Виды бурения скважин

Для того чтобы обеспечить полноценное автономное водоснабжение загородного дома, дачи или приусадебного участка производится бурение скважины.

В зависимости от особенностей технологического сопровождения и геологических особенностей грунта, производится выбор технологии бурения скважин водой.

Исходя из особенностей технологии бурения скважины водой, глубина ее может достигать 150 метров. Некоторые технологии бурений скважины водой позволяют создавать скважину глубиной в 10 метров.

1 Какие есть виды скважин на воду?

Прежде чем начать бурение, следует учесть, что каждая отдельно взятая технология бурения скважин на воду определяется типом создаваемой скважины.

Современные технологии бурения ориентируются, в первую очередь, на то, какой вид скважины будет наиболее подходящим для той или иной местности.

Технология строительства скважин подразумевает, что большинство объектов пронизывают первый водоносный горизонт и доходят до первого толстого пласта, залегающего под землей песка.

Технология бурения скважин на воду при наличии качественного бура рунного типа и бензобура, позволяет без особых затруднений произвести бурение такого объекта своими силами.

Типичные скважины фильтровального типа представлены в виде аналога обычного колодца. Через всю ее глубину попадаются линзы с водонасыщенными слоями песка и пласты глины.

В таких слоях нет быстрого перемещения и течения подземных вод, вода в линзах собирается посредством капиллярного метода. Как уже упоминалось выше, новые технологии бурения ориентируются на разновидности скважин.

Трубчатый абиссинский колодец сооружается с ориентировкой на глубину в 8-12 метров. Его отличие от обычного колодца заключено в том, что в воду не проникают загрязняющие частицы пыли, грязи и других чужеродных элементов.

Сама конструкция представлена в виде трубы, на конце которой находится перфорированный участок, который снабжен обмоткой из металлической сетки, выполненной с применением нержавеющей стали.

Перфорированные элементы монтируются на тех участках, где присутствуют крупнофракционные виды песков с примесями гальки. Из такого источника можно наладить водозабора с одновременным применением двух добывающих точек.

Скважина артезианского типа бурится с ориентировкой на большую глубину. В большинстве случаев она составляет 150-200 метров, и напрямую зависит от глубины залегания известняковых слоев. Такая скважина может обеспечивать питьевой водой сразу несколько загородных домов в течение более чем 50 лет.

Читайте также: как выполняют бурение скважин для питьевой воды?

к меню ↑

2 Современные технологии бурения: виды, отличия, преимущества и недостатки

На сегодняшний день активно применяются четыре основных способа бурения скважин на воду. Каждый из них имеет свои специфические особенности и технологию проведения работ. Эти способы представлены в виде:

• Шнекового бурения;
• Роторного бурения;
• Ударно-канатного бурения;
• Ручного бурения.

Ряд отличий заключен в способах реализации разрушения пород и методах извлечения грунта из скважинного ствола. Каждый из вариантов предусматривает применение особых видов оборудования. Это оказывает влияние как на качество, так и на общую стоимость проводимых работ.
к меню ↑

2.1 Шнековое бурение

Такой способ повсеместно считается наиболее простым и экономически целесообразным. Смысл применяемой технологии заключается в том, что выемка грунта из лунки производится при содействии классического инструмента – Архимедова винта, который называется буровым шнеком.

Представленный способ применяется для создания скважин, глубина которых не будет превышать более 10 метров. Это подойдет не только для водяных, но и для
скважин под свайный фундамент. Для промывки сооружения и шнека от налипшей почвы применяется вода или образовавшийся буровой раствор.

Для проведения представленных работ активно применяется так называемая установка для шнекового бурения. Осуществление такого типа бурения не может проводиться во всех видах грунтов.

Как правило, он применяется в сухих и обладающих относительной мягкостью разновидностях грунта. Такой способ не подходит для бурения плывунов и твердых скальных пород.

При осуществлении выбора исполнителей для проведения подобных работ, в первую очередь стоит учитывать их опыт и квалификацию. Достоинства метода шнекового бурения заключаются в:

• Простоте организационных работ;
• Мобильности;
• Доступности используемой техники (Газ-66 или ЗиЛ-131).

