Изобретение относится к горной промышленности, в частности к механическим вращательным инструментам бурения и может быть использовано для бурения скважин в горнорудной, нефтяной и газовой промышленности.

Известно лопастное долото (патент РФ на ПМ No 120129), состоящее из корпуса с системой каналов для подачи промывочной жидкости на забой скважины и отвода ее в межтрубное пространство, лопастей, армированных породоразрушающими элементами, во вспомогательных подводящих каналах, сопряженных с главным подводящим каналом и расположенных между лопастями, смонтированы гидроструйные насосы, а главный подводящий канал изолирован от всасывающего канала межканальной перемычкой и в нем смонтирован рассекатель потока, жестко связанный с межканальной перемычкой, при этом всасывающий канал сопряжен с эжекционными и вспомогательными отводящими каналами.

Недостатком известного лопастного долота является чередование рабочего и холостого циклов зуба (циклическая прерывистость процесса бурения); непостоянство толщины срезаемого слоя в каждом зубе фрезы, а также непостоянство числа зубьев, находящихся в работе, что вызывает переменное значение сил, моментов и мощности, необходимых для стружкообразования, и усложняет процесс фрезерования.

Образование прихвата в процессе бурения, прилипание срезанного грунта к режущим кромкам долото ухудшает процесс обработки, увеличивается трудоемкость.

По схеме бурения лопастное долото отодвигает срезанный слой грунта не на вверх, а в сторону направления скорости бурения, что создает условия для прилипания срезанного слоя к зубьям долота.

Наиболее близким к предлагаемой конструкции является шнековый бур (Патент РФ на ПМ J k? 120995), состоящий из корпуса с ребордами, присоединительного ниппеля, породоразрушающих резцов, смонтированных на ребордах, и пилотного долота, на задних гранях резцов имеются шарниры, в которых подвижно установлены ограничители механической скорости бурения, свободные концы которых жестко связаны с пружинными элементами, а противоположные концы пружинных элементов жестко связаны с ребордами.

При проникновении в грунт известного устройства, разрыхленный грунт остается на месте срезания, т.е. в верхней части бура, что является недостатком данной конструкции шнекового бура.

Задачей изобретения является разработка конструкции бурильного инструмента сверло-фреза (далее СФ), обеспечивающего в процессе бурения беспрерывный контакт режущей кромки СФ с грунтом, снижение сил трения, а также повышения стойкости СФ и улучшение процесса бурения.

Поставленная задача достигается тем, что комбинированный бурильный инструмент сверло-фреза, состоящий из корпуса и режущих элементов, согласно данного изобретения, содержит параллельно расположенные и закрепленные через кольца режущие элементы в виде дисков с углом наклона ω=22- 25°, снабженные двумя режущими кромками, имеющие одинаковые задние углы, равные а=15+20° и передние углы со значениями γ=15 20°; γ= -(15+20°), а наконечник нижней части корпуса выполнен в виде сверла.

Предлагаемая конструкция поясняется чертежом. На фиг.1 представлено схематическое изображение комбинированного бурильного инструмента сверло- фреза, который содержит:

1 - корпус; 2 - режущий зуб СФ; 3 - втулка; 4 - отверстие для подачи бурового раствора для отвода срезанного слоя грунта; 5 - центральное отверстие подачи бурового раствора; 6 - отверстие подачи раствора в зону бурения; 7,8 - режущая кромка зуба; 9 - паз для прохода срезанного грунта; 10 - наконечник в виде сверла СФ для врезания в фунт; 11 - подачи жидкости в зону бурения.

Комбинированный бурильный инструмент сверло-фреза содержит корпус 1 (фиг. 1 ), закрепленные на нем через кольца 3 параллельно расположенные режущие элементы 2 в виде дисков, имеющих режущие кромки 7, 8 (фиг. 1 , вынос I). Режущие кромки имеют одинаковые задние углы, равные а = 10+15° и передние углы со значениями γ =15+20°, γ = -(15 20°). В конструкции СФ режущие элементы 2, 10 для мягких грунтов изготавливается из быстрорежущих сталей.

Корпус инструмента СФ снабжен наконечником в виде сверла 10 (фиг. 1, разрез А- А). В процессе бурения для режущих кромок 7 и 8, предусмотрена подача смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) 1 1 в зону резания струей с высоким давлением из отверстий 4,6,11. Центральная подача СОЖ осуществляется отверстием 5. В обратном движении жидкость выносит пробуренный грунт. Для обратного перемещения пробуренного грунта предусмотрены пазы для прохода срезанного грунта 10 в режущих дисках 2. ^!

Комбинированный бурильный инструмент СФ работает следующим образом.

СФ (фиг. 1) приводятся во вращение двигателем. Наконечник сверла 10 врезается в грунт. Далее режущая кромка 7 режущего элемента СФ, соприкасаясь со срезаемым слоем грунта, входит в него в точке А (фиг. 2, а), легко сдвигает его по направлению касательной к ходу бура h, до точки О, уводит сдвинутый слой из зоны обработки в виде рассыпного грунта.

В точке О режущая кромка выходит из соприкосновения со срезаемым слоем грунта, срезая и выравнивая обработанную поверхность до С, и с этой точки плавно вступает в работу, продолжая непрерывную траекторию. Ширина срезаемого слоя не должна превышать высоту амплитуды h синусоидальной спирали (фиг. 2, а), с учетом толщины режущего элемента (фиг. 1 , вынос I).

Режущая кромка 9 СФ, имея значение переднего угла γ = -(15+20°), срезает неровности с обработанной поверхности, выравнивая и улучшая качество стены отверстия.

СФ содержит режущие элементы 2 с углом наклона ω=22+25° и режущими кромками ⁸ 7 и 8.

Режущий элемент с углом наклона ω, с помощью которого СФ описывает траекторию синусоидальной спирали: точкой М (фиг. 1 , вынос I) режущей кромки 7 кривую I, и точкой М ⁷ режущей кромки 8 кривую 2 (фиг. 2, а). Кривая I состоит з из дуги А0"для первой половины оборота СФ и ОС для второй половины оборота. Кривая II аналогична кривой I с дугами А 0/ и О/С/.

На втором обороте точки М, М ⁷ режущих кромок режущего элемента СФ описывают кривые (фиг. 2, б), противоположные полученным в первом обороте кривым I, II (фиг. 2, а). Если рассмотреть траекторию точки режущей кромки режущего элемента СФ в два оборота, то получим траекторию лемниската Бернулли (фиг. 2, в), которая имеет замкнутый контур. Замкнутый контур обеспечивает работу режущей кромки режущего элемента СФ непрерывной.

Замена трения скольжения на трение качения между срезаемым грунтом и передней поверхностью режущей кромки режущего элемента СФ, а также имея значения заднего угла α=15- 25 ⁰ , минимизируют прихват и прилипание грунта на режущие ^" кромки, исключая скольжение между грунтом и СФ, что приводит к повышению стойкости инструмента и производительности процесса бурения. ^{' ' 1} В работе одновременно находятся все режущие кромки режущих элементов СФ, благодаря чему процесс бурения будет происходить равномерно.

Исполнение режущего элемента в виде диска обеспечивает непрерывность работы инструмента, исключает вибрацию, что позволяет весьма значительно улучшить показатели качества бурения, снижение отклонения от вертикали и равномерность стены.

Применение предлагаемого технического решения позволит увеличить срок службы инструмента, его производительность и снизить энергоемкость процесса бурения.