Водозаборная скважина формируется при помощи разных методов бурения. Рассыпчатые и водоносныe грунты извлекают желобкой. Проходку по глинистым и каменистым породам осуществляют вращательным или вибрационным способом бурения.
Работа использует механизмы для разработки грунтов разных типов на разной глубине. Будем рассказывать о подборе технологии бурения, которая позволит быстро и качественно выполнить выработку для водозабора.
Текст иллюстрируется схемами, фотографиями и видеоуроками для лучшего понимания.
Виды буровых способов
Ранее добыча воды из подземных горизонтов для индивидуального потребления чаще всего проводилась путем . ручным способомИз-за сложности и продолжительности процесса далеко не у каждого владельца участка или дачи появился собственный источник воды.
Механизированное бурение всё больше заменяет ручной метод, делая работу проще и быстрее.
В настоящее время большинство водоносных скважин бурятся механизированным способом, состоящим в разрушении грунта и его подъеме на поверхность двумя способами: сухим, при котором отработанный грунт удаляют из скважины, или гидравлическим, когда его смывают водой под давлением или самотёком.
Существует три главных метода механического бурения.
- Вращательный (грунт разрабатывается вращением).
- Ударный (бурснаряд разрушает грунт ударами).
- Вибрационный (грунт разрабатывается высокочастотными колебаниями).
Вращательный метод наиболее эффективный, превосходя ударный в 3-5 раз, а вибрационный — в 5-10 раз. Помимо прочего, вращательный способ самый бюджетный и распространенный, поэтому его часто используют как основной при ручном бурении.
Способ вращательного бурения, популярный при создании скважин для водоснабжения, делится на четыре основные группы.
- колонковое;
- шнековое;
- ударно-канатное;
- роторное.
Каждый тип вращательного бурения обладает своими особенностями и требует специфического оборудования.
Специфика колонкового бурения
Колонковое бурение — это механический способ вращения, при котором извлекают глинистый или плотный песчаный грунт в виде керна круглой формы. Инструмент для колонкового бурения – массивные стальные трубы.
На верхушке бурового снаряда закрепляется устройство для соединения штанг, применяемых при увеличении длины буровой колонны. Внизу находится coroa, форма которой выбирается исходя из типа обрабатываемого грунта.
При бурении колонковым методом грунт разрушается кольцевой коронкой. Внутренняя часть керна остается нетронутой. Для упрощения процесса бурения в твердых и полутвердых суглинках, глиняных породах на забой подается промывочная жидкость.
Остатки шламa с места забоя могут удалять промывкой — нагнетанием большой массы воды в ствол выработки. Чаще применяют продувку сжатым воздухом, подаваемым компрессором внутрь трубы. Такой способ бурения позволяет бурить скважины глубиной до 1000 метров и диаметром от 8 до 20 сантиметров.
Механическое колонковое бурение осуществляют установки ЗИФ, УГБ, УКБ, размещенные на автомобилях КАМАЗ, КрАЗ, трелевочных тракторах и др. ручного буренияКолонковую трубу сокращают и зовут колоколом или стаканом. По форме конструкция её напоминает перевёрнутый вверх дном предмет быта – стакан.
Колонковое бурение применяют при выполнении таких работ:
- геологоразведка полезных ископаемых;
- бурение разведочных скважин;
- Строительство колодцев для добычи воды различной глубины, включая нефильтрующие скважины в твердых горных массивах.
Для устройства частных скважин на водуВ определённых ситуациях колонковый метод применяют до начала работ с использованием шнекового или роторного бурения, выполняя при этом функции разведки и подготовки.
При бурении частных скважин применяют комбинированный метод: колонковое бурение совместно с ударно-канатным. Глинистые породы проходят через колонковую трубу. Пески рыхлых залеганий, гравий и галечник с песчаным наполнителем, не удерживающиеся в колонковой трубе, извлекают желонированием.
Колонковый способ менее эффективен по сравнению со шнековым при бурении скважин для водозабора. Шнек работает быстрее, но не обеспечивает полного освобождения ствола от породы. В паре его используют редко, если и применяют, то вначале проходят несколько метров шнеком.
