Виды бурения скважин

Строительство водозаборной скважины связано с применением различных методов бурения. Рыхлые и переувлажненные почвы удаляют с помощью вора. Для бурения глинистых и горных пород используются методы бурения скважин, основанные на принципе вращения и вибрации.

В работу включены механизмы, позволяющие разрабатывать почвы разного типа и на разной глубине. Мы расскажем, как выбрать оптимальную технологию бурения, позволяющую быстро и бесперебойно производить изготовление устройства для всасывания воды.

Для наглядного представления предлагаемой информации текст дополнен полезными схемами, фото-подборками, видеогидами.

Типы бурения скважин

Раньше бурение грунтовых вод для личных нужд в основном производилось вручную. Это был долгий и трудоемкий процесс, поэтому далеко не каждый владелец участка или дачи мог похвастаться собственным источником водоснабжения.

Постепенно механизированное бурение пришло на смену ручным методам из-за значительного облегчения и ускорения процесса.

Сегодня практически все водозаборные скважины бурятся механизированным способом, который основан на разрушении грунта, подаче его на поверхность одним из двух способов: сухим, когда отходы грунта удаляются из скважины с помощью гидравлических механизмов и систем, когда он смывается водой, подаваемой под давлением или под действием силы тяжести.

Существует три основных метода механического сверления:

•  Вращательный (местность развивается вращением).
•  Ударная (бурснар разрушает землю ударами).
•  Яркий (земля развивается за счет высокочастотных колебаний).

Ротационный метод считается наиболее эффективным, в 3-5 раз эффективнее ударного и в 5-10 раз более эффективного. К тому же роторный метод самый дешевый и доступный, его часто используют как основной метод ручного сверления.

В свою очередь, метод вращательного бурения, который широко применяется при строительстве водяных скважин, делится на четыре основных типа бурения:

• столбчатый;
• жизни;
• ударная веревка;
• вращающийся.

Каждый вид роторного бурения имеет свои особенности и выполняется на специально разработанном оборудовании. Рассмотрим эти виды перфорации более подробно, определим, в чем их отличия и какой метод следует использовать в каждом конкретном случае.

Особенности колонкового бурения

Колонковое бурение - это механический роторный метод, при осуществлении которого глинистый или плотный песчаный грунт извлекается в виде цилиндрического керна. Корончатое сверло представляет собой толстостенную металлическую трубку.

В верхней части бурильной колонны находится устройство для соединения штанг, необходимых для строительства бурильной колонны. Ниже представлена ​​коронка, тип которой выбирается исходя из категории почвы, которую предстоит пробурить.

В керне разрушение породы осуществляется полой трубой с основанием, снабженным острым концом. Снаряд совершает вращательно-поступательные движения: врезается в землю короной, углубляет и удерживает захваченную породу. Полость трубы. Оболочка с захваченной из нее горной породой вынимается на поверхность и освобождается от земли, ударяя кувалдой по стенкам трубы. Корончатое бурение применяется для забивания связных глинистых пород: супеси с суглинком, глины . Такой бур не удерживает рыхлые пески, водонасыщенные пески, гравий, гальку и т.д.

При движении стержневым методом грунт разрушается кольцевидной короной. При этом внутренняя часть сердечника остается нетронутой. Для облегчения процесса бурения на твердых и полутвердых глинах, глинах, породах промывочная жидкость подается на забой.

Во время отбора керна грунт не разрушается, а «пробуривается» наконечником и захватывается колонковым стволом. Пробуренная порода извлекается на поверхность в виде керна - монолитного цилиндрического столба породы

Ил снизу иногда удаляют промыванием, закачивая в дерево большое количество воды. Чаще всего промывку заменяют продувкой сжатым воздухом, подаваемым компрессором внутрь трубки. Этот вид бурения позволяет бурить скважины глубиной до 1000 метров и диаметром от 8 до 20 см.

Механическое колонковое бурение производится с помощью буровых установок ЗИФ, УГБ, УКБ, установленных на КАМАЗ, КРАЗ, трелевочных тракторах и т.д. Центральная труба, перевернутая вверх ногами, имеет аналогичную конструкцию.

Корончатое бурение применяется в следующих случаях:

• геологическое изучение полезных ископаемых;
• бурение разведочных скважин;
• установка водоносных горизонтов любой глубины, в том числе нефильтрованных каменных колодцев.

Для устройства частных водозаборных скважин в некоторых случаях перед запуском шнекового или роторного бурения применяют керновой метод, выполняющий как разведочную, так и подготовительную роль.

