МАЛОГАБАРИТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ ПОРОД, НАПОЛНЕННЫХ ВОДОЙ

Полезная модель относится к технике бурения скважин, преимущественно к сверхлегким, легко переносимым буровым устройствам и может быть использована при бурении скважин в породах, наполненных водой.
Известна легкая передвижная шлангокабельная буровая установка, включающая смонтированные на платформе автомобиля буровую мачту, шлангоприемник со шлангокабелем, погружной забойный двигатель, насос (см. патент США N 4971162, кл. Е21В 4/20, 1990).
Известна легкая передвижная буровая шлангокабельная установка, смонтированная на платформе автомобиля, которая включает установленные на платформе мачту, шлангоприемник со шлангокабелем, самовсасывающий центробежный насос, забойный двигатель с внутренним проходным отверстием для пропуска жидкости (Рошаль Э.Е., Амелин Б.А. и др. Механизация и автоматизация спуско-подъемных операций. ОНТИ ВИТР. Л., 1969, с.82-83).
Известные установки предназначены для бурения скважин способом прямой промывки. При бурении этим методом в качестве промывочной жидкости в основном используется глинистый раствор. Бурение скважин различного целевого назначения осуществляется малыми диаметрами с использованием в качестве забойных двигателей с электрическим, гидравлическим или пневматическим приводом.
Недостатками известных легких передвижных установок шлангокабельного бурения являются возможность бурения скважин малого диаметра методом прямой промывки, значительная глинизация водосодержащих пород при бурении скважин на воду, а также необходимость обеспечения промывочной жидкостью и загрязнение окружающей территории разрыхленной породой за счет подачи ее на поверхность.
Известна легкая передвижная установка шлангокабельного бурения на глубину до 100 м, содержащая установленные на шасси мачту, лебедки, шлангоприемник со шлангокабелем, самовсасывающий центробежный насос, забойный двигатель с внутренним проходным отверстием для пропуска жидкости, дополнительно снабженная установленными на упомянутом шасси электрогенератором и спаренным с вакуумным центробежным насосом (см. патент РФ №2122099, МПК 6 Е21В 7/02, 1998 г.)
Недостатком данной установки является использование чистой воды для обратной промывки при бурении и загрязнение окружающей территории разрыхленной породой за счет подачи ее на поверхность. Кроме того, данная установка может транспортироваться только с использованием большегрузного автомобиля.
Известна буровая установка ГБ-50, которая состоит из: мотора, редуктора, разборной рамы, буровых штанг с муфтами, буров, вертлюга, системы электрооборудования, лебедки для опускания и подъема рабочих частей. Бурение скважин на воду с использованием мобильной установки ГБ-50 осуществляется оборотной водой. После сборки установки, рядом с ней выкапываются две связанных ямы в земле объемом около 0,2 кубометра. Первая яма связана с местом бурения, а вторая - с первой. Обе ямы заполняются водой, во вторую яму опускается мотопомпа для грязной воды. Далее мотопомпа подключается к установке, а та в свою очередь - к сети 220 вольт. После включения установки буровые штанги начинают крутиться, оператор опускает лебедкой рабочие органы. Внутри буровых штанг в это время проходит вода и через отверстия в буре вымывает почву снаружи буровых штанг на поверхность и выводит ее в первую яму. Здесь оседают более крупные части грунта, а более чистая вода идет во вторую яму, откуда при помощи мотопомпы направляется обратно в скважину. (см. http://content.mail.ru/arch/78445/3199868.html и http://www.naturlich.ru/nauka/2008/t0719-1.html).
Недостатком данной установки является использование чистой воды для обратной промывки при бурении и загрязнение окружающей территории разрыхленной породой за счет подачи ее на поверхность.
Описанные выше устройства предназначены для бурения твердых пород.
При прохождении так называемых «плывунов», т.е., пород, наполненных водой, эффективность бурения такими установками резко снижается, поэтому для извлечения рыхлой и осыпающейся почвы, содержащей большое количество влаги, предназначена желонка. Извлечение почвы происходит ударным методом, поэтому внизу желонки имеется наконечник, диаметр которого на 4-6 мм превосходит диаметр корпуса. Желонки бывают поршневыми и обычными. Корпус желонки изготовлен из стальной трубы длинной 2-3 метра. Внизу желонки имеется стальной башмак, сверху - резьба крепления к канату или штанге. Клапан обычной желонки делают в виде шарика. Клапан может быть выполнен плоским из стальной пластины с уплотнением резиной, кожей или без него. Устройство поршневой желонки сложнее. Внутрь желонки устанавливается поршень, которым управляет штанга. (см. http://voda-bur.narod.ru/, http://www.luxhouse.net/).
