Технология бурения скважин на воду: правила процесса бурения, как бурят скважину под воду

Довольно многим собственникам индивидуальных домов в удаленных от крупных населенных пунктов местах приходится самостоятельно решать задачу обеспечения водой своего жилья. При этом самый популярный способ водозабора — скважина на воду, которую нередко бурят своими руками.

Перед тем, как приступить к буровым работам, выбирают подходящую технологию в зависимости от финансовых возможностей хозяина и требуемых водных объемов. Стоит отметить, что вид выбранного скважинного источника напрямую связан с его обвязкой, используемым оборудованием для подъема и внутридомового потребления воды.

Рис. 1 Разновидности водозаборных сооружений

Кустовое бурение

Такое название метод носит по той причине, что готовая схема устьев и забоев напоминает собой своеобразный куст. К одному устью сходятся скважины из нескольких забоев, сгруппированных на одной площадке. В случае такого метода значительно сокращаются монтажные и подготовительные работы, снижается количество рабочих транспортных сообщений, линий электропередач и подачи воды.
Особенностью кустового способа является определенное условие строительства скважины. В частности, важнейшим условием является отсутствие пересечения стволов между собой.

Недостатки способа:

Требуется прекращение работы скважин до завершения строительства определенной конструкции в целях противопожарной безопасности.
Высокий риск пересечения проделанных стаканов.
Капитальный ремонт такой конструкции достаточно сложен.
При подводном бурении сложно устранить грифоны.

Кустовое бурение используется в тех случаях, когда требуется повышение нефте- и газоотдачи в продуктивной территории, либо при возобновлении работы неработающей скважины. Строительство скважины кустовым способом может быть трехствольным, двуствольным параллельным, двуствольным последовательным.

Конструкция куста имеет конический вид с вершиной в виде кустовой площадки. Объем монтажных и подготовительных работ зависит от размещения устья куста, также от этого зависит и площадь территории для будущего отчуждения от куста. Максимальная эффективность такого способа бурения достигается в условиях болотистой местности.

Где бурить

Чтобы затраты на буровые работы были минимальными, нужно определить место, где должна быть скважина. Для питьевых источников действует несколько правил:

До ближайшего строения не менее 30 метров.
От потенциальных источников загрязнений (дорога, выгребная яма, производственный цех и т.д.) не меньше 100 м.

Но и это не все, что нужно учитывать, когда требуется пробурить скважину на воду. Себестоимость и временные затраты напрямую зависят от глубины залегания грунтовых вод. Поэтому перед тем как бурить, нужно узнать, где вода подходит максимально близко к поверхности. Это можно сделать несколькими способами:

Анализ растительности на участке. Определите, какие культуры произрастают массово. В интернете есть каталоги, в которых указана длина корневища. Это и есть глубина ближайшего пласта с водой.
Рамки и маятники. Этот метод не отличается особой точностью, хотя сторожилы утверждают, что раньше место для колодца определяли именно так. Здесь нет никакой магии. Лозоходец следит за отклонениями рамки или маятника, и делает выводы.
Геологическая разведка участка. Самый точный метод. Недостаток – необходимость тратить деньги на пробное бурение. Нужно нанять специалистов, которые изучат срез и определят, где вода подходит к поверхности земли на минимальное расстояние.

Но есть не менее эффективный способ – поговорить с соседями. Они расскажут, поднимается ли вода в период паводков, затапливает ли она подвалы. А если на смежном участке имеется колодец или скважина, можно ориентироваться на их глубину. Расхождения будут, но незначительные.

Способы промышленного бурения

Шнековый метод применяется при ведении работ на участках с песчано-гравийным грунтом. Водоносные породы могут располагаться на глубине нескольких десятков метров. При таком способе почва выталкивается наружу лопастями вращающегося устройства. Данный метод выработки считается достаточно скоростным. Но он чаще используется при сооружении конструкций небольших размеров.

Схема ударного бурения

При ударно-канатном способе для выработки грунтовых пород используется мощное заострённое долото. Оно производит поступательно-возвратные движения, осуществляя разрушение грунта. Для более эффективной выработки применяется специальная утяжеляющая штанга. Она присоединяется к буровой конструкции.

Самым производительным методом выработки грунта при сооружении водозаборных устройств считается роторный способ. Его эффективность в несколько раз выше канатно-ударного метода. Это достигается за счёт определённых конструктивных особенностей установки:

при работах применяется шарошечное долото в составе бурильной колонны;
его вращение осуществляется с помощью ротора;
для увеличения производительности используется утяжелённая бурильная труба;
стенки скважины обрабатываются специальным промывочным раствором;
для окончательного обустройства скважины применяют обсадные трубы, фильтрационные устройства и насосные агрегаты.

