БУРОВАЯ ШТАНГА ДЛЯ МАЛОГАБАРИТНЫХ БУРОВЫХ УСТАНОВОК

Техническое решение относится к области горного дела, более конкретно к буровой штанге, и может быть использована в малогабаритных буровых установках при бурении в грунте с промывкой скважин, предназначенных для забора и подъема грунтовых вод с водоносных горизонтов, а также скважин для прокладки в них инженерных коммуникаций, в том числе, в условиях ограниченного пространства в месте бурения, под различными инженерными сооружениями.
Из описания к полезной модели «Буровая штанга для малогабаритных буровых установок» (RU 197793 U1, МПК E21B17/00 (2006.01)), опубликовано 28.05.2020) известно техническое решение буровой штанги для малогабаритных буровых установок, принятое в качестве ближайшего аналога для заявляемого технического решения. Известная буровая штанга для малогабаритных буровых установок содержит трубчатый корпус с размещенными на его концах жестко зафиксированными запрессованными металлическими резьбами. Причем металлические резьбы запрессованы с применением эпоксидного клея. При этом наружный диаметр буровой штанги выполнен от 15 мм до 60 мм, длина буровой штанги от 300 мм до 2000 мм, толщина стенки буровой штанги от 1,5 мм до 5 мм. Металлические резьбы могут быть выполнены из высокопрочных сплавов, а трубчатый корпус может быть выполнен из легкого металла или легкого сплава или из непластифицированного поливинилхлорида.
Известное техническое решение буровой штанги для малогабаритных буровых установок позволяет смонтировать из буровых штанг жесткую буровую колонну, достаточно прочную для выполнения возвратно-поступательного движения вдоль оси бурения. Однако известное техническое решение буровой штанги не лишено недостатков.
Так конструкция буровой штанги затрудняет её использование в условиях ограниченного пространства в месте бурения, например, в тесных помещениях, в подвалах, погребах. Это связано с тем, что буровая колонна, собранная из буровых штанг, выполненных по известному техническому решению, имеет прямолинейную жесткую конструкцию. Из-за этого при необходимости бурения скважин в условиях ограниченного пространства может оказаться невозможным поместить относительно длинную буровую колонну в ограниченном пространстве в месте бурения. В таком случае предварительная сборка буровой колонны целиком становится нецелесообразной. Приходится собирать и наращивать буровую колонну по месту ввода и по мере углубления буровой колонны в пробуриваемую скважину, и, зачастую, из относительно коротких буровых штанг. Это усложняет и замедляет процесс бурения в условиях ограниченного пространства в месте бурения.
При таких ограниченных условиях извлечение собранной буровой штанги целиком из пробуренной скважины так же затруднено, поэтому возникает необходимость разборки узлов соединения буровых штанг по мере извлечения буровой колонны из скважины. Соответственно, на извлечение буровой колонны из скважины затрачивается довольно много времени и, при этом, повышается вероятность обсыпки грунта в пробуренной скважине.
Все эти недостатки усложняют и замедляют процесс бурения в условиях ограниченного пространства в месте бурения с применением известной буровой штанги и ограничивают область её применения, а также повышают вероятность снижения качества выполнения скважины, то есть, снижают надежность процесса бурения с использованием известной буровой штанги.
Вместе с этим, известное техническое решение буровой штанги предполагает, что металлические резьбы должны быть запрессованы в трубчатый корпус с применением эпоксидного клея. Такой способ соединения деталей буровой штанги довольно трудоемкий и относительно долгий по времени, что усложняет сборку буровой штанги, а также требует дополнительные материальные затраты.
Также такой способ соединения усложняет разборку буровой штанги в случае необходимости замены её деталей, поскольку разрушение эпоксидного слоя в соединении требует приложения больших усилий, а также может привести к повреждениям деталей разбираемого соединения. Данный недостаток ухудшает показатели ремонтопригодности буровой штанги.
Технические проблемы, на решение которых направлено заявляемое техническое решение буровой штанги для малогабаритных буровых установок, заключаются в расширении области применения буровой штанги для малогабаритных буровых установок при сохранении надежности и упрощении процесса бурения скважины с использованием упомянутой буровой штанги, упрощении сборки и улучшении показателей ремонтопригодности буровой штанги для малогабаритных буровых установок.
Указанные технические проблемы решаются тем, что в буровой штанге для малогабаритных буровых установок, содержащей трубчатый корпус и металлические резьбовые головки, причем металлические резьбовые головки установлены на концах трубчатого корпуса и соединены с трубчатым корпусом посредством посадки с натягом, согласно заявляемого технического решения трубчатый корпус выполнен из полипропилена, а посадка с натягом выполнена посредством температурного деформирования трубчатого корпуса.