При устройстве частных скважин колонковое бурение применяется совместно с ударным канатом. Слои глины проходят через центральную трубку. Рыхлый песок, гравий и гравий с песчаным заполнителем, не задерживающийся в центральной трубе, удаляют из ствола путем гелеобразования.

По эффективности базовый метод немного уступает шнековому способу бурения водозаборных скважин. Шнек пробуривается быстрее, но не позволяет полностью очистить отверстие от пробуренной породы. Их редко используют парами. И если это так, улитка пройдет первые несколько метров.

Короны не разрушают почву, а аккуратно срезают ее по периметру, образуя «колонны» - стержни, изучая которые можно составить гидрологический разрез участка

Используемое оборудование и инструменты

Для отбора керна используются следующие инструменты:

• сверла из алмаза или другого твердого металла (сталь, вольфрам - победят);
• центральная трубка;
• труба отвода ила;
• штанги, необходимые для удлинения бурильной колонны;
• муфты, переходники, кабельные вводы.

При бурении горных пород наконечник быстро изнашивается, и его необходимо заменить. Материал наконечника дорогой и выдерживает колоссальные нагрузки; Наиболее популярны варианты алмазного бурения.

Все инструменты, используемые в процессе сверления, должны быть выровнены, т.е располагаться точно относительно оси сверления.

Технология колонкового бурения

Основная особенность керна - проход породы с полным ее сохранением в керне. Во время работы бурового оборудования кольцевое долото разрушает грунт, который по мере углубления вдавливается в центральную трубу и удерживается там за счет собственной плотности.

При снятии залитой трубы с ствола шахты ее освобождают от керна постукиванием молотком.

Пошаговый процесс отбора керна выглядит следующим образом:

• сверло подсоединяется к центральной трубе;
• центральная трубка соединена со стержнями, которые накапливаются по мере ее углубления;
• верхний стержень закреплен в пуансоне;
• буровая установка вращает бурильную колонну и постепенно «вкручивает» ее в грунт;
• центральная труба постепенно заполняется ядром - грунтом, заделанным в ее полость;
• после проходки 50 - 70 см бурильную колонну выводят на поверхность, штанги по одной отсоединяют до снятия колонкового ствола;
• труба освобождается от порезов;
• опустошенный буровой станок снова опускают на забой, наращивая бурильную колонну штангами.

Действия выполняются в описанном порядке до тех пор, пока скважина не войдет в водоносный горизонт и не углубится на 50 см в водонепроницаемую породу ниже.

Если закрепление верхнего водоносного горизонта не является целью бурения, верхние слои можно перфорировать с промывкой. В этом случае насос подает промывочный раствор через трубку в трубки. Затем раствор выводит обработанный грунт на поверхность.

Если целью скважины не является водоносный горизонт в песчаных отложениях, то бурение для достижения скальной породы можно проводить с промывкой.

Веские достоинства и недостатки

По сравнению с ударным и роторно-механическим бурением, бурение керна выполняется довольно быстро, что значительно сокращает рабочее время. Главный ее недостаток - невозможность подъема рыхлых грунтов и водонасыщенной гальки. Медленно продвигайтесь по скале, требуя долота, чтобы пробурить валуны.

К преимуществам отбора керна относятся:

• высокая производительность и возможность бурения скважин глубиной более 100 м;
• снижение нагрузок на буровое оборудование за счет разрушения глинистой породы, сопоставимое с ее резкой;
• возможность использования мобильной буровой установки компактных размеров.

Колонковое бурение - один из самых быстрых методов разработки водозаборных сооружений. Песок с его применением можно достроить за один рабочий день. Извлечение воды, приготовленной вручную, займет гораздо больше времени.

Особенности шнекового бурения

Этот вид бурения сегодня чаще всего применяется при строительстве колодцев на воду в частных домах. Особенностью шнекового бурения является то, что выработанная порода полностью удаляется из скважины без привлечения дополнительного оборудования. Метод напоминает завинчивание, позволяет просверлить на глубину и при этом удалить ненужный грунт.

Инструмент, используемый для бурения, называется шнеком. Это металлический стержень с лезвиями. Ввинчиваясь в землю, шнек разрушает скалу, задержавшуюся на его лопастях. Из-за специфики конструкции полностью очистить дно от полигона шнеком невозможно. Поэтому он в основном используется для направления верхних слоев.

