БУРОВАЯ УСТАНОВКА "ИСТОК"

Полезная модель «Исток» относится к буровым установкам, позволяющими получать скважины в грунте и прежде всего на воду. Для такого вида бурения применяются самоходные и передвижные установки. Это УРБ-3А3, 1БА-15 на шасси автомобиля МАЗ; УРБ-2М, УРБ-2А-2 на шасси автомобиля ЗИЛ-131; УГБ-1 ВС на шасси автомобиля ГАЗ-66 или трактора ТТ-4; РБК-5 блоки которого смонтированы на прицепах, транспортируемых трактором «Кировец» и другие. Вес этих установок от 10 до 30 тонн. Выпускается такая техника крупными машиностроительными предприятиями. Эти буровые установки сложны, дороги в производстве и эксплуатации, что ограничивает их доступность не только населению, но и небольшим хозяйствам и предприятиям. Другим недостатком этой техники является их ограниченная доступность к работе на пересеченной, застроенной или занятой коммуникациями местности, а также на садовых и приусадебных участках, плодородный слой которых нарушается тяжелой техникой.
Например, прототип самоходная буровая установка УКБ 200/300 на транспортной базе автомобиля ЗИЛ-131 и двухосном прицепе, которая при отмеченных выше недостатках, имеет высокую механизацию буровых и вспомогательных операций за счет применения автономного дизельного двигателя и мощной разветвленной гидросистемы.
Установка позволяет бурить как вертикальные, так и наклонные скважины;
- широкий диапазон частоты вращения шпинделя обеспечивает бурение на оптимальных технологических режимах;
- регулятор скорости в гидросистеме подачи бура способствует поддержанию рационального режима бурения;
- пружинно-гидравлический зажимной патрон позволяет механизировать перекрепление шпинделя;
- перемещение станка по раме, подъем и опускание вышки осуществляется гидроцилиндрами;
- специальное укрытие и планетарная лебедка улучшают условия труда бурильщика.
Однако, эта механизация и энерговооруженность буровой установки УКБ 200/300, создающая ей универсальность бурения скважин различного назначения, совсем не востребована при бурении скважин на воду и имеет те же недостатки, что и буровые установки, отмеченные выше.
Целью полезной модели «Исток» является создание автономной мобильной буровой установки, относительно, небольшого веса и габаритов, с возможностью транспортировки легковым автомобилем и последующей переноски к месту буровых работ на скважине, установки обсадных труб внутренним диаметром, позволяющим размещать погружные насосы, имеющиеся в широкой продаже. Причем, конструктивное решение узлов должны позволить изготовление буровой установки из широко доступных материалов и комплектующих, ограничившись из оборудования сверлильным, токарным и фрезерным станками, бытовым сварочным трансформаторам и ручной дрелью.
Сущность полезной модели «Исток» в отличие от буровой установки УКБ 200/300, заключается в применении комплекса упрощенных технических решений модели в целом и подетально-узлового конструктивного исполнения механизмов, позволяющими упростить, уменьшить габариты, многократно снизить вес, использовать широко доступные материалы и комплектующие при изготовлении на широко распространенном универсальном технологическом оборудовании, что в конечном итоге значительно удешевит ее производство и эксплуатацию.
На фиг.1 изображен вид сбоку буровой установки «Исток» в сборе, а на фиг.2 - вид спереди. На фиг.3 изображено соединение бура с соединительной штангой в сечении А-А на фиг.2, а на фиг.4 - соединительной штанги с буровой штангой в сечении Б-Б. На фиг.5 изображен Вид В фиг.1, конструкция крепления одной из четырех установочных опор буровой вышки. На фиг.6 изображен Вид Г, соединение труб каждой из трех стоек, которые в сборе представляют собой буровую вышку. На фиг.7 изображен Вид Д разъемного фиксатора. На фиг.8 изображен Вид Е приводной станции. На фиг.9 изображен элеватор приводной станции Вид Ж фиг.8, а на фиг.10 его вид сверху. На фиг.11 изображена ручная лебедка в разрезе, а на фиг.12 Вид 3 на стопорное устройство лебедки. На фиг.13 изображена муфта подачи буровой штанги. На фиг.14 изображено крепление верхней части буровой штанги к карабину. На фиг.15 изображена нижняя обсадная труба из комплекта обсадных труб, устанавливаемых в скважину.
