Методы бурения скважин

Скважина на воду своими руками – это реальный способ обеспечить водой участок в рамках подготовки к строительству частного дома, тем самым построив на перспективу надежное водоснабжение на загородном участке, где отсутствует централизованная подача воды.

Обустройство такого водного источника требует существенных финансовых и трудовых затрат. Для бурения потребуются специальные приспособления и оборудование, но при правильной организации работ все можно сделать самостоятельно и надежно.

Технологии бурения

Для того, чтобы обустроить собственную скважину на воду, необходимо отыскать нужный водный пласт, определить глубину его залегания и пробурить в земле канал (ствол скважины), входящий в этот продуктивный слой. Ниже рассмотрены основные способы бурения.

Шнековый метод

Для такого бурения используется бур (шнек) в виде стержня с резцом на торце и лопастями, расположенными по винтовой линии. Элементарными шнеками можно считать садовые или рыболовные буры.

Суть технологии состоит во вкручивании инструмента в грунт путем его вращения и извлечении земли при его подъеме. Процесс может осуществляться вручную или механическим способом. Вручную шнековым способом можно пробурить скважину до глубины 8-10 м.

Такая методика считается наиболее простой и доступной, но ее можно использовать только при наличии достаточно мягкого или сыпучего грунта. Нельзя ее использовать и при наличии плывунов и скальных выходов. При наличии более твердой почвы или при более глубоком бурении необходима механизация вращения инструмента. По мере углубления ствола шнек прикручивается к секции бурильной трубы (колонны).

Гидробурение (гидродинамическое бурение)

Технология основывается на объединении традиционного бура и гидравлического воздействия.

При этом в зону бурения постоянно подается под давлением промывочная жидкость, которая:

• помогает разрушать землю;
• вымывает выбуренную почву, вынося ее на поверхность;
• охлаждает буровой инструмент;
• выравнивает стенки всего ствола по мере своего продвижения.

Она представляет собой воду, утяжеленную глиной, а подается в скважину при помощи помпы. При помощи гидробурения обычно делаются скважины глубиной 30-50 м, но с принципе, можно пробурить ствол и глубже 200 м. Для увеличения глубины бурения собирается бурильная колонна из штанг — труб длиной 1,3-2 м, диаметром 45-75 мм.

Пневмобурение (пневмоударное бурение)

Относится к ударно-вращательной технологии. При такой методике разрушение породы происходит путем ударного воздействия пневматическим инструментом (пневмоударником), при этом всей буровой колонне придается вращательное движение.

Для пневмобурения не страшны твердые породы, а проблемы возникают при глинистых, вязких грунтах, которые быстро забивают инструмент. Глубина бурящихся скважин невелика – до 50 м (обычно 15-25 м). Важное преимущество – большая скорость проходки.

Алмазный инструмент

Самым эффективным, но очень дорогим способом бурения скважин считается колонковая проходка с использованием насадок с алмазными коронками. Такие буровые установки способны осуществлять бурения с очень большой скоростью в грунте любой твердости. Основные недостатки – малый диаметр ствола (до 15-17 см) и стоимость проходки до 500-700 руб на 1 м.

Турбинная технология

Способ основан на продольном продвижении бурового долота, вращательное движение которому обеспечивает турбобур. Все это располагается на погружаемой колонне, которая наращивается штангами по мере углубления ствола.

Основной элемент – турбобур представляет собой двигатель, который погружается в забойную зону, т.е. не вращает всю бурильную колонну. Бурение может обеспечиваться малоскоростными (120-300 об/мин) и высокоскоростными (450-600 об/мин) двигателями, при этом в движение их приводит гидродинамическая сила, создаваемая потоком жидкости, действующим на лопасти двигателя.

Электробур

Эта технология принципиально не отличается от турбинного бурения. В данном случае вместо турбобура с лопастями в зону забоя погружается электродвигатель асинхронного типа. Использование электрического привода позволяет отказаться от бурильной колонны в виде труб и опускать электробур на кабель-канате.

Основной недостаток – пониженная работоспособность кабеля в скважинных условиях при частых спуско-подъемных операциях.

Винтовые двигатели

Это современные, усовершенствованные привода, опускаемые в забойную зону. Они представляют собой объемные, гидравлические установки роторного типа. Их вращение обеспечивается буровым раствором, а эффективность повышается использованием камер низкого и высокого давления.

Как бурят скважины для водоснабжения?

Любая скважина предназначена для подъема воды из глубинного водного пласта на поверхность. Ее принцип действия основан на обустройстве ствола в виде трубопровода за счет монтажа обсадной колонны (трубы) так, чтобы забойная часть с фильтром грубой очистки оказалась внутри источника воды, при этом подъем жидкости обеспечивается насосом погружного или поверхностного типа.

Таким образом, вода проникает через отверстия в нижней части колонны и принудительно поднимается по скважинному стволу на поверхность.

