Бурильный инструмент

Метод базируется на дроблении грунта. После разрушения частицы породы извлекаются из котлована. Работы выполняются специальным буровым снарядом Шитца.

Существует несколько вариантов рабочего инструмента:

  • Для формирования котлована под скважину в почвах, состоящих из влажной глины или песчано-глиняной смеси, бурильная установка оснащается забивным стаканом. Для его изготовления применяется фрагмент трубы соответствующего сечения.
    Заостренный конец рабочего органа легко разрушает грунтовые пласты. В некоторых исполнениях торец инструмента дополняется острыми зубьями. Частицы раздробленной породы на стенках стакана извлекаются из скважинной шахты.

  • В сыпучих почвах для ударно-канатного способа бурения скважин в качестве снаряда используется желонка. Конструкция представлена фрагментом трубы, на конце которой установлен особый клапан. Предохранительное устройство удерживает разрушенный грунт внутри рабочего органа при извлечении на поверхность.
  • В твердых каменистых породах предыдущим инструментам сложно справиться с дроблением. Поэтому буровая установка оснащается шарошечным долотом. Такая методика ударно-канатного бурения скважин своими руками практикуется и в плотных почвах, состоящих из известняка.
Кроме рабочего инструмента в конструкцию оборудования включается лебедка, с помощью троса закрепленная на специальной треноге. Таким подъемником ударный снаряд извлекается из забоя.

Особенности бурения по различным грунтам


Для разных типов грунтовых пород ударно-канатного бурения скважин технология отличается. Рабочий орган подбирается в зависимости от физических характеристик разрушаемой почвы. В некоторых случаях приходится комбинировать ударный инструмент.

Рассмотрим методику подробнее:

  • При пробивке скважинного котлована в песках или плывунах допускается применять плоскую желонку. Она свободно разрушает рыхлый грунт и извлекает на поверхность. Обязательное требование для создания шахт в таких неустойчивых породах — обсаживание ствола, предотвращающее обрушение стенок. Нежелательно поднимать снаряд выше 0,5 м над обсадной трубой. Нарушение условия приводит к перекосу и заклиниванию колонны в шахте.
  • Двутавровая конфигурация долота используется для дробления гравийных горизонтов и галечных пластов. Выемка производится желонкой с плоским клапанным механизмом.
  • Для вязких грунтов, представленных пластичными глинами, рекомендуется применять ударный инструмент специфической конструкции. Усовершенствованные плоскостные снаряды или выполненные в форме двутавра долота дополняются крестообразными деталями.

Трудно разрушаемые валуны или крупные камни способны помешать вертикальному прохождению шахты. В таких случаях выработку приходится переносить в другое место. Справиться с дроблением породы повышенной твердости можно с помощью утяжеленного долота.

Трещиноватые пласты склонны к осыпанию. Для предотвращения обвалов ударное бурение скважин необходимо проводить с предельной осторожностью, контролируя параллельную обсадку стенок шахтного колодца.

Обсаживание стенок скважин

Некоторые загородные участки в Москве и пригородах располагаются на сыпучих рыхлых грунтах. Нестабильность породы может привести к обрушению выработки. Работы придется прекратить и перенести котлован в другое место.

Альтернативный вариант — одновременно с бурением скважины проводить обсаживание стенок. Технология заключается в укреплении ствола специальными обсадными трубами. Изделия выпускаются в 2 модификациях:


  • Муфтовые. С обеих сторон оснащаются резьбой. Фиксация выполняется резьбовым соединением с помощью муфт с внутренней нарезкой.
  • С высаженными концами. Для стыковки не требуются дополнительные крепежные элементы или особые фитинги. На одном из торцов производится высадка — увеличение сечения на толщину стенки за счет уширения путем нагревания. Она оснащается внутренней резьбой. На противоположной стороне выполняется наружная нарезка. Фрагменты колонны стыкуются ввинчиванием.

Некоторые владельцы загородной собственности применяют для обсаживания ствола трубы из ПВХ. Изготовители оснащают пластиковые изделия крепежными элементами.