Бурение шурупом - быстрый и экономичный метод, не требующий резервуара для бурового раствора

Бурение винтом не требует больших усилий и финансовых затрат, поэтому сфера применения этого метода довольно широка: разведочные скважины, прокладка коммуникаций, установка скважин и частичное бурение водой.

Сейчас его активно используют при строительстве абиссинских колодцев, чтобы не забивать иголку полностью в плотный грунт, а немного облегчить процесс погружения ствола в ранее разрушенную породу.

Метод подходит для разработки водоносных горизонтов глубиной до 30 м на мягких и рыхлых грунтах и ​​до 20 м на почвах средней плотности. После бурения шнеком и установки обсадной колонны необходимо очистить колодец от неизвлеченной породы с помощью вора.

Винт абсолютно не пригоден для работы в горных породах! Применяется для частичного проходки скважин до 120 м, при этом этот метод совмещен с другими: роторным, ударным, керновым.

Задействованное оборудование и инструменты

Шнековое бурение осуществляется буровой платформой, основным элементом которой является высокопрочный металлический винтовой буровой инструмент. По мере того, как вы погружаетесь глубже, бурильная колонна строится с винтами одинакового размера.

В комплект иногда входят наконечники лопастей, необходимые для проникновения в рыхлые породы, а также наконечники с круглой или конической головкой, используемые для добычи твердых пород.

Автомобильная буровая установка с мощным двигателем - лучший вариант для бурения в труднодоступных и труднодоступных местах

Большинство современных буровых установок оснащено полыми корпусами, оснащенными двусторонними замками, предотвращающими перемещение инструмента в обратном направлении.

Во время бурения режущие части шнека охлаждаются развитым грунтом, и развитая порода по спирали поднимается вверх. Это позволяет вести бурение без остановки, значительно сокращая временные и энергетические затраты на создание водоносного горизонта.

Технология шнекового бурения

По окончании проходки глубиной 1,5 - 2,0 м шнек снимается и в скважину устанавливаются обсадные трубы. Диаметр водяной скважины, пробуренной винтом, составляет 50 - 200 мм и зависит от размера используемого инструмента.

Защищено от обрушения обсадной трубы. Это особенно важно для рыхлых и связных грунтов, поэтому у бурильщиков есть правило: использовать шнеки с лопастями под углом 30-60º при движении по супеси и суглинку и инструмент с лопастями под углом 90º при бурении плотных песков.

При меньшем наклоне витков спирали улитки улитка выводит на поверхность более непостоянный разряд.

Шнековое бурение не требует использования промывочной жидкости, порода, выработанная с помощью долота, выносится на поверхность на лезвиях инструмента.

Плюсы и минусы применения шнека

Метод шнекового бурения позволяет максимально быстро просверлить отверстие при условии правильного выбора размера шнека и угла наклона бура.

Преимущества шнекового бурения:

• земля сразу же поднимается на поверхность в процессе бурения;
• высокая скорость углубления в грунт без технологических остановок;
• мыть колодец необязательно;
• компактный шнековый агрегат или ручной шнек можно просверлить внутри дома (в подвале);
• нет необходимости выводить на поверхность первое звено и разбирать / собирать бурильную колонну, как в методе керна.

Основным недостатком шнекового бурения можно считать невозможность работы на рыхлых и очень твердых грунтах, но в то же время шнек является идеальным инструментом для бурения глинистых, смешанных (глинистых и песчаных) и мягких глинистых грунтов.

Еще один недостаток, ограничивающий использование шнека для устройства водоносного горизонта, - необходимость использования ударного метода для очистки скважины от сбрасываемой породы.

Подобно шнеку: змеевик широко используется при ручном бурении. Таким же образом он разрушает скалу и хватает ее лопатой, чтобы вытащить ее вверх.

Характеристика роторного бурения

Роторное бурение - это метод роторно-вибрационного бурения, при котором разрушение грунта осуществляется с помощью небольшого, приводимого в забой скважины ротора буровой платформы. Ротор вращается от двигателя автомобиля или отдельно установленного электродвигателя через карданный вал.

Развитый грунт смывается из ствола колодца прямой или обратной промывкой. Моющий раствор может подаваться самотеком или от насосной станции.

Большинство артезианских скважин бурят методом роторного бурения: буровым долотом, вращаемым ротором, с последующей промывкой скважины и обсадной колонны

Роторное бурение применяется для разработки каменистых и полускальных грунтов при строительстве скважин глубиной до 150 м. Роторная буровая установка с правильно подобранным буровым долотом и тяжелыми бурильными трубами хорошо справляется с горными образованиями.