Виды

С учетом конструктивных особенностей и глубины выделяются следующие виды скважин на воду:

1. Абиссинская скважина (трубчатый колодец). Она сооружается путем забивания трубы в грунт, а потому глубина составляет не более 6-10 м. Вода поднимается с самого верхнего пласта (грунтовые воды) и имеет значительное загрязнение. Ее можно использовать в технических целях или для питья, но только после кипячения.
2. Скважина на песок. Она бурится на глубину 14-25 м, что позволяет использовать любой способ бурения. Обычно она обсаживается трубой диаметром 12-20 см. Дебит такой скважины небольшой и она предназначается для небольших хозяйств. В работе используется центробежный насос, устанавливаемый на поверхности.
3. Артезианская скважина бурится до нижнего, продуктивного водного пласта на глубине более 50 м. Вода в ней абсолютно чистая и используется для питья. Подъем из нее может осуществляться только с помощью погружного насоса.

Функциональные узлы

Любая скважина, независимо от глубины и разновидности, имеет следующие функциональные зоны и узлы:

1. Забойная зона или водозаборник. Это нижняя часть скважины, которая располагается в водном пласте. Здесь через перфорацию вода поступает внутрь обсадной колонны. Обязательный элемент – фильтр.
2. Обсадная колонная (труба) или всасывающая магистраль. Ее задача обеспечить герметичный канал для воды от забойной зоны до входа в насос (водозаборник насоса), который обязательно снабжается обратным клапаном для предотвращения обратного водного потока.
3. Насос. Он обеспечивает подъем воды, для чего создает определенное давление.
4. Гидроаккумулятор или накопительный бак. Этот узел отвечает за защиту оборудования от гидравлических ударов, обеспечения водного резерва и создания нужного давления в водопроводном трубопроводе.
5. Реле давления и контролирующая аппаратура.
6. Оголовок скважины. Это верхняя, наземная часть скважины, обеспечивающая защиту ее от загрязнения сверху, промерзания и распределения поднятой воды.

Оборудование

Для обустройства скважины на воду необходим такой инвентарь и оборудование:

1. Насос. Он выбирается с учетом глубины и производительности скважины, размеров обсадной колонны, протяженности водопроводной магистрали. При глубине ствола до 10-12 м чаще всего используется поверхностный, центробежный насос нужной мощности. Для глубоких скважин применяется насос погружного типа. Для него необходим несущий, страховочный трос и погружной электрокабель.
2. Насосная станция с системой автоматического управления процессом. В ней обязательно наличие контролирующих приборов и устройств защиты от перегрузок.
3. Гидропневмобак. Он предназначен для поддержания стабильного давления в системе и оптимизации работы насоса. Постоянный уровень воды в нем поддерживается с помощью реле уровня. Размеры резервуара зависят от мощности оборудования и дебита скважины. Объем может колебаться в широких пределах от 20-30 до 1000 л. Оптимальным считаются емкости объемом порядка 100-150 л.


4. Кессон. Скважинный оголовок может обустраиваться разными способами, но наиболее популярен кессон, представляющий собой металлический короб (бак), герметизирующий устье скважины. Он монтируется с небольшим заглублением (до 1-1,2 м) и имеет размеры, достаточные для размещения соединительного оборудования и обслуживающего человека.
5. Коммуникации. Кабель, провод для обеспечения надежного электропитания и водопроводные трубы от кессона до точек потребления воды.

Последовательность монтажа

Погружной насос монтируется в такой последовательности:

• установка обратного клапана (если его нет в комплекте насоса);
• закрепление на тросе и подключение кабеля;
• погружение насоса на нужную глубину;
• установка и подключение гидроаккумулятора (гидропневмобака);
• подключение и регулировка системы управления и контроля;
• установка и подсоединение фильтров тонкой очистки;
• подсоединение к точкам потребления (нагревательное оборудование, смесители и т.д.).

Схема скважинного устройства

Стандартное устройство глубокой скважины с погружным насосом имеет такую базовую конструкцию:

• перфорированный водозаборник обсадной трубы с отстойником;


• фильтр грубой очистки воды;
• погружной насос с обратным клапаном и водозаборником;
• водовод или труба (шланг) для подъема воды, соединенная с насосом;
• водонепроницаемый кабель для электропитания насоса;
• скважинный колодец или расширенная верхняя часть скважинного ствола;
• оголовок, кессон;
• запорная аппаратура (кран шарового типа);
• контролирующие приборы, манометр (до 8-10 Бар);
• механизм прокачки с шаровым краном.

Схема работы скважины достаточно стандартна:

1. Вода под напором пласта просачивается в отстойник и накапливается в нем.
2. При включении насоса вода поднимается вдоль обсадной колонны, поступает в насосный водозаборник и направляется вверх по водоводу.
3. В кессоне вода направляется в гидроаккумулятор, где создается определенный ее запас, после чего поступает в водопровод.

Как обустраивается скважина?

При достижении в процессе бурения продуктивного пласта – водоноса, начинается этап обустройства скважины для воды. Вначале в ствол опускается нижняя фильтрующая колонна, представляющая собой трубу с перфорированным наконечником, отстойной камерой и фильтром из нескольких сеток, которые предотвращают проникновение крупных фракций примесей.