В предлагаемом техническом решении буровой штанги для малогабаритных буровых установок трубчатый корпус выполнен из полипропилена, а посадка с натягом выполнена посредством температурного деформирования трубчатого корпуса. Такое решение, благодаря эластичности и прочности полипропилена, повышает гибкость конструкции буровой штанги и, соответственно, повышает гибкость собранной из буровых штанг буровой колонны.
В свою очередь, гибкость буровой колонны позволяет предварительно собрать более длинный её участок, который было бы возможно поместить в ограниченном пространстве в месте бурения. Это повышает удобство использования собранной из буровых штанг буровой колонны и, значит, удобство процесса бурения на этапе его подготовки, тем самым, упрощает процесс бурения в целом.
Также, благодаря гибкости собранной буровой колонны становится возможным в условиях ограниченного пространства в месте бурения использовать предварительно собранную или наращивать по мере бурения буровую колонну из относительно длинных буровых штанг, то есть, уменьшить количество соединительных узлов между буровыми штангами по длине буровой колонны. Это также повышает удобство и сокращает время процесса бурения на этапе его подготовки, тем самым, упрощает процесс бурения в целом и, вместе с этим, повышает надежность процесса бурения.
Гибкость буровой колонны также позволяет более быстро и легко извлечь её из пробуренной скважины, поскольку становится возможным извлечь буровую колонну целой магистралью без разбора соединительных узлов между буровыми штангами. Это также делает удобным и упрощает процесс бурения в условиях ограниченного пространства в месте бурения. Вместе с этим, более быстрое извлечение буровой колонны из скважины и её гибкость снижают вероятность обсыпки грунта в пробуренной скважине до момента установки в ней обсадной трубы, что обеспечивает качество скважины и, значит, надежность процесса бурения скважины в условиях ограниченного пространства в месте бурения.
Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет использовать буровую штангу для бурения скважин в условиях ограниченного пространства в месте бурения и, при этом, обеспечить удобство использования собранной из буровых штанг буровой колонны и, следовательно, удобство процесса бурения, а также уменьшить количество соединительных узлов между буровыми штангами по длине буровой колонны и обеспечить качество скважины в процессе бурения, что является  техническими результатами заявляемого технического решения.
Данные технические результаты решают техническую проблему расширения области применения буровой штанги для малогабаритных буровых установок при сохранении надежности и упрощении процесса бурения скважины с использованием упомянутой буровой.
Вместе с этим, заявляемое техническое решение буровой штанги для малогабаритных буровых установок упрощает и убыстряет сборку буровой штанги, поскольку в месте соединения её деталей исключено использование эпоксидного клея, соответственно, при сборке не требуется производить работы по приготовлению и нанесению клея в место соединения деталей буровой штанги, а также не требуется время на застывание клея в соединении. При этом, благодаря термопластичности полипропилена, соединение полипропиленового трубчатого корпуса с металлическими резьбовыми головками посредством посадки с натягом возможно выполнить относительно легко и быстро, для чего, например, достаточно предварительно нагреть внутреннюю поверхность трубчатого корпуса на его концах до состояния размягчения материала, например, с помощью горячей воздушной струи из строительного фена, после чего посадить концы трубчатого корпуса на металлические резьбовые головки и оставить до остывания. Температурная деформация трубчатого корпуса в результате нагрева и последующего остывания его внутренней поверхности обеспечивает соединение с натягом трубчатого корпуса с металлическими резьбовыми головками, достаточно прочное для надежного использования буровой штанги в малогабаритных буровых установках в процессе бурения скважин. Такое соединение, в отличие от соединения запрессовкой с эпоксидным клеем, уменьшает вероятность повреждения деталей буровой штанги при её сборке, что является техническим результатом заявляемого технического решения буровой штанги для малогабаритных буровых установок. Данный технический результат решает проблему повышения надежности процесса бурения с использованием буровой штанги для малогабаритных буровых установок.
Также такое соединение, в отличие от соединения запрессовкой с эпоксидным клеем, требует меньших усилий при сборке, а также при разборке буровой штанги при необходимости её ремонта и замены деталей, что является техническим результатом заявляемого технического решения буровой штанги для малогабаритных буровых установок. Данный технический результат решает проблемы упрощения сборки и улучшения показателей ремонтопригодности буровой штанги.