Специалисты по бурению рекомендуют использовать этот метод бурения при следующих условиях:

1. Гидрогеологический разрез участка достаточно изучен. Известно, что породы нужно бурить. Уровень присутствия водоносного горизонта в коренных породах известен.
2. Подземные воды имеют напор, характерный для артезианских скважин
3. Есть возможность бесперебойной подачи технической воды на мойку колодца.

В южных регионах роторное бурение можно вести круглый год, а в северном климате применение этого метода ограничено из-за возможности замерзания бурового раствора.

Применяемое оборудование и инструменты

Вращательное бурение водяных скважин осуществляется с помощью каркасной или решетчатой ​​башни, на которой размещается подъемное оборудование и другие элементы буровой платформы. Вышка позволяет поднимать и опускать бурильную колонну в скважине.

В состав перфоратора входят:

• решетчатый каркас или башня;
• моторизованный;
• ротор и бурильная колонна;
• насосное оборудование и система очистки промывочной жидкости;
• подъемное оборудование, напорная линия, вертлюг, сальник и т д

В самоходных установках в качестве двигателя используется двигатель внутреннего сгорания автомобиля, на базе которого расположен буровой комплекс. В этом случае скорость бурового инструмента регулируется мощностью мотора.

Источником энергии для перфоратора может служить стационарный или мобильный электродвигатель, двигатели внутреннего сгорания автомобиля, генераторы

Ротор с помощью зубчатой ​​передачи передает вращение на ведущую трубу, которая, в свою очередь, передает его основному буровому инструменту: наконечнику. Долото может иметь различную форму и изготовлено из высокопрочных материалов: композитов, алмазной стали и др.

Для каждого типа почвы выбирается определенный размер и форма наконечника, что обеспечивает высокую эффективность и скорость проходки.

Своеобразие роторной технологии

Вращательное бурение водяных скважин проводится в три этапа:

1. Разбейте камень долотом.
2. Транспорт породы, разрушенной на поверхности потоком закачанной воды.
3. Укрепление стенок колодца обсадными трубами.

Удаление разрушенного грунта осуществляется обратной или прямой промывкой. Выбор способа промывки зависит от конкретных условий: глубины колодца, типа почвы, наличия необходимого объема промывной воды.

Как правило, в фермерских хозяйствах применяется технология прямого циркуляционного бурения, которая включает следующие этапы:

• куски большого диаметра закопать в землю;
• вращение наконечника под действием ротора;
• установка буровых штанг и установка между ними и наконечником тяжелых труб;
• удаление отработанного грунта давлением жидкости с помощью насоса;
• установка кожуха для предотвращения протекания грунта внутрь колодца;
• сверлить сверлом меньшего диаметра и повторить весь цикл.

Во время обратной промывки грунт удаляется из скважины через трубы бурильной колонны, а буровой раствор заливается между стенками скважины и трубами.

Вода самотеком поступает в заранее подготовленный резервуар, где очищается от грунта и шлама, и возвращается в бурильную колонну за новой порцией лома.

В некоторых случаях при выполнении роторного бурения не используется прямая или противоточная промывка, а продувка сжатым воздухом, создаваемым компрессором.

Достоинства и недостатки роторного бурения

Основным преимуществом роторного метода является возможность бурения глубоких скважин с забором воды в трещиноватом известняке.

Кроме того, этот метод бурения имеет следующие преимущества:

• высокое качество вскрытия водовода в коренных породах;
• возможность устройства колодца большим диаметром до 200 см;
• высокая скорость сверления, низкое энергопотребление.

Существенным недостатком роторного бурения является необходимость организации промывки скважины.

Какой способ бурения выбрать

Все рассмотренные методы механического бурения широко используются при строительстве скважин на воду.

Подводя итог, можно сказать, что:

1. Для бурения пластичных глинистых грунтов рекомендуется использовать керны. Колонный метод подходит для устройства большинства водовыпусков, при необходимости используется в паре с ударным тросом.
2. Шнековое бурение аналогично колонковому бурению. Отличается от него некачественной очисткой колодца, требует обязательного использования вора или длительной промывки колодца перед операцией.
3. Роторное бурение - лучший вариант для бурения скважин в каменистых грунтах.

Стоимость разработки скважины тем или иным методом бурения во многом зависит от используемого оборудования, а также категорий пробуренных пород.

Правильно подобранный способ бурения скважины поможет не только сократить время, затрачиваемое на бурение, но и позволит источнику воды в дальнейшем бесперебойно функционировать