Способ бурения скважин в мерзлом грунте

Использование: бурение скважин в мерзлых грунтах шнековыми рабочими органами. Сущность изобретения: способ бурения скважин в мерзлом грунте заключается в предварительном создании лидирующей скважины с диаметром, равным диаметру штанги винтового рабочего органа, который ввинчивают посредством осевого усилия и вращающего момента в образованную ранее скважину, после чего рабочий орган стопорят от осевого перемещения на заданной глубине при сохранении вращающего момента. 1 ил.

Изобретение относится к бурильной технике , а именно к технологии бурения скважин в мерзлых грунтах шнековыми рабочими органами .

Известен способ бурения скважин шнековыми бурами, включающими полую штангу , наконечник с режущими элементами и винтовую лопасть закрепленную внутренней кромкой на внешней поверхности штанги , путем приложения осевого усилия и вращающего момента к буровой штанге. При этом режущие элементы срезают грунт, а шнековая винтовая лопасть транспортирует его к устью скважины.

К недостатку данного способа следует отнести значительную энергоемкость бурения скважин, обусловливаемую излишним переизмельчением грунта при разрушении его в скважине.

Наиболее близок к предлагаемому способ бурения скважин, реализуемый винтовым рабочим органом авт.св., включающим приводную штангу с винтолопастным наконечником и охватывающий штангу скалывающий инструмент, выполненный в виде

шнековой лопасти, которая закреплена внутренней кромкой на штанге и имеет переменный шаг, увеличивающийся в сторону от наконечника.

Способ бурения данным инструментом заключается в следующем. При вращении приводной штанги и наличия давления на забой наконечник с помощью винтовой лопасти внедряется в мерзлый грунт, за счет сил трения наконечник нагревается и мерзлый грунт переходит в талое состояние. Затем грунт уплотняется по мере заглубления наконечника, который нарезает в массиве грунта винтовую полость, имеющую форму поперечного сечения винтовой лопасти наконечника . Следом за винтовой лопастью наконечника в образованную им полость внедряется шнековая лопасть, имеющая постепенно увеличивающийся шаг, за счет чего в мерзлом грунте растут напряжения растяжения , грунт срезается и транспортируется шнековой лопастью.

К недостаткам описанного способа следует отнести следующее. Вероятность ввинчивания основной шнековой лопасти в

ел

с

N

ioo

О

ifO iCO

м

мерзлый грунт зависит от физико-механических характеристик мерзлого грунта и от температуры его промерзания и не всегда возможно разогреть его наконечником до талого состояния, а без внедрения наконец- ника бурение невозможно. Кроме того, плавное увеличение шага шнековой лопасти приводит к преждевременному сколу (крошению) мерзлого грунта и не позволяет регулировать толщину скалываемых кусков мерзлого грунта, что наряду с затратами на разогрев трением, увеличивает удельную энергоемкость разработки скважин.

Цель изобретения - снижение энергоемкости бурения скважин в мерзлых грун- тах за счет уменьшения сил трения и скола грунта без его измельчения.

Указанная цель достигается тем, что ли- дирую щим инструментом создают лидирующую скважину диаметр которой равен диаметру штанги скалывающего инструмента , после этого прикладывают осевую нагрузку.и с вращением погружают винтовую скалывающую лопасть в мерзлый грунт на заданную глубину, стопорят винтовую скалывающую лопасть от осевого перемещения при сохранении крутящего момента и скалывают грунт, а после скола мерзлого грунта и его транспортировки к устью скважин цикл бурения повторяют.

Создание вначале цикла бурения ликвидирующей скважины диаметром, равным диаметру штанги винтового рабочего органа , позволяет затем ввинчивать в данную сквзжину винтовой рабочий орган, который шнековой лопастью образует винтовые углубления в лидирующей скважине подобно нарезанию резьбы в гайке.

Стопорение винтового рабочего органа от осевых перемещений при достижении задан- ной глубины его погружения при сохранении вращающего момента приводит к срыву названной выше резьбы, т.е. к крупному сколу мерзлого грунта в скважине; причем толщину скалываемого грунта за один цикл стопорения можно менять глубиной ввинчивания рабочего органа, что является существенным отличием от известных способов.

На чертеже представлена схема устройства , реализующего предлагаемый способ.

Устройство включает шнековый буровой рабочий орган 1, выполненный составным из шнеков меньшего 2 и большего 3 диаметра, закрепленный во вращателе 4 с возможностью вращения и возвратно-по- ступательного перемещения совместно с вращателем и направляющей копровой мачты 5, под действием механизма подачи 6.

Бурение скважины осуществляется следующим образом.

Копровую мачту 5 закрепляют на поверхности грунта, включают вращатель 4 и механизм подачи 6. При этом под действием осевого усилия, создаваемого механизмом подачи 6, участок 2 рабочего органа 1 создает лидирующую скважину диаметром, равным диаметру штанги участка 2. После полного заглубления участка 2 рабочий орган 1 вынимают и разгружают шнек на участке 2, например, обратным вращением. Затем рабочий орган 1 опускают обратно в образованную лидирующую скважину, включает вращатель 4 и механизм подачи б и продолжают процесс бурения. При этом участок 2 рабочего органа 1 продолжает образовывать лидирующую скважину, а участок 3 шнеково- го рабочего органа 1 ввинчиваться в образованную ранее лидирующую сквзжину.По достижении некоторой глубины погружения участка 3, определяемой прочностью инструмента , механизм подачи 6 стопорят от осевого перемещения, продолжая вращать рабочий орган 1, В этот момент происходит скол грунта, расположенного сверху винтовой лопасти, аналогично срыву резьбы в завинченном до упора резьбовом крепеже и транспортировка его винтовой лопастью шнека 3 к устью скважины. Затем включают механизм подачи 6, и цикл бурения повторяется .

Предлагаемый способ позволяет снизить энергоемкость бурения скважин в мерзлом грунте, т.к. позволяет скалывать грунт не измельчая его, как это происходит при работе шнекового рабочего органа с буровой коронкой при постоянной подаче рабочего органа на забой.

Формула изобретения

Способ бурения скважин в мерзлом грунте, включающий приложение осевой нагрузки и крутящего момента к винтовому лидирующему инструменту с последующим введением в образовавшуюся скважину скалывающего грунт инструмента в виде шнековой лопасти, отличающийся тем, что, с целью снижения энергоемкости бурения за счет уменьшения сил трения и скола грунта без его измельчения, лидирующим инструментом создают лидирующую скважину , диаметр которой равен диаметру штанги скалывающего инструмента, после этого прикладывают осевую нагрузку и с вращением погружают винтовую скалывающую лопасть в мерзлый грунт на заданную глубину, стопорят винтовую скалывающую лопасть от осевого перемещения при сохра- нении крутящего момента и скалывают грунт, а после скола мерзлого грунта и его транспортировки к устью скважин цикл бурения повторяют.