В заявляемой буровой штанге металлические резьбовые головки могут быть дополнительно зафиксированы относительно трубчатого корпуса, например, посредством шурупов. Дополнительное фиксирование предотвращает смещение деталей соединения под нагрузкой, тем самым, дополнительно повышает надежность соединения. При этом использование для фиксирования соединения шурупов в сравнении с заклепками, используемыми в решении ближайшего аналога, дополнительно упрощает сборку буровой штанги и является более надежным, так как установка заклепок требует применения более сложных инструментов, а со временем соединение заклепками быстрее ослабевает и соединение теряет герметичность. Также использование шурупов для фиксирования соединения способствует повышению ремонтопригодности буровой штанги, так как после расфиксирования соединения, шурупы можно использовать в соединении повторно, в отличие от заклепок, которые в таком случае приходится заменять новыми.
В заявляемой буровой штанге металлические резьбовые головки могут быть выполнены из высокопрочного сплава.
В заявляемой буровой штанге металлические резьбовые головки могут иметь лыски под ключ, что дополнительно упрощает и убыстряет сборку и разборку буровой штанги, улучшает её ремонтопригодность.
В заявляемой буровой штанге посадка с натягом может быть выполнена, помимо температурного деформирования трубчатого корпуса, также посредством температурного деформирования металлических резьбовых головок, за счет их охлаждения.
На фигуре изображена буровая штанга для малогабаритных буровых установок в одном из вариантов её выполнения. Буровая штанга для малогабаритных буровых установок в одном из вариантов её выполнения содержит трубчатый корпус 1 и металлические резьбовые головки 2. Трубчатый корпус 1 выполнен из полипропилена, а металлические резьбовые головки 2 выполнены из высокопрочного сплава. Металлические резьбовые головки 2  установлены на концах трубчатого корпуса 1 и соединены с трубчатым корпусом 1 посредством посадки с натягом, выполненной посредством температурного деформирования трубчатого корпуса 1. Металлические резьбовые головки 2 зафиксированы относительно трубчатого корпуса 1 посредством шурупов 3. Металлические резьбовые головки 2 имеют лыски 4 под ключ, которые выполнены на открытой наружной поверхности металлических резьбовых головок 2. Одна из металлических резьбовых головок 2 имеет наружную резьбу 5, а другая из металлических резьбовых головок 2 имеет внутреннюю резьбу 6.
Сборку и использование буровой штанги для малогабаритных буровых установок осуществляют следующим образом. Определяют длину и внутренний диаметр трубчатого корпуса 1 из полипропилена, необходимые для обеспечения процесса бурения скважины в заданных условиях. Определяют необходимый диаметр посадочных мест обеих из металлических резьбовых головок 2, - с наружной резьбой 5 и с внутренней резьбой 6, с тем, чтобы обеспечить соединение трубчатого корпуса 1 из полипропилена с металлическими резьбовыми головками 2 посредством посадки с натягом за счет температурного деформирования трубчатого корпуса 1. Изготавливают трубчатый корпус 1, отрезая участок определенной длины от полипропиленовой трубы с определенным диаметром. Подготавливают металлические резьбовые головки 2 с посадочным местом определенного диаметра и, при необходимости, на их наружных поверхностях, не совпадающих с поверхностью посадочного места, выполняют лыски 4 под ключ. С помощью горячей воздушной струи, созданной, например, строительным феном, нагревают концы трубчатого корпуса 1 до состояния размягчения внутренней стенки трубчатого корпуса 1. После этого, удерживая металлические резьбовые головки 2 за лыски 4, и,  прилагая небольшое усилие, насаживают один нагретый конец трубчатого корпуса 1 на металлическую резьбовую головку 2 с наружной резьбой 5, а другой нагретый конец трубчатого корпуса 1 на металлическую резьбовую головку 2 с внутренней резьбой 6. После остывания концов трубчатого корпуса 1 в места соединений вкручивают шурупы 3 для усиления фиксирования металлических резьбовых головок 2 относительно трубчатого корпуса 1 и предотвращения их проворачивания в случае получения больших нагрузок в процессе бурения.
Изготовленные таким образом буровые штанги посредством свинчивания имеющихся на их поверхностях наружной 5 и внутренней 6 резьб соединяют друг с другом в буровую колонну, которую затем используют для бурения скважины. При этом количество буровых штанг в буровой колонне и длину буровой колонны, в том числе, длину буровой колонны, целесообразную для её предварительной сборки, определяют исходя из задач и условий проведения процесса бурения.
Гибкость и прочность буровых штанг, изготовленных по заявляемому техническому решению, позволяют размещать в месте бурения и извлекать из пробуренной скважины довольно длинную буровую колонну без повреждения скважины, даже если место бурения ограничено в пространстве, например, в тесных помещениях, подвалах, погребах. При этом в случае повреждения буровой штанги возможно с небольшими усилиями и быстро разобрать соединения трубчатого корпуса 1 с металлическими резьбовыми головками 2, произвести замену поврежденной детали и снова собрать буровую штангу, в том числе, по месту и в процессе бурения скважины и в условиях ограниченного пространства в месте бурения.