Скважина на участке

При строительстве гидротехнического сооружения главное условие — выяснение геологических характеристик участка.

Это позволяет определить:

  • наличие водоносных пластов, доступных для бурения;
  • физические свойства грунтовых пород;
  • вид бурового инструмента;
  • длину обсадной колонны, зависящую от глубины и направленности скважинной шахты.

После геологического обследования местности владелец принимает одно из решений:

  • арендовать УКБ бурильный буровую установку канатного бурения и выполнить работы своими силами;
  • нанять специализированную бригаду.

Для самостоятельных действий можно изготовить треногу собственной конструкции. Треугольная пирамида выполняется из подручных материалов — деревянных брусьев или металлического профиля. Потребуется запастись подъемным механизмом для опускания в скважину обсадной трубы и манипуляций со снарядом. Высота вышки для бурения определяется размером единичного фрагмента обсадки.

Порядок выполнения работ

Начинать рекомендуется с подготовительных мероприятий. Первый этап — формирование площадки для монтажа треноги. Необходимо выкопать небольшой котлован размером 1,5х1,5 м и глубиной до 2 м. В этот приямок впоследствии устанавливается самодельная буровая вышка. Щитовые дощатые конструкции, закрепленные на стенках шурфа, предотвращают обвалы сыпучих пород, содержащихся в поверхностных пластах.

Следующий шаг — установка на подготовленной площадке треноги, выполненной своими руками. На вершине треугольной пирамиды монтируется лебедка с тросом, на котором закрепляется ударный инструмент. Обязательным условием является вертикальная ориентация конструктивных деталей бурильного оборудования. Малейшие отклонения не позволят установить в пробуренной шахте обсадную трубу.

Последующие работы по бурению скважин ударно-канатным способом выполняются по следующему алгоритму:


  • с двухметровой высоты самодельный забивной стакан с помощью ударной штанги погружается в грунт, разрушая его;
  • лебедкой или колодезным воротом рабочий орган поднимается на поверхность, извлекая раздробленные частицы почвы;
  • снаряд освобождается от разрушенных грунтовых фрагментов, и процедура повторяется циклически;
  • в зависимости от характеристик породы буровой инструмент заменяется желонкой или долотом.

В некоторых случаях поверхностные пласты увлажняют, поливая выработку водой. В других ситуациях в забой подсыпают сухой грунт.

Источник: zen.yandex.ru

Ударное бурение — достоинства и недостатки

Главные достоинства ударного бурения — простота и надежность. В скважину сбрасывается тяжелое остроконечное буровое долото, закрепленное на металлическом тросе. Вертикальные возвратно-поступательные движения долота разрушают структуру рабочей поверхности, то есть породу в забое. Для усиления удара при проходке твердых пород используется утяжеляющая ударная штанга, которая соединяется непосредственно с буровым инструментом. Таки образом, метод становится более эффективным и универсальным, нежели сверление и вращение механизма, которые свойственны роторному бурению.


Ударное бурение
ударное бурение

Тренога
тренога для бурения

Трос натягивается на буровой мачте с помощью электродвигателя. При подъеме бурового инструмента из забоя трос сматывается на барабан — это гораздо удобнее, чем разбирать и снова собирать бурильные штанги при роторном бурении, при котором осуществляется сверление пород.

При ударном бурении в сыпучих и оплывающих грунтах для укрепления стенок и защиты скважины от засыпания используются обсадные колонны.

Относительная малогабаритность буровой установки позволяет делать неглубокие скважины, в том числе скважины на воду, в труднодоступных или ограниченных по возможности размещения буровой техники местах. Мелкая скважина на воду способна дать небольшое количество воды, имеет нестабильный дебит, а вода требует обязательной очистки.

Недостаток ударно-канатного бурения – низкая скорость проходки. Так, сверление при роторном методе позволит дойти до водоносного слоя гораздо быстрее. Поэтому ударный способ применяют, если нужна скважина не глубже 250 метров. В истории известны случаи (в том же Китае), когда ударно-канатным методом бурили скважины глубиной до 1000 метров. Но на такую работу уходили десятилетия.