Используемое оборудование и инструменты
При колонковом бурении применяют такие инструменты:
- Коронки для бурения из алмаза или других прочных материалов: стали, вольфрама и победита.
- колонковая труба;
- труба для отвода шлама;
- Штанги, необходимые для увеличения длины буровой колонны.
- Сварные соединения, переходники для труб, спускной сальник.
При бурении в скальных породах буровая коронка интенсивно изнашивается и требует замены. Изготавливают коронки из дорогостоящего материала, способного выдержать огромные нагрузки, самым популярным вариантом считаются алмазные буровые.
Все инструменты, применяемые при бурении, обязаны быть расположены строго по оси бурового ствола.
Технология колонкового бурения
Бурение колонковым способом характеризуется тем, что порода проходит через колонковую трубу, полностью сохраняясь внутри неё. В процессе работы бурильного оборудования коронка разрушает грунт по кольцу, который при погружении трубы проталкивается внутрь и удерживается там за счёт своей плотности.
Извлекают заполненную трубу из шахтного ствола, затем освобождают её от керна, постукивая по ней кувалдой.
Процесс колонкового бурения осуществляется поэтапно.
- Колонковую трубу присоединяют к бурильной коронке.
- Колонковую трубу присоединяют к штангам, увеличивающимся по мере погружения.
- Верхнюю часть штанги устанавливают на буровой станок.
- Буровой станок приводит в движение колонну, медленно проталкивая её в почву.
- Трубка заполняется постепенно керном, что представляет собой утрамбованный грунт.
- После пройденного участка в 50-70 сантиметров буровую колонну поднимают на поверхность. Поочередно отсоединяют штанги до тех пор, пока не получится вынуть колонковую трубу.
- трубу освобождают от выбуренной породы;
- В скважину вновь помещают пустой снаряд, увеличивая длину буровой колонны трубами.
Работы выполняются по данной схеме до момента прохождения скважиной водоносного горизонта и погружения ее на 50 см в нижний, непроницаемый слой породы.
Если фиксировать верхний водоносный горизонт не требуется, то верхние пласты могут . бурить с промывкойВ такой ситуации насос подаёт промывной раствор по шлангу в трубы. Раствор выводит извлекаемый грунт наружу.
Веские достоинства и недостатки
По сравнению с ударно-канатным и роторным методом колонковое бурение значительно сокращает время работ. Её минус — невозможность поднятия рыхлых грунтов и насыщенных водой галечников. Прокладывание по скальным породам происходит медленно, а для проходки валунов нужен долото.
К достоинствам колонкового бурения относят:
- Высокая производительность и возможность бурения скважин глубин свыше 100 метров.
- Сокращение нагрузки на бурильное оборудование за счет разрушения глинистых пород, аналогичного их извлечению.
- Применимость мобильных буровых установок малого размера.
Колонковое бурение – самый быстрый способ добычи воды из грунтовых источников. За один рабочий день можно пробурить скважину до песка. вручную водозаборная выработка отнимет намного больше времени.
Особенности шнекового бурения
Шнековое бурение широко применяют для строительства водоносных скважин в частном секторе.
Процесс отличает полное извлечение породы из ствола скважины без помощи вспомогательного оборудования. Техника напоминает завинчивание, позволяя бурить и удалять грунт одновременно.
Инструмент для бурения называется шнеком. Это металлический стержень с лопастями, который, завинчиваясь в грунт, разрушает породу, удерживаемую на своих лопастях. Из-за конструкции шнеком нельзя полностью очистить забой от пород. Поэтому его преимущественно используют для проходки верхних слоев грунта.
Шнековое бурение экономично и не требует больших физических усилий, что расширяет его применение: разведка полезных ископаемых, проведение коммуникаций, создание буронабивных скважин и некоторые другие задачи. бурение на воду.
Его используют для строительства абиссинских скважин, чтобы предотвратить полное закупоривание шланга-иглы в твердом грунте и упростить опускание ствола в предварительно разрыхленную породу.
Данный метод применим для бурения водоносных скважин глубиной до 30 метров в мягких и рыхлых грунтах, а также до 20 метров в средне-плотных. После проходки шнеком и установки обсадной трубы ствол очищается желонкой от остатков породы.