К недостаткам относится невозможность осуществления бурения на большую глубину, работы в скальных породах, сыпучих песках и плывунах.

Читайте также: принцип работы мотора редуктора для буровой установки.

к меню ↑

2.2 Роторное бурение

Если производится роторное бурение скважин с большой глубиной (более 50 м), то при этом задействуется специальная бурильная труба. В ее полость помещается вал вращающегося типа, который снабжен наконечником-долотом.

Из-за работы гидравлической установки производится нагрузка на долото. Такой метод, на сегодняшний день, общепризнанно считается наиболее распространенным и востребованным.

С его помощью может быть достигнута практически любая необходимая глубина бурения. Для того чтобы производить вымывание продуктов бурения из скважины применяется отработанный бурильный раствор.

Подача бурильного раствора в трубу осуществляется при помощи реализации двух способов. Закачка может производиться при помощи насоса, в результате чего раствор самотеком выходит из трубы в затрубное пространство. Этот метод получил название прямой промывки.

Второй заключен в том, что промывочная жидкость также посредством самотека проникает в затрубное пространство. Затем, во время работы насоса, она вместе породой высасывается из бурильной машины.

Этот метод называется обратной промывкой. Обратная промывка в разы увеличивает показатель дебета скважины. Это связанно с тем, что водоносный горизонт вскрывается наиболее качественно.

Стоит отметить, что при реализации представленной технологии к работам привлекаются сложнейшие виды оборудования, что напрямую влияет на стоимость выполняемых работ.

Исходя из этого, метод бурения, базирующийся на способе прямой промывки, наиболее экономически целесообразен, потому, большинство владельцев загородных домов предпочитают именно его.

Преимущества роторного типа бурения заключаются в высокой скорости проходки, составляющей 1000 п.м. на станок/месяц. Это позволяет значительно сэкономить на обсадных трубах и снизить цену на проводимые буровые работы. Недостатки такого метода выражены в:

• Глинизации известнякового пласта (при использовании глинистого раствора);
• Больших потребностях в воде и глине;
• Необходимости утепления систем циркуляции в холодное время года;
• Невозможности опробования водоносного горизонта без пробного спуска;
• Сложностях с проведением обсадки скважины.

к меню ↑

2.3 Бурение ударно-канатным способом

Представленный способ является наиболее старым, трудоемким и довольно-таки медленным. Тем не менее, он все еще пользуется определенной долей популярности благодаря наименьшей (по сравнению с другими) степени затратности.

Скважина, полученная таким способом, получается очень качественной, и срок ее службы может составить более 50 лет. При реализации такого метода производится дробление породы с применением специального закрепленного над лункой тяжелого снаряда.

Ударное действие производится посредством поднимания снаряда на большую высоту и сбрасывания его вниз. Полученная в ходе работ разрушенная порода с помощью желонки удаляется из скважины.

Существенное преимущество представленного способа заключается в том, что при его реализации нет необходимости в применении бурильного раствора.

Эта особенность позволяет с высокой степенью точности произвести вскрытие водоносного горизонта, при этом обеспечив наиболее возможное максимальное значение величины дебита скважины.

Это напрямую влияет на увеличение ее эксплуатационного срока. Представленная технология по параметру трудоемкости проводимых работ значительно превосходит роторный метод.

При реализации ударно-канатного бурения, с выходом на последующие водоносные горизонты, требуется изоляция расположенных выше слоев. Для этого применяются дополнительные колонны обсадного типа.

Достоинства этого метода заключаются в полном отсутствии глиняного раствора в процессе бурения, что позволяет точно рассчитать время вскрытия водоносной линзы.

Недостатки заключены высокой стоимости работ, связанных с формирование проходки и необходимости обязательного перекрытия всех водоносных слоев с помощью обсадной трубы.
к меню ↑

2.4 Ручное бурение

Данная разновидность бурения является наиболее практичной и эффективной в тех случаях, когда возникают условия, связанные с ограничением площади проводимых работ.