Далее монтируется вся обсадная колонна, а зазор между ней и грунтом засыпается песком и щебнем мелкой фракции. Одновременно с засыпкой смеси осуществляется прокачка скважины путем подачи воды с герметизацией устья.

После очистки забоя на тросе опускается погружной насос с подключенным водоводом диаметром 25-50 мм в зависимости от дебита скважины. На оголовке производится закрепление обсадной колонны и устьевой защиты. В отводящей системе устанавливается запорный вентиль. В кессоне производится соединение водовода и водопроводного трубопровода.

Скважина является достаточно сложным гидротехническим сооружением, но при ее правильном обустройстве появляется надежное собственное водоснабжение. Все операции, начиная с бурения ствола, можно осуществить своими руками, но для этого необходимо соблюдать все рекомендации специалистов и пользоваться стандартным оборудованием.

Полезные видео

Самый дешевый и простой в изготовлении гидробур и его тест при бурении водоносной скважины:

Как пробурить своими руками ручным буром из листового металла, смотрим:

Та же скважина, назначение и устройство:

Способы и варианты очистки бытовой скважины от заиливания своими руками:

Перед бурением важно убедиться в достаточной продуктивности водного пласта, для чего необходимы профессиональные геологические исследования.

domavlad.ru

Забивание штангой

Штанга — это металлический прут 16-22 мм в диаметре, который можно наращивать по мере заглубления абиссинской скважины. Этим прутом наносят удары непосредственно по наконечнику фильтра, таким образом на все резьбовые соединения прикладывается растягивающая нагрузка, в результате резьбы не деформируются, а вся нагрузка по раздвижению плотного грунта приходится на наконечник.

Забивание бабкой

Бабка — специальное приспособление, ударная нагрузка от которого ложиться на ствол скважины. На оголовок скважины накручивается специальная насадка, по которой наносятся удары бабкой — груз с отверстием внутри. В этом способе вся ударная нагрузка ложиться на резьбы. Поэтому иногда бывает, что резьбы ломаются и скважина остается в земле.

И для того и для другого способа очень большие требования к качеству резьб. Они должны быть строго соосны с осью самой трубы. К сожалению в большинстве кустарных производств такую резьбу сделать трудно, поэтому если мастер нарезал резьбы на ближайшей металлобазе, то он рискует тем, что трубы сломаются, материал он из земли не вытащит и денег с хозяина не получит. Если же резьбы нарезаны на токарном станке с хорошей соосностью, то такая резьба будет гораздо более прочная, особенно при забивании бабкой.

Насос для такой скважины используется самовсасывающий, который подключается непосредственно к трубе и создает в ней разрежение (вакуум), и этот вакуум и поднимает воду на поверхность.

Абиссинский колодец имеет массу плюсов

• Обычно хорошее качество воды

• Мощность 10-30 литров в минуту, чего хватает для одной семьи

• Можно сделать в подвале дома

• Низкая стоимость

• Срок службы 5-30 лет

studfiles.net

Основные методы бурения скважин

Бурение на протяжении многих лет развивалось в весьма специальной и технической деятельности. Бурение с перемычкой буровых установок, как в былые времена редко происходит и большинство пробуренных скважин бурятся с пневмоударной техникой. Этот метод является быстрым и эффективным.

Водная скважина — это специально разработанные отверстия в местах скопления грунтовых вод, после чего устанавливается насос в отверстие для забора воды.

Как же бурильщикам удается сохранять вертикальную скважину, до установки кожуха, как удается снять просверленные куски породы из глубины на поверхность? Для этого нужны хорошие навыки и опыт. Буровые штанги довольно тяжелые и могут весить несколько тонн, если сверло слишком жесткое процесс проходит быстро, сверло будет быстрее изнашиваться; если не давить на сверло достаточно сильно, оно не пробурит грунт, нюансов в работе довольно таки много. Довольно часто в нескольких слоях горных пород встречаются одиночные скважины, каждая из которых требует различное буровое давление и скорость бурения. Когда в скважине появляется вода бурение становится еще более сложным и бурильщик должен точно понимать, какие силы нужны для дальнейшего проникновения.

Два метода, которые обычно используются в Российской Федерации для бурения водяных скважин, это вращательные и пневмоударные способы. Существуют и другие методы и комбинации этих методов, но эти наиболее распространенные. Большинство домашних скважин бурятся на 6 или 8 дюймов в диаметре. Артезианские скважины могут быть пробурены при больших диаметрах, иногда аж на 24 дюйма или больше.

Роторный способ бурения скважины

В роторном способе бурения скважин, главную роль играет сверло. Сверло прикреплено к концу бурильных труб. Оно изготовлено из прочных металлов, таких как вольфрам. При таком методе бурения также используется специальная жидкость (иногда называют буровым раствором), которая распространяется через бурильную колонну в скважину, а затем вытекает обратно на поверхность тем самым извлекая из скважины кусочки грунта на поверхность. Эта жидкость также служит в качестве формирования стабилизатора для предотвращения возможных обвалов неустойчивого песка или рассыпчатой породы, перед установкой обсадной трубы или же экрана. Кроме того, эта жидкость действует как смазка для сверла.