Особенности ручного бурения

Способ ручного бурения требует больших затрат физической силы, но позволяет сэкономить на оборудовании. Применяется при монтаже скважин глубиной не более 25 метров и проводится до тех пор, пока бур не дойдёт до водоупорного слоя.

В случае с ручным бурением используют:

комплект буровых головок (бур-долото, бур-ложка, змеевики, желонки);
штанги;
лебёдка или электрическая таль;
обсадные трубы;
для работы на большой глубине – бурильная вышка.

Процесс проходки ствола состоит из следующих этапов:

Выкапывается небольшая яма глубиной в 40-50 см, в которой разместится бур.
Затем один человек начинает вращение бура; когда он войдёт достаточно глубоко, вращать придётся вдвоём, потом – вчетвером.
Через каждые 50-70 см вхождения в землю, бур необходимо вытаскивать и прочищать, чтобы грязь не залепила всю головку.
Если грунт слишком жёсткий, получившееся отверстие нужно необходимо заливать водой.

В момент заполнения шахты водой изнутри, работа прекращается. Теперь остаётся только откачать грязную воду с примесями – примерно 5-7 литров. Для этого понадобится насос.

Главное преимущество ручного метода – низкая стоимость, однородная структура ствола на всей длине. Тем не менее, использовать его можно лишь на малой глубине. Дебит и срок эксплуатации такой скважины оставляют желать лучшего.

Оборудование

Роторное бурение невозможно осуществить без специального оборудования, которое включает следующие приспособления и механизмы:

вышка;
ротор;
буровая установка с приводом;
насосное оборудование поршневого типа;
буровой вертлюг;
механизмы и оборудование для выполнения очистки при помощи промывочного раствора;
талевая система, состоящая из кроноблока;
желоб;
вибросито;
гидроциклоны (обычно используются при бурении нефтяных скважин).

В мобильной версии буровой установки для роторного бурения есть все вышеперечисленные составляющие механизмы, кроме системы очистки при помощи промывочного раствора.

Характеристика роторного бурения

Этот способ изготовления глубоких скважин считается самым распространенным. Принцип действия установки заключается в разрушении слоя почвы при помощи долота. В действие оно приводится посредством ротора. Для его вращения требуется отдельный электродвигатель. Почва вымывается при помощи прямой или обратной промывки.

Оборудование позволяет работать на скальных или полускальных участках, обустраивать скважины до 150 м глубиной, но применяется технология при таких условиях:

Рассчитаны гидрогеологические характеристики участка, глубина залегания водного горизонта.
Подземный источник имеет напор, присущий артезианской скважине.
Существует возможность постоянного снабжения рабочей области технической водой.

В теплых регионах такой способ бурения может применяться даже зимой.

Применяемое оборудование и инструменты

Для роторного бурения требуется вышка рамного или решетчатого типа. На ней располагается оборудование для работы. Вышка облегчает подъем колонны. В составе установки присутствуют:

вышка;
долото;
двигатель и привод;
рабочая колонна и ротор;
насосы;
система для очистки промывочной жидкости;
механизм для подъема рабочего инструмента.

В автоматических установках присутствует возможность регулировки скорости оборотов бура. Долото производится из металлических сплавов высокой прочности. Его форма различна. Эти параметры подбираются индивидуально.

Роторное бурение — метод вращательно-вибрационного бурения, при котором разрушение грунта осуществляется при помощи долота, приводимого в движение в забое скважины от ротора буровой установки.

Своеобразие роторной технологии

Данный метод обустройства скважины предусматривает применение долота. Стенки шахты следует укреплять при помощи обсадных труб. Для выбора метода промывки учитывается тип почвы, количество необходимой жидкости. Обратная промывка предпочтительнее. Она сложнее технологически, но позволяет лучше вскрыть водоносный горизонт. Еще обеспечивается больший дебет скважины.

Достоинства и недостатки роторного бурения

Преимуществами указанного технологического процесса являются:

большая глубина бурения;
возможность достижения водоноса в скальных породах;
большой диаметр скважины (до 20 см);
незначительные энергозатраты.

Единственный недостаток метода — необходимость использования промывки.

Наклонный способ

Для выполнения наклонной методики бурения необходимы следующие инструменты и материалы:

Буровой земляной инструмент:

Тесак;
Балка;
Бечевка;
Длинный буровой направляющий штырь;
Кабель;
Обсадные трубы;
Металлический трос.