Оно производится с применением обычного ручного бура, диаметр которого мажет варьироваться от 10 до 30 см. При этом, активно используются переходные штанги, рукоятки и всевозможные приспособлении для проведения очистки бура.

Глубина такой скважины, в большинстве случаев, составляет 10 метров. Это связанно с тем, что осуществление дальнейшей проходки требует применения значительных физических усилий.

Если в наличии имеется специальное подвесное устройство и блок лебедки, то глубина скважины может быть значительно увеличена. Среди достоинств представленного метода особенно стоит отметить:

• Возможность применения малогабаритных устройств;
• Отсутствие в необходимости использования тяжелой техники;
• Быстроту и сравнительную легкость организации проводимых работ;
• Возможность создания скважины в саде или подвале;
• Короткие сроки строительства;
• Быстрый и легкий ремонт;
• Общую дешевизну, связанную с малой глубиной.

Однако представленный способ имеет и ряд недостатков. Основным считается отсутствие возможности получения точной информации о присутствии водоносного горизонта.

Это напрямую связанно с малой глубиной проводимых бурильных работ. Кроме того, работы можно проводить только в тех грунтах, породы которых обладают мягкой или средней степенью твердости.
к меню ↑

byreniepro.ru

Содержание

Какие бурят скважины на воду ↑

Конструкция зависит от разрабатываемого пласта: на песок устраивают фильтровые скважины, на известняк — артезианские.

Артезианские бывают 4-х видов: классические, с двойной обсадкой, с кондуктором, с переходом. Артезианские воды залегают в водонапорных пластах и даже могут фонтанировать.

Фильтровые скважины бывают 2-х видов: механического и ручного бурения. Ручного бурения — это так называемые абиссинские колодцы (хотя в последнее время ручное бурение заменяют механическим: используют устройство с двигателем). Есть еще разведочные скважины, которые бурят на подготовительном этапе, но с их использованием не добывают воду, а ищут.

Артезианская скважина на воду ↑

Артезианская — глубинная скважина на воду. Для ее устройства требуется разрешение на использование недр, поскольку артезианские воды относятся к полезным ископаемым. Вокруг сооружения необходимо организовать ЗСО (зона санитарной охраны; регламентирует СанПиН 2.1.4.1110-02) с предварительной разработкой проекта. Подготовительный этап состоит из исследований, подготовки документации и ее согласования.

Артезианскую скважину бурят до водоносного пласта горных пород (обычно известняк).

Есть 4 вида конструкции сооружения:

1. Классическая: с обсадной трубой, доходящей до верхней границы водоносного пласта, и открытым стволом меньшего (относительно обсадной трубы) диаметра.
2. С двойной обсадкой: с двумя обсадными трубами, где первая (больше диаметром) доходит до границы водоносного пласта, а вторая (меньше диаметром) — в пласте; насос размещают во второй трубе; она перфорированная.
3. С кондуктором: с одной обсадной трубой, диаметром меньше диаметра кондуктора, отсекающего четвертичные отложения верхних слоев.
4. С переходом: телескопической конструкции из нескольких обсадных труб, где каждая последующая уже предыдущей (обычно их три).

Выбор зависит от расчета водопотребления, геологических характеристик, глубины залегания вод. Каждый вид артезианской скважины хорош для определенного грунта, но наиболее часто устраивают конструкции с кондуктором.

Фильтровая скважина на воду ↑

Бурят до водоносного песка на глубину до 30 м. Представляет собой обсадную трубу с фильтром на нижнем конце и оголовком на верхнем. Фильтр — перфорированный, сетчатый, щелевой — размещен на забойной трубе, входящей в водоносный пласт. Через отверстия фильтра вода поступает в трубопровод, откуда ее поднимает на поверхность насос.

Оголовок — наземная часть сооружения; в нем размещают насосное и сопутствующее оборудование. Насосы бывают погружными, поверхностными: выбор зависит от глубины залегания водоносного песка и водопотребления.