Процесс бурения представляет повторяющийся цикл процесса бурения и очистки инструмента. Очистка возможна при полном вынимании инструмента. Чем длиннее инструмент, тем сложнее вынимать его из скважины. При сбрасывании в забой башмак желонки врезается в породу, которая приподнимает клапан и входит в трубу. Когда желонку поднимают, клапан закрывается и удерживает избранную породу. После заполнения породой желонку извлекают на поверхность и очищают, поворачивая ее для этого вверх клапаном с помощью специального устройства, позволяющего не отсоединять желонку от штанги.
Недостатком данного решения является высокая трудоемкость работ, связанная с выполнением тяжелых ручных операций.
Задача, решаемая полезной моделью - создание мобильной малогабаритной установки, позволяющей ускорить процесс бурения «плывунов», используя при этом средства автоматизации данного процесса и снижая использование ручного труда.
Поставленная задача решается за счет того, что разработано малогабаритное устройство для бурения пород, наполненных водой, содержащее корпус с установленными в нем погружным насосом и гидроциклоном, снабженным сливной пробкой.
Гидроциклон установлен с зазором относительно корпуса.
Технический результат от использования всей совокупности существенных признаков такого нового технического решения заключается в обеспечении возможности ускорения процесса бурения «плывунов» с использованием средств автоматизации данного процесса и снижения использования ручного труда.
Наличие в устройстве, погружного насоса и гидроциклона позволяет ускорить процесс бурения, исключив практически ручной труд.
Все устройство затем можно транспортировать в багажнике легкового автомобиля.
Фиг.1 показан общий вид устройства.
Малогабаритное устройство для бурения пород, наполненных водой, содержит корпус 1, в верхней части которого жестко закреплен погружной насос 2. Нижняя часть насоса 2 контактирует с верхней частью гидроциклона 3. Гидроциклон 3 жестко закреплен в корпусе, при этом между корпусом 1 и гидроциклоном 3 образован кольцевой зазор 4. Нижняя часть гидроциклона 3 снабжена сливной пробкой 5. В верхней части корпус 1 снабжен крепежным элементом 6 для соединения с канатом (условно не показан), обеспечивающим соединение с подъемным устройством, например, лебедкой, для подъема и опускания устройства в скважину.
Буровая установка работает следующим образом.
Бурение твердых пород может быть осуществлено с помощью любых известных ручных буровых установок. При достижении пород, наполненных водой, в работу включают описываемое устройство.
Процесс бурения скважин вручную сопровождается бурением с применением буровой вышки (условно не показана). С помощью буровой вышки над точкой бурения подвешивают лебедку, к которой присоединяют канат (или может быть использовано другое средство для соединения лебедки с устройством). К канату через крепежный элемент 6 присоединяется малогабаритное устройство, посредством чего опускают его в скважину для бурения пород, наполненных водой. С канатом связан кабель электропривода насоса 2.
Погружной насос 2 создает циркуляцию воды, содержащейся в породе, высасывая ее со дна скважины через корпус 1 устройства и выбрасывая назад через отверстия в верхней части корпуса в полость скважины (см. фиг.1, перемещение воды указано стрелками). Вода захватывает со дна скважины размытый грунт и поднимается по кольцевому зазору 4 между корпусом 1 и гидроциклоном 3. Далее вода с размытым грунтом поступает в гидроциклон 3, где за счет центробежных сил частицы грунта оседают, а вода поднимается в верхнюю часть и засасывается в насос 2. За счет фильтра, установленного в нижней части насоса 2, предотвращается попадание частиц грунта в насос, при этом вода проходит через насос 2 и вновь выбрасывается в скважину. Поднятый водой грунт оседает в гидроциклоне 3. Для опорожнения гидроциклона устройство извлекают из скважины и отвинчивают пробку 5.
Устройство после бурения скважины затем можно разобрать на отдельные элементы и транспортировать в багажнике легкового автомобиля.
Устройство может быть собрано из известных элементов, используемых в настоящее время для гидробурения.
Устройство мобильно, недорого в изготовлении и может быть применено для ручного бурения скважин при проходе пород, наполненных водой (водоносный слой, не подлежащий к использованию).
Устройство прошло испытания в полевых условиях при бурении на воду и показало высокую эффективность бурения в породах, наполненных водой.