Пневмоударный способ бурения скважины

Эта техника использует сжатый воздух для того чтобы приводить в действие специальный молот установленный на конце бурильной колонны, которая помогает разбивать горные породы. Этот метод в настоящее время наиболее широко используется в Российской Федерации. Сжатый воздух, используется для работы с забойным пневматическим молотом, который наносит удары измельчая куски породы и вытаскивая их из скважины на поверхность вместе с водой, которая течет в скважину во время бурения.

Расходы на бурение скважины

Стоимость скважины зависит от прикладного дизайна, а также сложности построения скважины. Установка кожуха в краткосрочной перспективе может показаться дорогостоящим процессом, но она почти всегда окупается в долгосрочной перспективе. Этот корпус позволит скважине оставаться открытым в течение многих лет после завершения строительства, и при правильной установке поможет держать скважину чистым и свободным от глины и песка, которые могут повредить ваш насос. Таким образом, обратившись к профессионалам (аренда ямобура, для определения оптимальной конструкции вашей скважины, можно пробурить наиболее экономически эффективную в долгосрочной перспективе скважину.

yamobur.org

Содержание

Бурение — сложный технологический процесс, состоящий из параллельных, последовательных, комбинированных локальных процессов. Если рассматривать все существующие виды и разновидности, получится книга, причем неоконченная: любое, даже незначительное, изменение в технологии, инструментарии, составе промывочного агента — повод отразить это в названии.

Поэтому оставим теорию и займемся актуальным, практикой — повсеместно применяемыми методами бурения скважин на воду.

Механическое бурение скважин на воду ↑

Из разновидностей бурения для артезианских скважин наиболее часто применяют вращательное роторное. Оно относится к бескерновым (используют шарошечные долота), и важной задачей становится своевременный вынос на поверхность разрушаемой по всей площади забоя породы. Способ этот скоростной, экономичный, но подходит не для всех пород, поэтому его комбинируют с другими видами, когда это требуется. Для устройства фильтровых скважин часто применяют шнековый метод.

Механический шнековый способ ↑

Метод шнекового бурения скважины на воду применяют, когда не требуется глубокий проход, а породы не являются твердыми (глубоко и в камнях бур попросту не пройдет: резец не справится). Фильтровые скважины на воду неглубоки (бурят только до песка), твердые породы располагаются ниже, поэтому шнековое бурение применяют чаще всего. Шнек — транспортер измельченной породы на поверхность, что делает этот вид бурения рациональным: не нужны дополнительные оборудование и мероприятия для подъема грунта; сразу видно, какой пласт проходит бур.

С применением шнекового способа бурения скважину на воду устраивают за один день в подавляющем большинстве случаев.

Механический роторный способ ↑

Этот метод бурения применяют для проходки глубоких скважин (в основном артезианских). Используют тяжелую технику: буровые агрегаты, смонтированные на базе грузовых автомобилей «Урал», «КамАЗ», «МАЗ», «ЗИЛ». Разрушение породы проводят вращающимся долотом. Крутящий момент от двигателя (маршевый двигатель автомобиля или палубный, установленный на платформе) посредством сцепления и карданного вала передается ротору, ротор вращает бурильную трубу. Шарошечное долото соединено с бурильной трубой УБТ (утяжеленная бурильная труба), увеличивающей нагрузку на забой.

Бурение с промывкой (продувкой) ↑

Бурение с промывкой (вращательное роторное) активно применяют в устройстве артезианских скважин. В процессе проходки верхних слоев используют глинистый раствор, в процессе проходки известнякового слоя — чистую воду. Задачи промывочной жидкости — охлаждение рабочего элемента, вывод на поверхность разрушаемой породы, закрепление стенок скважины в процессе работ, снижение силы трения, создание давления на продуктивный горизонт. Циркуляцию промывочной жидкости обеспечивает либо насос, либо компрессор, либо оба устройства.

Промывка бывает прямой и обратной. Применяя прямой способ, промывочный агент закачивают внутрь трубы, а обратно он поступает через затрубное пространство. Применяя обратный способ, промывочный агент закачивают в затрубное пространство, а на поверхность он поступает непосредственно через трубу. Выбор способа промывки каждый раз индивидуален (зависит от параметров скважины, результатов геологических исследований). Промывочный агент не только выносит на поверхность породу (что позволяет делать забор керна в процессе работ), но и помогает определить дебит будущей скважины (его прогнозируют по поглощению раствора).

Обратную циркуляцию часто используют в бурении крупных скважин (большой диаметр кондуктора/обсадных труб) при проходе неустойчивых пород, в бурении с выносом керна. Продувка — то же, что промывка, но в качестве агента используют газ (скважину не промывают, а продувают).

Бурение скважин на воду своими руками ↑

Методы бурения скважин на воду, устраиваемых своими руками, относятся к ручным, но мало отличаются от механических. Главные различия — производительность и глубина. Однако бурят даже с промывкой. Часто используют садовый бур, применяют шнековый способ, другие виды буров, реже — ударно-канатный метод.