Абиссинская скважина ↑

Абиссинская – принципиально фильтровая скважина, но с той разницей, что труба очень узкая (дюймовая), и насос можно использовать лишь поверхностный. Отсюда малая глубина — до 10 м. Соответственно, некачественная вода, непредсказуемый дебит, низкий срок службы. Зато такую скважину можно пробурить своими руками при помощи банального садового бура. Потребность в воде для полива участка и других технических целей абиссинский колодец в большинстве случаев удовлетворяет полностью в течение нескольких лет.

Достоинства и недостатки фильтровой скважины ↑

Для скважины на песок не нужно собирать пакет документации, буровые работы согласовывать также не надо. Работы и оборудование не относятся к категории дорогостоящих (если не придется бурить много раз до обнаружения линзы). Скважину бурят быстро. В обслуживании и ремонте сооружение просто. Есть и недостатки:

• непредсказуемость залегания/поведения водоносных пластов;
• высокая вероятность смешения с грунтовыми и сточными водами;
• сравнительно низкий срок службы;
• отсутствие возможности прокачать скважину, ее частое заиливание, низкий дебит.

Виды бурения скважин на воду ↑

Всего есть три вида бурения: вертикальное, горизонтальное, наклонно-направленное. Бурение на воду в основном вертикальное, как ручное, так и механическое.

Есть три вида ручного бурения (их применяют для устройства абиссинских скважин):

• ударно-канатное,
• роторное,
• шнековое.

Бурение на воду: шнек выводит на поверхность разрушенную породу ↑

Механическое бурение бывает вращательным, ударным, комбинированным; его подразделяют по используемым буровым снарядам на:

• алмазное,
• вибрационное,
• дробовое,
• роторное,
• турбинное,
• шнековое,
• бурение электробуром и др.

Для разведочных скважин наиболее часто применяют метод колонкового бурения: породу разрушает кольцевая алмазная (или твердосплавная) коронка, через ее полость забирают керны.

Артезианские скважины бурят (роторный способ) посредством передвижных буровых установок на базе «КамАЗ», «Урал», «ЗИЛ». Породу разрушают шарошечным долотом. Наиболее часто применяют метод бурения с промывкой. Он позволяет в процессе забирать керны (раствор выносит разрушаемую породу на поверхность) для определения проходимого пласта и спрогнозировать дебит по поглощаемой жидкости. Реже применяют бурение скважин на воду с продувкой: разрушаемую породу удаляет поток газа.

В устройстве фильтровых скважин на воду наиболее востребовано шнековое бурение: разрушаемую резцом породу отводит на поверхность шнек. Этот метод очень популярен, поскольку не требует дополнительного оборудования для удаления измельченной породы и позволяет пройти 10 м вглубь за день. Однако он подходит только для мягких грунтов: камни, валуны, морены — слишком большая (зачастую непреодолимая) нагрузка для резца.

Оптимальный вид бурения выбирают по результатам геологического анализа.

Артезианская или фильтровая ↑

Устройство артезианской скважины регламентируют сразу несколько законодательных норм, в том числе закон «О недрах». Устройство колодцев и каптажей родников регламентирует СанПиН 2.1.4.544-96, где прописано, что основой выбора месторасположения источника нецентрализованного водоснабжения являются результаты санитарного обследования и геологических, гидрогеологических исследований территории. Владелец участка на этой стадии должен привлечь к работам специалистов (п. 3.2). В этом плане фильтровые скважины выигрывают, находясь вне регламентов: теоретически их можно бурить на своем участке без разрешения и прочих бумаг — это одно из основных достоинств скважин на песок.

Однако именно этот аспект — самый скользкий. На первый взгляд кажется, здесь можно серьезно сэкономить, но на деле без разведки фильтровая скважина рискует превратиться в дорогостоящую: своими руками ее не пробурить (максимум что можно сделать: арендовать оборудование; исключение — абиссинский колодец), а бурильщики взимают плату за каждый метр вглубь, и уже вторая скважина может продырявить не только землю, но и бюджет. Также выбор теряет очевидность, если учесть, что дебит песчаных скважин низковат, они сильно зависят от интенсивности эксплуатации (заиливаются и выходят из строя быстро, если их не используют зимой), срок службы может составить и менее 5 лет (это непредсказуемо), а срок службы артезианской — от 30 лет. К тому же качество воды несравнимое: артезианские воды залегают глубже и от этого в разы чище (естественная фильтрация в нескольких пластах делает воду практически безупречной).