Такой способ чаще всего используется при ремонте коммуникаций, особенно в тех случаях, когда жилое здание уже сооружено, но необходимо провести канализацию или водопровод через фундамент. Чтобы избежать рытья глубоких траншей, используют наклонное бурение. Для начала рассчитывают угол наклона так, чтоб нижняя часть шурфа совпадала с концом закладной трубы.

Земляной бур устанавливают в заранее выбранное место и сразу придают ему желаемый угол наклона с помощью поперечной балки, уложенной на траншею. На бур устанавливают направляющий штырь, позволяющий сохранить заданное перед началом работы направление, и начинают сверление отверстия. Здесь требуется непрерывный контроль процесса, так как при заглублении или отклонении от нужной траектории следует подтесывать стенки шурфа.

Когда шурф готов, в него опускают обсадную трубу, повторяющую диаметр скважины.

Структура обсадной трубы

В трубу пропускают кабель и металлический трос, затем с помощью троса протаскивают в трубу необходимый кабель или шланг. К тросу привязывают бечевку, с помощью которой при необходимости трос тянут назад.

Если в трубе размещен силовой трос, шланг или кабель легко поддаются замене. В этом случае можно справиться только с помощью одного лишь наклонного сверления, при этом рыть глубокую траншею и нарушать целостность фундамента не придется.

Советы и рекомендации

Пробурить скважину для воды своими руками трудно и проблематично. Несколько советов и рекомендаций:

Для того чтобы вода в источнике всегда была чистой, нужно обеспечить приток свежего воздуха. Несколько вентиляционных отверстий в верхней части конструкции помогут в этом.
Верхнюю часть стоит оснастить откидным люком. Это позволит быстро осматривать шахту, доставать из нее насосное оборудование.
По окончании буровых работ нужно сделать забор воды и передать ее на анализ в лабораторию. Это позволит выявить содержание и состав примесей в ней. Забор воды на анализ нужно делать спустя некоторое время, а не непосредственно после окончания бурения.
Улучшить качество воды можно с помощью установки фильтровального оборудования.

Технологии и методики бурения на воду различны и имеют собственную специфику. Перед началом буровых работ нужно собрать необходимые данные, запастись инструментом и оборудованием. Желательно приобрести базовые навыки.

Сферы использования подобной технологии

Среди точек применения колонкового бурения скважин, стоит выделить несколько основны.

Горнодобывающая промышленность – разработка горных месторождений твердых полезных ископаемых.

Результат прохода – керн с цельной структурой, по которому выполняют анализ пород в этой местности. Его периодически извлекают, чтобы узнать картину залегания пород на этом участке.

Автономное водоснабжение – организация процесса нуждается в исследовании недр частных землевладений, чтобы иметь доступ к подземным источникам воды. Гидрогеологическое бурение необходимо для выбора местонахождения водной скважины.

Строительство – для бурения диктующей скважины под забивку свай – обустраивая свайные фундаменты. Строителям нужно знать, на какой глубине будет песчаная прослойка или начинаются крупные камни. От этого зависит устойчивость здания. Подобная технология идеальна, чтобы в железобетонных конструкциях просверлить отверстия большого диаметра.

Подобный способ подходит для вертикального прохождения скважин, горизонтального и под нужным углом.

Глубина бурения

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.

Способ искусственного искривления

Искусственное искривление оси бурового стакана применимо, когда необходимо бурение нефтяных или газовых скважин. Искусственное отклонение подразделяют на кустовое и многозабойное. Такой способ успешно применяется в следующих случаях:

Для работы с глубинными слоями под спусками;
При отклонении выполненного ствола;
При залегании нефти под слоем соляных залежей;
При необходимости обхода осыпающихся мест;
Для вскрытия слоев, находящихся под дном водоема;
При строительстве забоя на слои под жилыми домами;
При невозможности устранения засыпанной скважины;
Для ухода в сторону с новым направлением;
Для экономии времени на разбуривание;
При бурении кустовым методом на равнинной территории;
При прохождении пласта угля для дегазификации.

Для процесса принудительного искривления необходимы специальные двигатели, в числе которых электробур, турбобур и винтовой двигатель.

https://youtube.com/watch?v=f74Rdq0gXeQ

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.

Механические вращательные способы бурения скважин на воду пришли на смену малоэффективным ручным методам.

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

колонковое;
шнековое;
ударно-канатное;
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.

Многозабойный способ

Такой способ заключается в проведении двух стволов из главного забойного стакана, при этом главный ствол используется не единожды.
В таком случае растет рабочая площадь и поверхность фильтрации, но сокращаются объемы бурильной работы в поверхностном пласте.