Шнек неприменим для работ в твердых горных породах. Его применяют для частичного бурения скважин глубиной до 120 метров, совмещая с другими способами: роторным, ударно-канатным, колонковым.
Задействованное оборудование и инструменты
Шнековое бурение выполняется с помощью буровой установки, состоящей из инструмента в виде винта из прочной стали. Колонна для бурения наращивается шнеками одинакового размера по мере погружения.
В набор входят лопастные долота, подходящие для работы с породами, которые легко разрушаются, и долота с округлыми или коническими головками, предназначенные для добычи твёрдых пород.
Большинство современных бурильных установок имеют пустые снаряды с обратными замками, запрещающими движение инструмента назад.
В процессе бурения режущие части шнека охлаждаются грунтом, а вырытая порода поднимается вверх по спиралям.
Технология шнекового бурения
По окончании бурения, достигнув глубины 1,5-2,0 метра, винт извлекают и в скважину помещают. обсадные трубыДиаметр скважин, создаваемых вращательным буром, варьируется от 50 до 200 миллиметров и определяется типом применяемого оборудования.
Обсадные трубы препятствуют обрушению стенок скважины. Это особенно важно для рыхлых несвязных грунтов. Потому у бурильщиков есть правило: при проходке супесей и суглинков применять шнеки с расположением лопастей под углом 30 — 60º, а при бурении песков плотного сложения – инструмент с лопастями под углом 90º.
При небольшом наклоне витков шнековой спирали шнек извлекает на поверхность большее количество несвязного отвала.
Плюсы и минусы применения шнека
Шнековая буровая технология обеспечивает быстрое создание скважин при правильном подборе диаметра шнека и угла наклона долот.
К достоинствам шнекового бурения относят:
- В ходе бурения грунт выносится наружу.
- Быстрое проникновение в почву без технических перерывов.
- Промывка ствола скважины не требуется.
- Внутри дома, в подвале, сверление возможно с помощью компактной шнековой установки или вручную, при помощи шнека.
- Первый элемент не нужно извлекать наружу и собирать/разбирать колонну бурильного оборудования, как в методике с колоннами.
Основной недостаток шнекового бурения заключается в невозможности работы на рыхлых и очень твердых почвах. В то же время шнек — превосходный инструмент для бурения в суглинистых, смешанных (глина и супесь) и мягких глиняных грунтах.
Применение шнека для обустройства водоносных скважин ограничивается ещё одним недостатком: очистка ствола от удалённой породы возможна только ударно-канатным способом.
Подобие шнека — змеевикШироко применяется в ручном бурении, точно так же разрушая породу и захватывая лопостями её для подъема вверх.
Характеристика роторного бурения
Метод вращательно-вибрационного бурения, где разрушение грунта происходит за счет долота, приводимого в движение ротором буровой установки внутри скважины. Ротор получает вращение от двигателя автомобиля или отдельного электродвигателя через приводной вал.
С помощью прямого или обратного способа промывки разработанный грунт удаляют из скважинной шахты. Раствор для промывки поступает либо самотеком, либо по трубопроводу от насосной станции.
Для добычи скальных и полускальных грунтов при создании глубоких скважин глубиной до 150 метров используется роторное бурение. Роторная буровая установка, оснащенная правильно подобранным долотом и утяжеленными бурильными трубами, эффективно справляется со скальными породами.
Буровики советуют применять эту методику бурения при выполнении таких требований.
- Разрез участка подробно изучен гидрогеологами.
Предстоит бурение скальных пород. Уровень залегания водоносной зоны в коренных породах установлен. - Артезианские скважины имеют давление, свойственное подземным водам.
- Постоянно можно подавать техническую воду для промывки скважины.
В южных областях возможно проведение роторного бурения круглый год, а в северных условиях использование этого метода затруднено из-за вероятности замерзания рабочей жидкости.
Применяемое оборудование и инструменты
Роторное бурение водоносных скважин проводится с помощью рамной или решётчатой вышки, на которой установлено подъёмное оборудование и остальные части буровой установки. Вышка позволяет поднимать и опускать в скважину бурильные колонны.
