will be like a support with zero peripheral speed, and for the destruction of the rock it will be necessary to apply a large axial force. In addition, the different dimension of the cutters in diameter limits the interchangeability of parts.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, выражается в улучшении условий работы бура в мерзлых грунтах, обеспечение объемного разрушения и поддержание стабильной температуры на забое скважины.The problem to which the claimed invention is directed, is expressed in improving the working conditions of the drill in frozen soils, ensuring volumetric destruction and maintaining a stable temperature at the bottom of the well.

Технический эффект, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в повышении производительности, снижении энергоемкости, увеличении скорости проходки скважины при бурении неглубоких скважин в мерзлых породах.The technical effect obtained when solving the problem is expressed in increasing productivity, reducing energy intensity, increasing the rate of well sinking when drilling shallow wells in frozen rocks.

Для решения поставленной задачи породоразрушающий инструмент для медленно-вращательного бурения неглубоких скважин в мерзлых породах, содержащий корпус с твердосплавными резцами, притом резцы выполнены цилиндрической формы, а их рабочая поверхность - остроконечной, отличается тем, что корпус содержит центральный резец, установленный со сдвигом по отношению к оси вращения бура, и две лопасти, на каждой из которых расположены по одному ряду резцов - опережающий и последующий, причем шаг между резцами одного ряда равен шагу между резцами другого ряда со сдвигом на величину шага, резцы рядов и центральный резец по диаметру равны друг другу, причем два крайних и центральный резцы выполнены меньшей высоты, чем основные резцы, при этом они установлены с наклоном режущей кромки вперед по направлению вращения бура. Кроме того, резцы опережающего ряда установлены на вставках, что дополнительно увеличивает высоту ряда по отношению к последующему ряду резцов.To solve this problem, a rock cutting tool for slow-rotational drilling of shallow wells in frozen rocks, containing a body with carbide cutters, moreover, the cutters are cylindrical in shape, and their working surface is pointed, characterized in that the housing contains a central cutter mounted with a shift in relation to the axis of rotation of the drill, and two blades, each of which has one row of incisors - leading and subsequent, and the step between the incisors of one row is equal to the step between the incisors d of the other row with a shift by the step size, the row incisors and the central incisor are equal in diameter to each other, the two extreme and central incisors being made of a lower height than the main incisors, while they are mounted with the cutting edge inclined forward in the direction of rotation of the drill. In addition, the leading row cutters are mounted on the inserts, which further increases the row height with respect to the subsequent row of cutters.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».A comparative analysis of the features of the claimed solution with the signs of the prototype and analogues indicates the conformity of the claimed solution to the criterion of "novelty."

Совокупность признаков заявляемого изобретения обеспечивает решение заявленной технической задачи, а именно создание условий для эффективного разрушения и удаления породы с забоя.The combination of features of the claimed invention provides a solution to the claimed technical problem, namely the creation of conditions for the effective destruction and removal of rock from the face.

Заявленное решение иллюстрируется чертежами, где на фигуре 1 схематически показан породоразрушающий инструмент медленно-вращательного бурения неглубоких скважин в мерзлых грунтах с разрезом; на фигуре 2 - вид породоразрушающего инструмента с боку (вид А); на фигуре 3 - профили разрушения резцами опережающего и последующего рядов; на фигуре 4 - относительная схема расстановки резцов в рядах и направление резания (по стрелке V).The claimed solution is illustrated by drawings, where figure 1 schematically shows a rock cutting tool for slow-rotational drilling of shallow wells in frozen soils with a cut; figure 2 is a view of a rock cutting tool from the side (view A); figure 3 - fracture profiles of the leading and subsequent rows of cutters; figure 4 is a relative diagram of the arrangement of cutters in rows and the direction of cutting (arrow V).