Состоит буровая установка «Исток» из следующих узлов. Основным инструментом бурения является колонковый бур 1 фиг.1. На мягких грунтах возможно использование шнековых, ложковых буров, на плывунах - бур стакан ложка с клапаном. Колонковый бур 1 представляет собой отрезок трубы длиной 1,5 метра, диаметром таким же, как будущая обсадная труба, либо незначительно больше. Наиболее оптимальный диаметр 130 мм. Сверху бур заглушен крышкой с устройством для крепления соединительной штанги 2 на фиг.3. В средней части бура противоположно друг другу прорезаны два продолговатых окна для очистки от вынутой породы. На нижнем торце трубы в специальных прорезях впаяны стандартные твердосплавные пластинки, образующие коронку. Вращение бура 1 фиг.1 осуществляется приводной станцией 4 через буровую штангу 3, соединенную непосредственно с буром 1 или через соединительную штангу 2. Соединительная штанга 2 изготавливается из стальной трубы 25x3,2 ГОСТ 3262-75, на концах которой приварены уголки, создающие квадрат для соединения с буром 1 на фиг.3, буровой штангой 3 на фиг.4 или с другой соединительной штангой. Буровая штанга 3 фиг.1 представляет собой два сваренных между собой стальных уголка Б28×28×3ГОСТ8509-72 в квадрат с равноудаленными по длине отверстиями для крепления с муфтой подачи 33 болтовым соединением. Вращение бура 1 осуществляется приводной станцией 4 через буровую штангу 3, соединенную с буром 1 или через соединительную штангу 2. Станция 4 имеет размеры 1200×600×300 мм и вес до 62 кг, что позволяет перевозить ее в легковом автомобиле с откинутым задним сидением.
Корпус 5 фиг.8 приводной станции сварен из швеллера и имеет форму параллелепипеда. В нем размещен трехфазный электродвигатель 6 мощностью 1,5 кВт 1500 об/мин. с конденсаторной батареей, обеспечивающей работу электродвигателя в однофазном режиме. Реверс выполнен пакетным переключателем на пульте управления 7 фиг.1. Для повышения энергонезависимости буровой установки вместо электродвигателя возможна установка, на сменных кронштейнах мотопилы, например, «Дружба» или «Урал» производства Пермского машиностроительного завода им. Ф.Э.Дзержинского, с установленным вместо шины и звездочки ременного шкива и промежуточной муфты выключения 8 фиг.8 вращения ременной передачи. Крутящий момент от двигателя 6 клиноременной передачей 9 передается на червячный редуктор 10, выходной вал которого расположен вертикально. С выходного вала червячного редуктора, за счет цепной передачи, вращение передается на элеватор 11. С элеватора крутящий момент через четыре поддерживающих боковых ролика 12 фиг.10 пластины привода 13 передается на квадратную буровую штангу 3 фиг.1, промежуточные штанги 2, бур 1.
Корпус 14 фиг.9 элеватора представляет собой отрезок толстостенной стальной трубы внутренним диаметром 200 мм. Этот диаметр и ограничивает максимальный диаметр буровых инструментов до 195 мм. На корпусе элеватора имеются две проточки-канавки 15 под четыре опорных ролика 16 на нижней канавке и два ролика на верхней. Между проточками приварена звездочка 17 цепной передачи 18 фиг.10. Сверху трубы элеватора приварен фланец 19 с бобышками 20 зацепления буровой пластины привода 13 штанги 3 фиг.1.
Подъем и опускание бура со штангами производится с помощью лебедки 21, системы блоков 22 и карабина 23, который обеспечивает вращение квадратной буровой штанги 3 относительно блока 22.
Ручная лебедка - это отрезок трубы 24 фиг.11 диаметром 100 мм с фланцами 25. С обеих сторон имеются ручки 26 для вращения (чтобы, при необходимости, можно было вращать вдвоем). Труба 24, являющаяся барабаном лебедки, установлена в специальном корпусе 27. Ось 28 ворота имеет храповое колесо 29 фиг.12, которое стопорится собачкой 30.
Заглубление бура 1 фиг.1 производится вилкой подачи 31 через проушины 32 фиг.13 специальной муфты 33 фиг.1 при вращении буровой штанги 3 с пошаговым упором концов вилки в прорези специальной стенки 34. На приводную станцию 4 с помощью двух поворотных и двух установочных опор 35 фиг.5 установлена буровая вышка высотой 7,5 метра, состоящая из трех стоек 36, 37 и 38, соединенных между собой стопорящимися пальцами 39 фиг.6. Стойки сварены из тонкостенных труб диаметром 20-30 миллиметров, причем, передняя часть буровой вышки за счет перекладин 40 фиг.2, представляет собой лестницу с поручнями, обеспечивающими доступ к блоку 22 фиг.1 и карабину 23, расположенных в оголовке верхней стойки 36. Карабин 23 в оголовке обеспечивает раскрутку, закрепленного троса 41 диаметром 5 миллиметров в работе. При бурении, подъеме и опускании инструмента все операции не требуют подъема на вышку.