К комплектации буровой установки роторного типа относится:
- рамная или решётчатая вышка;
- двигатель с приводом;
- ротор и бурильная колонна;
- Насосы и очистка воды для промывки.
- Подъемные устройства, трубопровод высокого давления, вращательные элементы, уплотнительные кольца и прочее.
В самоходных установках для работы двигателя применяют мотор автомобиля, на котором размещён буровой агрегат. Мощность мотора определяет скорость вращения буровых инструментов.
Зубчатое устройство ротора передает вращение ведущей трубе, которая в свою очередь передает его на бурильное долото. Долото может иметь разные формы и изготовлено из прочных материалов: композитов, стали с алмазным покрытием и т.д.
Размер и форма долот подбираются индивидуально для каждого типа грунта, что повышает эффективность и скорость работ.
Своеобразие роторной технологии
Процесс бурения скважин для водоснабжения включает три шага.
- Разрушение породы при помощи долота.
- Поток нагнетаемой воды выносит разрушенную породу на поверхность.
- Установка труб для укрепления стенки скважины.
Вывоз поврежденной земли осуществляется методом обратной или прямой промывки.
Выбор метода промывки обусловлен спецификой ситуации: глубиной скважины, характеристиками грунта, доступностью объема промывочной воды.
В большинстве частных хозяйств применяют технику бурения с прямым промывом, включающую такие шаги:
- Опускание больших буровых долот в землю.
- вращение долота под воздействием ротора;
- Сооружение конструкции из бурильных труб, оснащение её отягощенными трубами и установление долота в нижней части.
- Выкачивание изношенной почвы с помощью насоса и гидроудара.
- Установка обсадной трубы для защиты от осыпания почвы в скважине.
- Провести бурение инструментом меньшего диаметра и повторить все шаги цикла.
Во время обратной промывки грунт удаляется из скважины по трубам бурильной колонны, а промывочная жидкость поступает между стенками скважины и трубами.
В приготовленную емкость поступает вода естественным путём, очищается от глины и отложений, и вновь направляется в скважину для извлечения новой партии горных пород.
Достоинства и недостатки роторного бурения
Главное преимущество роторного метода – возможность бурения глубоких скважин для водозабора в трещиноватом известняке.
Кроме того, этот способ бурения обладает следующими достоинствами:
- Отличная проработка пласта грунтовых вод в твердых горных массивах.
- Предлагается устройство скважин диаметром до двухсот сантиметров.
- Быстрое бурение при малом расходе энергии.
Роторное бурение требует организации промывки скважины, что является существенным минусом.
Какой способ бурения выбрать?
Все изученные методы механического бурения часто используются при создании скважин, снабжающих водой.
Подводя итоги, можно сказать, что:
- Колонковое бурение эффективно применяется при проходке в мягких глинистых грунтах. Этот способ пригоден для создания большинства артезианских скважин и может сочетаться с ударно-канатным методом, если это требуется.
- Шнековое бурение по назначению похоже на колонковое, но имеет менее качественную очистку ствола и нуждается в использовании желонки или длительной промывке скважины перед использованием.
- Роторная технология бурения является лучшим выбором для создания скважин в твердых почвах.
Цена создания скважины разнится в зависимости от используемого оборудования и сложности горных пород.
В другом тексте описано, как изготовить буровой станок самостоятельно. популярной статье нашего сайта.
Выводы и полезное видео по теме
Видео №1. Показано функционирование классической системы колонкового бурения с выходом керна за счет напора жидкости.
Особенности бурения скважины шнековым способом.
Видеоролик № 3 демонстрирует процесс колотьего бурения скважины. Промывка ствола скважины сопровождается установкой двойной обсадной трубы, наружный слой — из стали, а внутренний — из полимера.
Бурение скважины для получения воды – сложный процесс. Выбор метода бурения влияет на быстроту обустройства источника воды и его стоимость.
При подборе метода бурения важно учитывать тип грунта и глубину водоносного слоя. Эти параметры помогут определить оптимальный вариант для быстрой и недорогих работ по бурению скважины.
Разделяете ли вы опыт обустройства скважины на своем участке или хотите добавить полезную информацию к статье?
Напишите комментарий в форме ниже. Там же можно задать вопрос или уточнить спорные моменты текста.