Ударно-канатный способ ↑

Ударно-канатный способ — самый простой. Бурят без помощи тяжелой техники, пользуясь специальной установкой, состоящей из:

• каркаса,
• ударной штанги,
• забивного стакана,
• троса, лебедки и блока.

Установка простейшая — тренога с забивным стаканом; стакан соединен тросом с лебедкой. Лебедкой стакан поднимают вверх, а затем отпускают: острой кромкой снаряд режет грунт. Стакан извлекают, грунт из него изымают и продолжают процесс. Если грунт сыпучий, используют желонку (простой стакан в таком случае не годится, так как теряет в пути все набранное) с заслонкой в нижней части, закрывающейся при наполнении снаряда. На каменистых грунтах нужно работать сначала долотом, а потом желонкой извлекать измельченную породу, но целесообразнее применить другой метод.

Ручной роторный способ ↑

В ручном роторном бурении из оборудования применяют:

• бурильную вышку,
• лебедку,
• бурильные штанги,
• обсадные трубы и сам бур.

Вышка и лебедка обеспечивают подъем бура и его спуск вместе со штангами (бурильная колонна). Здесь также можно использовать треногу как вышку. Трубы соединяют друг с другом — они образуют бурильные штанги; бур крепят к нижней. При использовании бура-ложки обсадную трубу устанавливают в процессе; такой бур свободно проходит сквозь нее. При использовании спирального бура его периодически извлекают и освобождают от грунта, разбирая бурильную колонну, а затем вновь собирая. Занятие не из легких, но пройти глинистые или гравийные пласты можно только спиральным буром («ложка» не возьмет гравий).

Шнековый способ ↑

Еще один ручной способ — бурение садовым буром, наращиваемым по ходу действия такими же бурами. Измельченную породу выносит на поверхность шнек (бур особой конструкции: резец разрушает породу, лопасти подают ее наверх). Вышка при таком способе не требуется, а садовый бур работает от простейшего двигателя, значительно облегчая проходку за счет снижения доли ручного труда. По окончанию бурения 10-метровую трубу (соединенные несколько) помещают в скважину и забивают в песок. При применении механического способа шнеком бурят разведочные скважины, получая керн непосредственно в процессе прохода.

Видео: бурение скважин на воду различными методами ↑

В представленных роликах показаны различные методы бурения скважин на воду.

Ручное бурение скважины на воду ударно-канатным способом ↑

Грунт удачный: молодой человек справляется, судя по всему, легко.

Механическое шнековое бурение ↑

Очень наглядный ролик. Нашли отличную линзу (вода пошла, почти как с артезианской). Будем надеяться, подозрительное дощатое сооружение не то, что мы думаем, а своеобразный сарай для хранения лопат (и септик где-то рядом не зарыт). Во избежание сюрпризов такого рода услугу надо заказывать «под ключ». Тогда на подрядчика ложится ответственность за близстоящие подозрительные сооружения: и моральная (я испортил воду всему поселку своим септиком), и уголовная (по части первой, самой легкой, 80 000 р. — гораздо выше, чем стоимость разведки).

Оптимистичное видео бурения своими руками ↑

То есть абсолютно — при помощи ручного ямобура. 50 см грунта за 2,5 минуты! Представив, как бур наращивают, каждый раз достают, разбирают колонну, освобождают от грунта рабочий элемент, вновь собирают, а главное, сколько на все это нужно простой физической силы (уже на вторых 50 см человек достал бур с трудом), мы пришли к выводу, что метод незаменим в геолокации кротов (правда, он несколько разрушающий) и создании расширенной карты их ходов, но не более.

aqua-guru.ru

Виды буровых способов

Ранее бурение водоносных скважин для личного пользования осуществлялось в основном ручным способом. Это было трудоёмкий и длительный процесс, поэтому не каждый владелец участка или дачи мог похвастаться наличием собственного источника водоснабжения. Постепенно механизированное бурение вытеснило ручные методы благодаря значительному облегчению и ускорению процесса.

Сегодня практически все водоносные скважины бурятся механизированным способом, который основан на разрушении грунта, подаче его на поверхность одним из двух способов: сухим, когда отработанный грунт убирается из скважины при помощи механизмов и гидравлическим, когда он вымывается водой, поданной под напором или самотёком.

Различают три основных способа механического бурения:

• Вращательный (грунт разрабатывается вращением).
• Ударный (бурснаряд разрушает грунт ударами).
• Вибрационный (грунт разрабатывается высокочастотными колебаниями).

Вращательный способ считается самым высокопроизводительным, в 3-5 раз превышающий по эффективности ударный и в 5-10 вибрационный. Кроме этого вращательный способ самый недорогой и доступный, его нередко применяют в качестве основного метода ручного бурения.

В свою очередь вращательный способ бурения, широко применяемый для сооружения скважин на воду, подразделяется на три основных вида бурения:

• колонковое;
• шнековое;
• роторное.

Каждый вид вращательного бурения имеет свои особенности и выполняется специально предназначенным для этого оборудованием. Рассмотрим эти виды бурения более подробно, определим, в чём их различия и какой метод необходимо применять в каждом конкретном случае.