Какую скважину на воду пробурить, чему отдать предпочтение — дорогой артезианской со сбором кучи бумаг или простой, недорогой, но совсем ненадежной фильтровой — решать вам.

aqua-guru.ru

Насколько углубляться?

Расположение водоносных слоев относительно поверхности почвы зависит не только от региона и гидрологических особенностей. Играет роль, вода какого качества является целью бурения. Специалисты различают три ключевых водоносных пласта различных по качеству воды, мощности запасов влаги, глубине залегания.

Недалеко от поверхности (3-10 м) находится первый водяной пласт, называемый верховодкой. Это как раз та вода, до которой можно без особых сложностей пробиться, если бурить своими руками. На пути бурения крайне редко попадаются твердые породы, поэтому, имея небольшой опыт и несложный инструмент, есть возможность устроить абиссинский колодец (так называется скважина для добычи влаги из верховодки). Мощность поверхностных водяных пластов небольшая, поэтому на дебет выше 0,5 м3 в час не стоит рассчитывать. Качество воды в большинстве случаев невысокое, которого хватает только для обеспечения технических потребностей.

Залегание песчаных водоносных пластов находится на глубине 10-35 м. Здесь удовлетворительная по качеству вода, значительнее мощность притока (дебет до 1 м3). Бурить своими руками до песчаного водоноса вряд ли целесообразно, хотя опыт показывает, что некоторым усердным водяным «старателям» это удавалось, если горизонт находился на небольшой глубине (до 15 м). В большинстве же случаев для устройства колодца «на песок» применяют механизированные методы бурения.

Глубже всего расположены известняковые водоносы (30-250 м), до которых бурением своими руками точно не добраться при самом поверхностном их расположении относительно поверхности почвы. Для того, чтобы достать рыхлый известняк, несущий самую качественную артезианскую воду, иногда не всякая бурильная техника подойдет. Приток воды здесь намного выше (3-5 м3) и зависит от мощности пласта и совершенства скважины. Теперь рассмотрим применяемые сейчас способы бурения скважин на воду, в том числе выполнимые своими руками.

Способы бурения скважины?

Выбор способа, который бы помог добраться до нужного водоноса, зависит, в первую очередь, от глубины залегания и особенностей грунтов. Выбирать же придется среди таких методов бурения:

• шнековый;
• роторный;
• ударно-канатный;
• ручной.

Каждый из перечисленных способов имеет преимущества, однако не всякий поможет добраться до глубоких пластов водных запасов. На какую глубину бурения можно рассчитывать, используя обозначенные виды бурения скважин, поговорим далее.

Бурение шнеком

Шнековая проходка скважины самая простая из применяемых механизированных технологий. Бурение происходит с помощью вращения винтоподобного приспособления, которое сначала разрыхляет грунт, врезаясь в него, а затем поднимает его к устью скважины. Бурить таким способом можно на глубину до 80 м при ширине колодца от 10 до 60 см.

Преимущество шнекового бурения в простоте технологии и ее сравнительно невысокой стоимости. В регионах с сухими и не твердыми грунтами такой способ бурения скважин предпочтительнее других, если бурить до верховодки или «на песок». Есть возможность достать шнеком до известняка, если он залегает не глубоко.

Недостаток метода в том, что он не подойдет при насыщенности грунтов скальными породами или наличии плывунов. Часто шнековый метод дополняется другими, что помогают пройти попадающиеся на пути бурения фрагменты скальных отложений.

Роторные бурильные установки

Роботу роторного бура можно сравнить с действием строительного перфоратора. Порода разбивается за счет вращения рабочей части и удара, который обеспечивает гидравлический механизм. Разрушенный грунт выводится на поверхность благодаря непрерывной промывке ствола глинистым раствором. Различают такие виды промывки:

• прямая;
• обратная.