Недостатком также можно считать и то, что ударно-канатный метод пригоден только для вертикального бурения.

Виды ударно-канатного бурения


Бурение ударным способом вертикальных скважин делится на два типа:

  • бурение с промывкой;
  • сухое бурение.

Бурение с промывкой

Способ с промывкой используется чаще, он подходит для различных пород, включая базальт. Добавление воды в измельченную долотом породу образует шлам, который удаляется из скважины с помощью желонки (этот состав может использоваться в качестве компонента строительного материала). Желонка – это металлический забивной стакан с клапаном, который задерживает внутри сыпучие и неустойчивые породы. После удаления шлама процесс бурения можно продолжать.

Бурение с промывкой

Для ударно-канатного бурения твердых пород и бесперебойной работы оборудования требуется до 150 литров воды на 1 метр глубины. При бурении скважины диаметром 20 см извлекается около 200 литров шлама на каждые 3 метра.

Сухое бурение


В некоторых случаях допустимо только сухое бурение. Например, "мокрый" способ бурения не подходит для забора керна при геологических изысканиях. Керн получается низкого качества из-за смешивания породы с водой. Также вода мешает определению примесей, в то время как сухое бурение позволяет их выявлять.

При сухом ударно-канатном бурении скважины диаметром 20 см извлекается примерно 200 кг сухой породы на каждые 18 м глубины.

Источник: www.biiks.ru

Конструктивные особенности применяемого оборудования

Ударно-канатное бурение скважин подразумевает последовательное разрушение породы методом ее дробления. Для выполнения работы применяется буровой снаряд Шитца. Он состоит из комплекса деталей.

Стакан. При бурении скважин ударно-канатным способом применяется именно этот инструмент, который формируется из отрезка трубы подходящего диаметра. Его торец заостряется, что позволяет улучшить срезание грунта во время работы. Также на торце трубы могут находиться острые зубья. Это облегчает процесс разрешения грунта, который сформирован из влажной глины или смеси глины и песка. В результате почва прилипает к стенкам стакана и извлекается наружу.

Буровой стакан

Желонка. Представляет собой отрезок трубы, оснащенный клапаном. Он позволяет грунту проникнуть внутрь, но не выпускает его наружу. Это позволяет очистить скважину от разрушенной в ходе бурения породы.


Желонка для бурения

Долото. Используется при ударно-канатном бурении скважин своими руками, когда необходимо произвести разрушение каменистых грунтов.

Долото

Лебедка. Устанавливается для облегчения спуска ударного стакана, что обеспечивает процесс бурения.

Лебедка

Каркас с ударной штангой. Имеет вид треноги. Для эффективной работы высота конструкции должна превышать длину на 1,5 м или больше.

Каркас с ударного бурения

Трос. Обеспечивает перемещение режущего стакана на необходимую глубину. Трос обычно изготовляют из стали. Он должен иметь диаметр, превышающий 12 мм. Это обеспечивает достаточный запас прочности. Трос должен выдерживать нагрузки нестандартной величины, которые могут появиться в процессе бурения.

Преимущества и недостатки метода

Технология ударно-канатного бурения скважин имеет множество преимуществ относительно других способов:

  • при помощи данного метода можно качественно вскрыть водоносный горизонт и эксплуатировать его. Срок службы скважины превышает 50 лет;
  • при бурении ударным способом не нужно использовать воду или специальный бурильный раствор. Это очень практично;
  • при помощи данного метода для формирования колодца можно даже пробурить породу, которая очень легко впитывает промывочную жидкость;
  • к эксплуатации скважины можно приступать сразу после проведения всего комплекса работ;
  • ударный способ бурения не представляет опасности для водоносного горизонта. После проведения всего комплекса работ его засорение исключено;
  • ударное бурение скважин своими руками проводится с формированием отверстия с большим начальным диаметром;
  • при помощи данной бурильной установки можно проводить геологоразведочные работы. Осуществляется выемка породы по всей глубине.