Породоразрушающий инструмент устанавливается на нижнем конце шнекового транспортера буровой установки посредством хвостовика 10 и включает двухлопастной корпус 9, состоящий из центрального резца 2 и двух рядов 7 и 8, на каждой лопасти установлены резцы по одному ряду (1, 2, 3, 4). Резцы имеют остроконечную цилиндрическую форму одинакового диаметра, при этом резцы опережающего ряда 7 установлены на дополнительной вставке 6, благодаря чему обеспечивается разность по высоте рядов резцов на величину Δl (см. фиг. 2 и 3). При этом благодаря сдвигу при расположении резцы одного ряда проходят между проходами резцов другого ряда (см. фиг. 4). В этом случае достигается объемное разрушение породы и поддержание стабильной температуры на забое скважины. Резцы остроконечны и изготовлены из стали, при этом режущие части снабжены твердым сплавом 5, например, типа ВК-6. На корпусе 9 резцы устанавливаются с наклоном режущей кромкой вперед по направлению вращения бура (см. фиг. 2). Для улучшения условий работы бура в мерзлых грунтах резцы опережающего ряда установлены на вставках, что дополнительно увеличивает высоту ряда по отношению к последующему ряду резцов. В результате опережающий ряд резцов режет горный массив с большей глубиной, чем последующий ряд.A rock cutting tool is installed on the lower end of the screw conveyor of the drilling rig by means of a shank 10 and includes a two-bladed body 9, consisting of a central cutter 2 and two rows 7 and 8, cutters in one row are installed on each blade (1, 2, 3, 4). The cutters have a pointed cylindrical shape of the same diameter, while the leading row cutters 7 are mounted on an additional insert 6, which ensures a difference in height of the rows of cutters by Δl (see Fig. 2 and 3). At the same time, due to the shift, when located, the incisors of one row pass between the passages of the incisors of another row (see Fig. 4). In this case, volumetric rock destruction and maintaining a stable temperature at the bottom of the well are achieved. The cutters are pointed and made of steel, while the cutting parts are equipped with a hard alloy 5, for example, type VK-6. On the housing 9, the cutters are mounted with an inclination with the cutting edge forward in the direction of rotation of the drill (see Fig. 2). To improve the working conditions of the drill in frozen soils, the leading row cutters are installed on the inserts, which additionally increases the row height with respect to the next row of cutters. As a result, the leading row of cutters cuts the massif with greater depth than the next row.

Центральный резец установлен со сдвигом относительно оси вращения и режет породу в центре забоя.The central cutter is mounted with a shift relative to the axis of rotation and cuts the rock in the center of the face.

Породоразрушающий инструмент для медленно-вращательного бурения неглубоких скважин в мерзлых грунтах работает следующим образом.A rock cutting tool for slow-rotational drilling of shallow wells in frozen soils works as follows.

В исходном положении корпус 9, закрепленный через хвостовик 10 на нижнем конце шнекового транспортера бурового снаряда, подводится бурильной установкой к месту бурения скважины и опускается, упирается основными резцами 1 опережающего ряда на поверхность грунта. При вращательном движении бура на породоразрушающий инструмент подается осевая нагрузка через буровой снаряд. Процесс бурения скважины начинается при заглублении в грунт основных резцов 1 и продолжается крайними резцами 3 и 4. Образовавшаяся горная масса сгребается первым витком шнекового транспортера. Благодаря разности высот резцов обеспечивается ступенчатая очистка забоя.In the initial position, the housing 9, mounted through the shank 10 at the lower end of the auger conveyor of the drill string, is brought by the drilling rig to the well drilling site and lowered, rested by the main cutters 1 of the leading row on the soil surface. During the rotational movement of the drill, an axial load is supplied to the rock cutting tool through the drill. The process of drilling a well begins when the main cutters 1 are buried in the ground and continue with the extreme cutters 3 and 4. The resulting rock mass is raked by the first turn of the screw conveyor. Due to the difference in the height of the cutters, stepwise cleaning of the face is provided.

Предлагаемый породоразрушающий инструмент для медленно-вращательного бурения неглубоких скважин в мерзлых грунтах имеет следующие преимущества по сравнению с известными устройствами:The proposed rock cutting tool for slow-rotational drilling of shallow wells in frozen soils has the following advantages compared to known devices:

- повышает механическую скорость бурения за счет отсутствия опережающего пилот-забурника с нулевой угловой скоростью по оси, создающего эффект «зависания», как на опорном элементе конструкции породоразрушающего инструмента;- increases the mechanical drilling speed due to the lack of a leading pilot-bore with zero angular velocity along the axis, creating the effect of "freezing", as on the supporting structural element of the rock cutting tool;

- за счет разноуровневого расположения резцов создается ступенчатый забой, обеспечивающий эффективное объемное разрушение горного массива, при этом уменьшается дополнительный нагрев забоя скважины при резании мерзлого грунта и создаются благоприятные условия для эффективного разрушения и удаления породы с забоя.- due to the multilevel arrangement of the incisors, a stepwise face is created, which ensures effective volumetric destruction of the rock mass, while additional heating of the bottom of the well during cutting of frozen soil is reduced, and favorable conditions are created for the effective destruction and removal of rock from the bottom.

Claims

A rock cutting tool comprising a body with carbide cutters, moreover, the cutters are cylindrical with a pointed working surface, characterized in that a central cutter with a shift relative to the axis of rotation of the drill and two rows of cutters in one row on each blade are mounted on a two-blade body which are installed on the inserts of increasing height, and the step between the cutters of one row is equal to the step between the cutters of another row with a shift by the step size, the cutters of the rows and the central cutter are equal in diameter each other, and the two extreme and central cutters are made of a lower height, while the row cutters are mounted with an inclination by the cutting edge forward in the direction of rotation of the drill.