Специфика колонкового бурения

Колонковое бурение — механический вращательный метод, при осуществлении которого глинистый или плотный песчаный грунт извлекается в виде керна цилиндрической формы. Буровой снаряд для колонкового бурения представляет собой толстостенную металлическую трубу.

Вверху колонкового бурового снаряда расположено приспособление для присоединения штанг, необходимых для наращивания буровой колонны. Внизу — коронка, вид которой подбирается в зависимости от категории подлежащего бурению грунта.

При проходке колонковым методом грунт разрушается кольцеобразной коронкой. Внутренняя часть керна при этом сохраняется в не разрушенном виде. Для облегчения процесса бурения по твердым и полутвердым суглинкам, глинам, скальным породам на забой подается промывочная жидкость.

Шлам с забоя иногда удаляют промывкой — нагнетанием в ствол выработки большого количества воды. Чаще всего промывку заменяют продувкой сжатым воздухом, поставляемым компрессором внутрь трубы. Данный тип бурения позволяет бурить скважины глубиной до 1000 метров и диаметром от 8 до 20 см.

Механическое колонковое бурение производится буровыми установками типа ЗИФ, УГБ, УКБ, монтированных на автомобили типа КАМАЗ, КРаЗ, трелевочные тракторы и т.д. В варианте для ручного бурения колонковую трубу укорачивают, называют колоколом или стаканом. С последним, перевернутым вверх дном предметом обихода, конструктивно схожа колонковая труба.

Бурение колонковым способом используется в следующих случаях:

• геологоразведка полезных ископаемых;
• бурение разведочных скважин;
• устройство водоносных скважин любой глубины, в том числе безфильтровых скважин в скальных породах.

Для устройства частных скважин на воду в некоторых случаях колонковый способ используется перед тем, как начать шнековое или роторное бурение, выполняя одновременно разведывательную и подготовительную роль.

В устройстве частных скважин колонковое бурение используется в комплексе с ударно-канатным. Глинистые слои проходят колонковой трубой. Пески неплотного сложения, гравий и галечник с песчаным заполнителем, которые не задерживаются в колонковой трубе, извлекают из ствола желонированием.

По эффективности колонковый метод несколько уступает шнековому способу бурения водозаборных скважин. Шнеком бурят быстрее, но он не позволяет полностью освободить ствол от пробуренной породы. Их редко используют в паре. А уж если приведется, то шнеком проходят первые несколько метров.

Используемое оборудование и инструменты

Для колонкового бурения используются следующие инструменты:

• буровые коронки из алмазного или другого твёрдосплавного материала (сталь, вольфрам, победит);
• колонковая труба;
• труба для отвода шлама;
• штанги, требующиеся для наращивания буровой колонны;
• муфтовые соединения, переходники между трубами, промывочный сальник.

При бурении в скальных породах буровая коронка быстро изнашивается и подлежит замене. Материал коронки — дорогостоящий, выдерживающий колоссальные нагрузки, наибольшее распространение получили алмазные буровые варианты. Все используемые в процессе бурения инструменты должны соответствовать соосности, т.е. располагаться ровно относительно оси бурения.

Технология колонкового бурения

Главная особенность колонкового бурения — прохождение породы с полным её сохранением в колонковой колонне. Т.е., при работе бурильного оборудования коронка по кольцу разрушает грунт, который по мере заглубления проталкивается в колонковую трубу и удерживается в ней за счет собственной плотности. При извлечении наполненной трубы из ствола выработки, ее освобождают от керна путем простукивания кувалдой.

Поэтапный процесс колонкового бурения выглядит следующим образом:

• бурильную коронку соединяют с колонковой трубой;
• колонковая труба соединяется со штангами, которые наращиваются по мере углубления;
• верхняя штанга закрепляется в буровом станке;
• бурильный станок вращает буровую колонну и постепенно «ввинчивает» ее в грунт;
• колонковая труба постепенно наполняется керном — заклинившим в ее полости грунтом;
• после проходки 50 — 70 см буровая колонна извлекается на поверхность, штанги по очереди отсоединяются до тех пор, пока не извлечется колонковая труба;
• трубу освобождают от выбуренной породы;
• опорожненный снаряд снова опускают на забой, наращивая буровую колонну штангами.

Действия производятся в описанном порядке до тех пор, пока скважина не вскроет водоносный горизонт и не заглубится на 50 см в нижележащую водонепроницаемую породу.

Если фиксация верхнего водоносного горизонта не является целью проходки, то верхние слои можно бурить с промывкой. В этом случае насос продаёт промывочный раствор через шланг внутрь труб. Затем раствор выносит выработанный грунт на поверхность.

Веские достоинства и недостатки

В сравнении с ударно-канатным и роторным способом механического бурения колонковое производится довольно быстро, значительно сокращая время проведения работ. Главный его недостаток — невозможность подъема рыхлых грунтов и насыщенных водой галечников. Медленно продвигается по скальным породам, для проходки валунов требуется долото.

К достоинствам колонкового бурения относят:

• высокую производительность и возможность бурить скважины глубиной свыше 100 м;
• сокращение нагрузок на бурильное оборудование за счёт разрушения глинистой породы, сравнимым с ее вырезанием;
• возможность применения мобильной буровой установки компактных габаритов.