В то же время ударный способ бурения скважин не лишен недостатков. Он характеризуется низкой скоростью проведения всего необходимого комплекса работ. Также данный метод не подойдет для территории, где присутствуют сыпучие песчаные грунты, или если необходимо сформировать скважину значительной глубины.

Особенности проведения бурильных работ в разных грунтах

При проведении канатно-ударного бурения своими руками в зависимости от находящихся типов грунтов следует придерживаться ряда рекомендаций.

Мягкая не сыпучая почва

Легче всего работать при помощи забивного стакана. На поверхность почвы его опускает лебедка. Когда внутри стакана собирается достаточное количество породы, ее извлекают наружу.

Сыпучая почва

Используется желонка с клапаном. Он предотвращает высыпание породы, которая извлекается только на поверхности. В данном случае в обязательном порядке производится укрепление стенок забоя. Для этого применяются обсадные трубы. Они углубляются в почву под действием собственного веса, что позволяет продлить срок службы скважины.

Свойства почвы

Диаметр обсадных труб должен быть немного больше от бурильного снаряда, что обеспечивает его прохождение на нужную глубину.

Каменистая порода

Для раздробления почвы используется долото, а для извлечения наружу – желонка. Чтобы расширить диаметр скважины применения обсадной колонны недостаточно. Для этого используют специальный расширитель с движущимися резцами. Его опускают через обсадную трубу. Когда он доходит до нужной глубины забоя, происходит раскладывание резцов. Они срезают грунт, что облегчает передвижение обсадной колонны.

Методика изготовления некоторых конструкций буровой установки

Для эффективной работы самодельной буровой установки ее необходимо оснастить деталями.

Обсадная труба

Изготовляется из пластика, асбоцемента, чугуна или другого металла. Ее начинают устанавливать при углублении на 4 м. Для соединения отдельных частей на концах труб нарезают резьбу или прибегают к сварке. Если их диаметр меньше 50 мм, можно использовать муфты.

Ударная штанга

Для ее изготовления используют цельные стальные болванки. Для их утяжеления внутрь заливают бетон. Отдельные элементы конструкции соединяются при помощи болтов или фланцев. Применение резьбы недопустимо. При сильном ударе такое соединение разрушается, что делает невозможным дальнейшую эксплуатацию ударной штанги.

Желонка

Для изготовления детали с простейшей конструкцией следует использовать отрезок трубы диаметром 90 мм, шарик из подшипника, стальной переход. Два последние элементы тщательно натирают наждачной бумагой. Это обеспечивает более плотное прилегание шарика к переходу. Для утяжеления желонки в ее верхнюю часть заливают бетон.

Канатный замок

Канатный замокДля его изготовления используют несколько элементов – металлический корпус (высверливают несколько отверстий для удаления воды), опорная шайба, втулка.

В верхней части замка устанавливают гребенку. В аварийной ситуации с ее помощью канат можно поднять на поверхность.

Опорная шайба необходима для защиты корпуса от разрушения во время ударов о грунт.

Конец троса протягивают во втулку, рассоединяют на части и фиксируют заливкой легкого сплава металла.

Технология проведения бурильных работ

Буровая установка своими руками устанавливается только на подготовленную к работе площадку. Монтаж самодельного аппарата происходит в небольшую яму – шурф. Он должен иметь глубину 2 м и габариты – 5х1,5 м. Это позволит предупредить обвал сыпучего грунта, который обычно находится на самой поверхности. Стенки шурфа укрепляют дощатыми щитами.

Только на подготовленную площадку производят установку вышки, работающей по принципу УКБ. При этом тщательно проверяют вертикальность монтажа основных конструктивных элементов. Малейшее искривление траектории движения забивного снаряда приведет к невозможности установки обсадной трубы и дальнейшей эксплуатации созданного сооружения.

Разрушение почвы начинают при помощи самодельного стакана из обрезка трубы. Ударной штангой его резко опускают на поверхность с высоты 1,5 м. При помощи троса с лебедкой стакан извлекают наружу и повторяют процесс сначала. При необходимости забивной снаряд меняют на желонку или долото, осуществляют увлажнение почвы или досыпают немного сухой породы.