Сила подъема бурового инструмента за счет ручной лебедки 21 и системы блоков 22 может достигать одной тонны. Кроме того, при необходимости, вилкой подачи 31 можно не только заглублять, но и поднимать, а это еще до 800 кг силы на подъем.
С помощью разъемного фиксатора 42 фиг.7, штанги фиксируются при их соединении и разъеме. Помимо этого фиксатор поддерживает верхний конец буровой штанги 3 фиг.1, снижая вибрацию.
Конструктивные решения, примененные при создании буровой установки «Исток» позволили снизить габаритные размеры и ее вес примерно в 100 раз по сравнению с буровой установкой УКБ 200/300. Разделение буровой вышки на три составляющих стойки 36, 37 и 38фиг.1 позволяет разместить их вместе со штангами 2 и 3 на внешнем багажнике, расположенном на крыше, таким образом, решая проблему транспортировки модели легковым автомобилем.
Работа буровой установки «Исток» на скважине.
На выбранном месте для установки станка выравнивается площадка и ручным способом выполняют углубление на высоту бура. В верхней части будущей скважины желательно для закрепления кромок укрепить короткую вставку из трубы, но с таким расчетом, чтобы в нее свободно прошел бур. Далее, на деревянных подкладках устанавливается приводная станция 4 фиг.1 и штырями забитыми в землю через проушины крепления 43 фиг.10 фиксируется на месте, соответственно ось элеватора 11 фиг.8 приводной станции и будущей скважины совмещаются. Затем, собранную из трех стоек 36, 37 и 38 фиг.1 вышку укладывают поручнями на приводную станцию и поручни соединяют с двумя поворотными кронштейнами 35 фиг.5. К вышке привязывают расчалки и поднимают вышку на приводную станцию. Для подъема вышки можно использовать лебедку 21 фиг.1, предварительно закрепив карабин 23 подъема, например, к стене дома. Поднятую вышку фиксируют в двух следующих установочных опорах 35 фиг.5, выверяют по отвесу и окончательно закрепляют расчалками. Блок 22 фиг.1 подвеса с карабином 23 должен находиться по центру элеватора 11 фиг.8. Затем к буровой штанге 3 фиг.1 подсоединяют бур 1, одевают пластину привода 13 фиг.10, муфту подачи 33 фиг.1 и с помощью двух цепных планок 44 фиг.14 соединяют с мундштуком карабина 23 фиг.1 блока подвеса 22. Буровую штангу 3 в сборе поднимают лебедкой 21 и опускают в скважину бур 1. Пластину привода 13 фиг.10 кладут на фланец 10 элеватора. Муфту подачи 33 фиг.1 болтовым соединением закрепляют в отверстии буровой штанги напротив верхней планки стенки 34 фиг.2. Вилку подачи 31, пропустив через проушины 42 фиг.13 муфты подачи упирают в паз стенки 34 фиг.2, включают двигатель приводной станции и при одновременном стравливании троса 41 с барабана лебедки 21 ведем заглубление бура 1 поочередным перешагиванием конца вилки подачи 31 по пазам стенки 34.
Установка обсадной трубы.
Обсадная труба 45 фиг.15 в скважину опускается по частям длиной от 1,5 до 4 метров. У первой нижней трубы нижнюю кромку 46 завальцевать внутрь, чтобы избежать зарезов в стенки скважины, а к верхним концам всех обсадных труб, кроме последней, приваривают от трех до пяти направляющих полосок 47, которые центрируют верхнюю трубу относительно нижней. Одна из полосок 47 нижней трубы имеет отверстие 48 за которые цепляется страховочная проволока или трос, который с достаточным запасом наматывается на барабан лебедки 21 фиг.1 вместо троса 41 подъема. Таким образом, поддерживается нижняя труба с помощью лебедки. Далее, между направляющих полосок 47 фиг.15 ставится следующая труба и производится опускание состыкованных труб с помощью лебедки. Для большей надежности соединения труб, возможна сварка полосок 47 на нижнем конце верхней трубы. Нижний конец первой обсадной трубы имеет отверстия 49 для доступа воды из водоносного слоя.
После установки обсадных труб, демонтажа буровой установки и удаления первой короткой трубы-вставки, скважину желательно промыть помпой под давлением 2-4 атмосферы. Большой приток воды в скважину вынесет из нее остатки от бурения и дополнительно вымоет объем вне трубы.