Колонковое бурение — один из самых скоростных методов устройства водозаборных выработок. Скважину на песок с его применением можно пройти за один рабочий день.

Особенности шнекового бурения

Этот тип бурения сегодня наиболее часто используется при устройстве водоносных скважин в частных хозяйствах. Особенностью шнекового бурения является то, что разрабатываемая порода полностью удаляется из створа скважины без привлечения дополнительного оборудования. Метод напоминает ввинчивание, позволяет бурить на глубину и одновременно удалять ненужный грунт.

Используемый для бурения инструмент называется шнек. Представляет собой металлический стержень с лопастями. Завинчиваясь в грунт, шнек разрушает породу, которая задерживается на его лопастях. Из-за специфики конструкции шнеком невозможно полностью освободить забой от отвала. Поэтому его в основном применяют для проходки верхних слоев.

Бурение с использованием шнека не требует больших усилий и финансовых затрат, поэтому сфера применения данного способа достаточна широка: геологоразведочные скважины, прокладка коммуникаций, устройство буронабивных скважин и частично бурение на воду. Его сейчас активно применяют для устройства абиссинских колодцев, чтобы не забивать полностью скважину-иглу в плотный грунт, а слегка облегчить процесс погружения ствола в заранее разрушенную породу.

Метод подходит для разработки водоносных скважин глубиной до 30 м на мягких и рыхлых грунтах и до 20 м на средне-плотных. После проходки шнеком и установки обсадки, ствол скважины обязательно очищается желонкой от неизвлеченной породы.

Шнек категорически не подходит для работы в скальных породах! Его используют для частичной проходки скважин до 120 м, при этом данный метод комбинируется с другими: роторным, ударно-канатным, колонковым.

Задействованное оборудование и инструменты

Шнековое бурение производится буровой установкой, главным элементом которой является бурильный инструмент винтового типа, выполненный из высокопрочного металла. Буровую колонну по мере заглубления наращивают шнеками равного размера. В комплекте иногда применяются лопастные долота, необходимые для прохождения рыхлых пород, а также долота с круглыми или конусообразными головками, используемые для разработки твёрдых пород.

Большинство современных бурильных установок оборудованы полыми снарядами, оснащёнными реверсивными замками, которые не допускают движение инструмента в обратную сторону. Режущие части шнека в процессе бурения охлаждаются за счёт разрабатываемого грунта, а разработанная порода поднимается вверх по спиралям. Это позволяет проводить бурения без остановок, значительно уменьшая временные и энергетические затраты на создание водоносной скважины.

Технология шнекового бурения

После выполнения проходки, глубина которой составляет 1,5 — 2,0 м, шнек извлекается, и в скважину устанавливаются обсадные трубы. Диаметр водозаборной скважины, пробуренной при помощи шнека, составляет 50 — 200 мм и зависит от размера используемого инструмента.

Обрушение стенок скважины предотвращают обсадные трубы. Особенно это важно для рыхлых несвязных грунтов, поэтому у бурильщиков существует правило: использовать при проходке супесей и суглинков шнеки с расположением лопастей под углом 30 — 60º, а при бурении песков плотного сложения инструмент с лопастями под углом 90º. При меньшем наклоне витков шнековой спирали больше несвязного отвала выносит на поверхность шнек.

Плюсы и минусы применения шнека

Шнековый метод бурения позволяет произвести устройство скважины максимально быстро, при условии, что размер шнека и угол наклона долота были подобраны правильно. К достоинствам шнекового бурения относят:

• грунт поднимается на поверхность сразу в процессе бурения;
• высокая скорость углубления в грунт без технологических остановок;
• нет необходимости делать промывку ствола скважины;
• компактной шнековой установкой или ручным шнеком можно бурить внутри дома (в подвале);
• нет необходимости поднимать на поверхность первое звено и разбирать/собирать буровую колонну как при колонковом методе.

Главным недостатком шнекового бурения можно считать невозможность работы на сыпучих и очень твёрдых грунтах, но в то же время шнек — идеальный инструмент для бурения в суглинистых, смешанных (глина и супесь) и мягких глинистых грунтах. Ещё один недостаток, ограничивающий применение шнека для устройства водоносных скважин — необходимость применять ударно-канатный способ для очистки ствола от отваленной породы.

Характеристика роторного бурения

Роторное бурение — метод вращательного бурения, при котором разрушение грунта осуществляется при помощи долота, приводимого в движение в забое скважины от ротора буровой установки. Ротор вращается от двигателя автомобиля или отдельно установленного электродвигателя посредством приводного вала. Разработанный грунт вымывается из шахты скважины методом прямой или обратной промывки. Промывочный раствор может подаваться как самотёком, так и насосной станцией.

Роторное бурение применяется для разработки скальных и полускальных грунтов при устройстве глубоких скважин до 150 м. Роторная буровая установка с правильно подобранным долотом и утяжеленными бурильными трубами отлично справляется со скальными породами.