Прямая промывка легче осуществима технически. При этом раствор подается в ствол и выходит к устью по затрубному пространству (между обсадными трубами и краем пробуренного ствола).

Обратная промывка сложнее технологически, однако дает лучшее вскрытие водоносного пласта и больший дебет скважины при последующей эксплуатации. Промывная жидкость заливается в затрубное пространство, после чего откачивается насосным оборудованием вместе с разрушенной в процессе бурения породой.

Роторное бурение самое технически сложное и дорогостоящее из применяемых методов, но незаменимо при желании достичь глубоких артезианских водоносов, особенно на сложных для проходки грунтах. Глубина бурения ротором достигает 300м, что позволяет вскрыть любые глубокорасположенные артезианские пласты. Еще одним преимуществом метода является высокая скорость проходки ствола.

Недостаток роторной технологии в применении больших объемов глинистого раствора, применяемого для промывки, вследствие чего глина загрязняет водоносный пласт вокруг скважины. Для того, чтобы оценить качество воды и ее приток, следует долго промывать пробуренный ствол, пока не станет подходить чистая вода.

Ударно-канатное бурение

К новым способам проходки ствола ударно-канатный метод не отнесешь, так как он является одним из первых, что применялся механизировано еще в начале прошлого века. Несмотря на то, что технология во многом не совершенна, она применима до сих пор ввиду своей простоты и хорошего качества изготовленной скважины.

Бурить грунт таким методом приходится долго. Суть проходки ствола в том, что с высоты падает тяжелый, зауженный снизу цилиндрический предмет (стакан) и за счет этого разбивает грунт. Выборка разрушенной породы происходит тем же стаканом, устроенным так, что грунт заходит в его полости и поднимается наверх вместе со снарядом. Подъем стакана происходит с помощью троса и лебедки, что установлена на треноге, или другом надежном каркасе, возвышающимся над уровнем почвы.

Для разрушения твердых пород, встречающихся на пути проходки ствола, используется ударная штанга, что бьет по стакану сверху, многократно умножая усилие. Часто для этих же целей дополнительно используется наконечник, выполняющий функцию долота.

Несмотря на трудоемкость ударно-канатного способа бурения, технология имеет и ряд преимуществ, главное из которых, — качественное вскрытие водоносного пласта с минимальным его загрязнением. Второй несомненный плюс, — технологическая простота, благодаря чему этот способ бурения скважин многие домовладельцы, как показывает опыт, с успехом применяют при устройстве неглубоких колодцев своими руками.

Если же цель бурения таким методом лежит глубже верхних водоносных слоев, следует позаботиться об обсаживании ствола трубами, чтобы отсечь плавуны и лежащие выше водные пласты.

Как чаще всего бурят своими руками?

С учетом того, что ручное бурение является очень трудоемким, на изготовление глубокой скважины рассчитывать не приходится. Опыт свидетельствует о том, что бурить глубже 10 м своими руками даже с несколькими помощниками тяжело физически, и на это уходит слишком много время.

Для самостоятельной проходки ствола обычно применяется ручной бур, что, по сути, является укороченным шнеком (принцип воздействия на грунт тот же). Вращение бура происходит за счет ворота, находящегося над поверхностью. При заглублении для соединения шнека и ворота используются соединительные штанги.

После проходки 15-30 см вся конструкция вынимается на поверхность и очищается от налипшего грунта. Чем больше глубина, тем процесс выемки и обратного помещения ручного бура в колодец становится сложнее, что сильно тормозит скорость бурения и ограничивает рациональную глубину проходки ствола.

Заключение

Современные способы бурения скважин позволяют добыть качественную воду с больших глубин. Однако этот процесс не каждому по карману, поэтому бурить своими руками с применением доступных для этого методов, домовладельцы будут еще долго, особенно в регионах, где близко от поверхности находятся водоносные пласты достаточной мощности при неплохом качестве воды.

vodakanazer.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