Источник: promzn.ru

Бурильный инструмент

Инструменты, применяемые в процессе производства работ, подразделяются на технологические и вспомогательные.

Технологическая оснастка — это приспособления, с помощью которых буровым станком выполняется разрушение породы и извлечение ее на поверхность. Комплект специальных деталей, соединенных в заданной последовательности, образует буровой снаряд. Масса ударного снаряжения зависит от крепости разрабатываемой породы.

В стандартный набор входят:

  • долото;
  • раздвижная и ударная штанги;
  • желонки или стаканы;
  • канатный замок;
  • желоночное ушко.

Вспомогательный инструмент необходим для обслуживания основного оборудования в процессе бурения скважины.

К нему относятся:

  • канат стальной;
  • комплект приспособлений для работы с обсадными трубами (башмаки, хомуты, забивной снаряд и др.);
  • гаечные и разводные ключи.

Ударные долота предназначены для разрушения грунта в забое и для зачистки стенок скважины. Штанги применяют для увеличения веса бурового снаряда и удержания вертикального уровня выработки.

Замки канатные и переходники служат для сборки отдельных элементов в единый рабочий орган установки.

Желонки с клапаном плоской формы предназначены для удаления из выработки породы, размельченной долотами, а также для бурения в мягких слоях почвы. Для вязких глинистых пластов такой метод не подходит, в этом случае применяют желонки без клапанов (стаканы).

Стаканы имеют 1 или 2 продольных разреза для очистки приспособления от налипшей почвы. В нижней части приспособления размещается насадка, оснащенная рабочим кольцом с алмазной режущей кромкой.

Особенности бурения по различным грунтам

Метод механического бурения заключается в разламывании породы, подъеме ее наверх и укреплении стенок выработок. Грунтовый пласт в забое разрушают ударами, резанием, сколом или комбинированным способом.

Эффективность разлома породы и производительность бурения зависит от:

  • веса сбрасываемого снаряда;
  • высоты падения;
  • количества ударов в единицу времени;
  • прочности проходимых пород;
  • типа и качества режущей части долота.

Для разрушения твердых пород применяют тяжелый инструмент при незначительной высоте подъема и наибольшем количестве ударов. При проходке мягкой почвы требуется небольшое орудие, большая высота сброса и малое количество ударов.

Вязкие и крепкие породы следует пробивать в два подхода: разрушение выполняется с помощью долота, раздвижной и ударной штанг, а выемка шлама из выработки производится посредством желонки с клапаном.

Рыхлые почвы проходят одной желонкой, которая в процессе работы заполняется грунтом. После прохождения намеченного участка устройство поднимают из скважины, очищают и вновь опускают в забой.

Шлам доставляют на поверхность двумя способами: сухим (при помощи конвейера или сжатого воздуха) и гидравлическим, при котором порода вымывается водой, подаваемой в выработку под большим давлением.

Обсаживание стенок скважин

При использовании всех механических и ручных методов бурения стенки выработки укрепляют обсадными трубами (Ø 50-200 мм). Звенья конструкции соединяют ниппелями или муфтами. Верхний конец профиля оборудуют защитным патрубком, а низ колонны — алмазной коронкой, облегчающей установку сооружения.

Последовательность проведения работ:

  1. Вначале нужно проверить комплектность труб, измерить их, пронумеровать и сложить по порядку.
  2. Перед спуском с верхнего конца сегмента следует снять предохранительные кольца, зачистить и смазать соединительную конусную резьбу.
  3. Установить первую секцию, затем нарастить и опустить следующую трубу в муфту предыдущего сегмента при строгом соблюдении соосности и вертикальности конструкции.
  4. В случае принудительной установки обсадных профилей на верхнюю соединительную муфту наворачивают предохранительную насадку и с помощью забивной бабы равномерными ударами по этой головке вколачивают всю колонну в скважину.

Заканчивать монтаж секций необходимо посадкой обсадных труб на 2-3 м в глубь целикового грунта. Такой прием защитит внутреннюю поверхность скважины от попадания в нее песка и вышележащих почвенных вод.