Специалисты-буровики рекомендуют использовать этот метод бурения при соблюдении следующих условий:

1. Гидрогеологический разрез участка изучен достаточно хорошо. Известно, что бурить предстоит скальные породы. Известен уровень залегания водоносной зоны в коренных породах.
2. Подземная вода обладает характерным для артезианских скважин напором
3. Имеется возможность бесперебойной доставки технической воды для промывки скважины.

В южных районах роторное бурение можно производить круглый год, а в северном климате применение этого способа ограничено из-за возможности замерзания промывочной жидкости.

Применяемое оборудование и инструменты

Роторное бурение водоносных скважин осуществляется с применением рамной или решётчатой вышки, на которой расположено подъёмное оборудование и остальные элементы буровой установки. Вышка даёт возможность поднимать и опускать в скважину бурильные колонны.

В состав буровой установки роторного типа входит:

• рамная или решётчатая вышка;
• двигатель с приводом;
• ротор и бурильная колонна;
• насосное оборудование и система очистки промывочной жидкости;
• подъёмное оборудование, напорная магистраль, вертлюг, сальники и т.д.

В самоходных установках в качестве двигателя используется ДВС автомобиля, на базе которого размещен буровой комплекс. В данном случае мощностью двигателя регулируются обороты бурового инструмента.

Ротор при помощи зубчатого устройства передаёт вращение на ведущую трубу, которая в свою очередь сообщает его на основной бурильный инструмент — долото. Долото может иметь различную форму и изготавливается из высокопрочных материалов: композиты, сталь с алмазным напылением и др. Для каждого типа грунта подбирается особый размер и форма долота, обеспечивая тем самым высокую эффективность и скорость проходки.

Своеобразие роторной технологии

Роторное бурение скважин на воду осуществляется в три этапа:

1. Разрушение породы при помощи долота.
2. Вынос разрушенной породы на поверхность потоком нагнетаемой воды.
3. Укрепление стенок скважины обсадными трубами.

Вынос разрушенного грунта производится путём обратной или прямой промывки. Выбор способа промывки зависит от конкретных условий: глубины скважины, типа грунтов, наличия необходимого объёма промывочной воды. Как правило, в частных хозяйствах используется технология бурения с прямой промывкой, которая включает в себя следующие этапы:

• заглубление в грунт долота большого диаметра;
• вращение долота под воздействием ротора;
• установка бурильных труб и монтаж утяжелённых труб между ними и долотом;
• удаление отработанного грунта напором жидкости при помощи насоса;
• монтаж обсадной трубы, чтобы предотвратить обсыпание грунта внутри скважины;
• бурение долотом меньшего диаметра и повторение всего цикла.

При обратной промывке грунт выносится из скважины по трубам бурильной колонны, а промывочная жидкость заливается между стенками скважины и трубами.

Вода самотёком поступает в предварительно подготовленный резервуар, где происходит её очистка от грунта и шлама, и возвращается в бурильную колонну за новой порцией отработанной породы.

Достоинства и недостатки роторного бурения

Главным достоинством роторного способа является возможность бурить глубокие скважины с забором воды в трещиноватом известняке. Кроме этого данный метод бурения имеет следующие преимущества:

• высокое качество вскрытия водоноса в коренных скальных породах;
• возможность устройства скважины большого диаметра до 200 см;
• высокая скорость бурения, небольшие затраты энергоресурсов.

Существенным недостатком роторного бурения можно назвать необходимость организации промывки скважины.

Какой способ бурения выбрать?

Все рассмотренные способы механического бурения широко применяются для устройства водоносных скважин. Подводя итоги, можно сказать, что:

1. Колонковое бурение целесообразно использовать для проходки в пластичных глинистых грунтах. Колонковый способ подходит для устройства большинства водозаборных выработок, при необходимости используется в паре с ударно-канатным.
2. Шнековое бурение по сфере применения схоже с колонковым методом. От него отличается некачественной очисткой ствола, требует обязательного использования желонки или долгосрочной промывки скважины перед эксплуатацией.
3. Роторное бурение — оптимальный вариант для пробивки стволов скважин в скальных грунтах.

Стоимость обустройства скважины с использованием того или иного метода бурения во многом зависит от того, какое оборудование применяется, а также от категорий пройденных пород по буримости.

Выводы и полезное видео по теме

Ролик с демонстрацией принципа классического колонкового бурения с извлечением керна напором воды:

Особенности бурения скважины шнеком:

Колонковое бурение скважины с промывкой забоя и установкой двойной обсадки, наружная часть которой выполнена стальными трубами, внутренняя полимерными:

Бурение водоносной скважины — трудоёмкий процесс. От правильности выбранного метода бурения зависит не только скорость устройства автономного источника воды, но и финансовые затраты. Первое, на что стоит обратить внимание при выборе метода бурения, это тип грунта и глубина залегания водоносного слоя.

Исходя из этих параметров, вы сможете выбрать оптимальный вариант, который позволит вам пробурить скважину быстро и недорого.

sovet-ingenera.com

Другие статьи по теме:

Колодец на глине Сколько нужно прокачивать скважину после бурения Почистить скважину Карта залегания водоносных слоев Глубина водоносного слоя Где на участке бурить скважину