Скважина на участке

Принимая решение о бурении скважины, нужно удостовериться в наличии воды на участке, установить глубину расположения водоносного слоя, определить количество и качество доступного ресурса. Для того чтобы получить такую информацию, необходимо пригласить специалистов, которые проведут геологические исследования грунта и дадут рекомендации по обустройству водозабора.

В зависимости от условий залегания горизонта и гидрогеологических особенностей почвы принято различать 3 типа источников:

  • верховодка;
  • межпластовые (песчаные);
  • артезианские.

Верховодкой называется временное сосредоточение подземных ресурсов в области аэрации, образовавшихся в результате фильтрации дождевых или талых вод. Запасы такого источника незначительны и зависят от объема атмосферных осадков в регионе проживания. Для системы водоснабжения дома такие ресурсы не используются.

Наиболее пригодны для устройства питьевого водопровода источники, находящиеся между плотными пластами пород (песчаные). Такие горизонты отличаются постоянством запасов и высоким качеством воды.

Артезианскими называются источники, залегающие на большой глубине между непроницаемыми водоупорными породами. Они хорошо защищены от поверхностных загрязненных стоков, отличаются большими и устойчивыми запасами ресурсов. Артезианские выработки оптимальны для снабжения питьевой водой жилых домов и мелких фермерских хозяйств.

Скважина представляет собой отвесную цилиндрическую выработку, расположенную перпендикулярно направлению движения водоносного слоя. Стенки источника закрепляются стальными обсадными трубами. Внутренний диаметр профиля зависит от перекачивающего оборудования (насоса, колонки и др.). В границах водоносного слоя конструкцию скважины снабжают очистными фильтрами.

Верхняя часть сооружения оборудуется защитным оголовком, предохраняющим источник от попадания в канал выработки сточных вод и других загрязнений. Устье водозабора должно находиться в смотровом колодце или кессоне. Размеры камеры зависят от количества размещаемого оборудования.

Порядок выполнения работ

Ударно-канатный способ бурения применяется для оборудования скважин глубиной от 5 до 30 м с диаметром ствола 75-325 мм. Процесс состоит из разламывания породы, подъема ее на поверхность, уплотнения стенок забоя и оборудования оголовка источника.

Инструкция по выполнению работ:

  1. Вокруг предполагаемой выработки сооружают настил из досок.
  2. В месте оголовка по центру вырезают отверстие, диаметр которого равен размеру ствола скважины.
  3. На площадку устанавливают бурильный станок (при использовании механического способа) или треногу с блоком и лебедкой (при обустройстве скважины своими руками).
  4. Через блок пропускают стальной канат.
  5. На конец троса при помощи специального замка крепят долото или желонку.
  6. Отвесом определяют центр выработки.
  7. На величину ударного снаряда выкапывают шурф.
  8. Проверяют соосность инструмента и скважины.
  9. Освобождают лебедку и сбрасывают снаряд.
  10. Поднимают желонку, очищают от грунта, наращивают штанги и повторяют процесс.
  11. По мере углубления забоя в скважину опускают обсадные трубы.
  12. Бурение выполняют до тех пор, пока снаряд не подойдет к водоносному слою.

Недостатки и преимущества процесса

Преимущества:

  1. Не нарушается природное состояние водоносного горизонта.
  2. Возможность оборудования глубоких скважин большого диаметра.
  3. Разрешается устройство выработок в регионах со сложными гидрогеологическими условиями.
  4. Бурение в безнапорных слоях любой мощности.
  5. Возможность производства работ на валунно-галечниковых отложениях и в местах с рыхлыми породами.

Недостатками ударно-канатного способа, кроме его высокой стоимости, являются коррозия обсадных труб и разрушение поверхности. В результате таких дефектов существует риск загрязнения питьевой воды неметаллическими включениями, а при разрушении стальной оболочки возникает возможность попадания ливневых вод в скважину.

Источник: scvazina.ru


Categories: Скважина

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.