В зависимости от вспомогательных стволов возможны следующие виды многозабойной конструкции:

Радиальная – горизонтальный главный ствол и радиальные – вспомогательные.
Разветвленная – состоит из наклонных двух стволов и наклонного главного.
Горизонтально разветвленная – похожа на предыдущий тип, но угол вспомогательных стволов составляет девяносто градусов.

Выбор типа многозабойной конструкции определяется формой конструкции вспомогательных стволов и их размещением в пространстве.

Как бурят скважины для водоснабжения?

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

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

Виды

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

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

Функциональные узлы

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

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

Оборудование

Для обустройства скважины на воду необходим такой инвентарь и оборудование:

Насос. Он выбирается с учетом глубины и производительности скважины, размеров обсадной колонны, протяженности водопроводной магистрали. При глубине ствола до 10-12 м чаще всего используется поверхностный, центробежный насос нужной мощности. Для глубоких скважин применяется насос погружного типа. Для него необходим несущий, страховочный трос и погружной электрокабель.
Насосная станция с системой автоматического управления процессом. В ней обязательно наличие контролирующих приборов и устройств защиты от перегрузок.
Гидропневмобак. Он предназначен для поддержания стабильного давления в системе и оптимизации работы насоса. Постоянный уровень воды в нем поддерживается с помощью реле уровня. Размеры резервуара зависят от мощности оборудования и дебита скважины. Объем может колебаться в широких пределах от 20-30 до 1000 л. Оптимальным считаются емкости объемом порядка 100-150 л.
Кессон. Скважинный оголовок может обустраиваться разными способами, но наиболее популярен кессон, представляющий собой металлический короб (бак), герметизирующий устье скважины. Он монтируется с небольшим заглублением (до 1-1,2 м) и имеет размеры, достаточные для размещения соединительного оборудования и обслуживающего человека.
Коммуникации. Кабель, провод для обеспечения надежного электропитания и водопроводные трубы от кессона до точек потребления воды.

Рекомендуем: Как правильно вырыть котлован и траншею под фундамент частного дома? Разработка грунта вручную и экскаватором

Верхняя часть скважины и водопровод находятся в зоне промерзания грунта, а потому их необходимо надежно утеплять.

Последовательность монтажа

Погружной насос монтируется в такой последовательности:

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

Схема скважинного устройства

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

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

Схема работы скважины достаточно стандартна:

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

Виды скважин

Скважины бывают 3 основных видов:

фильтровыми;
артезианскими;
абиссинскими.

Фильтровая скважина (на песок)

Фильтровая скважина выкапывается до глубины 40-50 метров. Пределом для нее служит песчаный слой. Глубже него бурение скважин данного типа не проводится.

Схема артезианской скважины с кондуктором

Артезианские считаются самыми глубокими типами. Глубина их пробуривания колеблется в диапазоне от 50 до 400 метров. Основная цель таких отверстий — получение чистой артезианской воды высокого качества.

Абиссинские — самые неглубокие. Глубина их пробуривания не превышает 30 метров. При создании отверстий такого типа не используется погружной насос по причине небольшого диаметра трубы.

Для частных домов организации, осуществляющие бурение скважин, вырывают колодец фильтрового типа на глубину от 40 до 50 метров. Подобные водоскважины часто называют артезианскими, что приводит к подмене понятий. Отличие их от фильтровых колодцев не только в глубине, но и качестве получаемой воды. Большая разница в цене работ и сложности проведения.

Устройство и схема

На схеме показаны водяные пласты. Верховодка подпитывается осадками и залегает на глубине до 10 метров. Качество воды позволяет сразу ее использовать для питья. Источник с межпластовыми водами делается самостоятельно. Чтобы получить более качественную воду, изготавливается артезианская скважина.

Согласно СНиПам и установленным нормам источник защищается от любого рода загрязнений. От септика расстояние 15 метров. Выгребные ямы минимум за 50 м. От складских помещений, промышленных предприятий более 100 метров. Также учитывается расстояние от соседнего источника, жилых построек, курятников и хлевов.

Совет: пробурить скважину под воду возле деревьев с большой корневой системой затруднительно.

Особенности технологии

Для начала определимся, что такое способ роторного бурения. Это особая технология бурения скважин, которая применяется в том случае, если необходимо, чтобы гидротехническое сооружение давало большие объёмы экологически чистой питьевой воды. При этом скважина будет отличаться стабильной и долговечной работой. В этом случае данный способ подходит лучше, чем какая-либо другая технология бурения.

Роторная буровая установка и сама технология имеют следующие преимущества перед другими бурильными конструкциями и методиками:

Скважина, пробуренная таким способом, будет обладать высокой производительностью, то есть давать воду в большом объёме.
Долговечность гидротехнического сооружения.
Подача воды из скважины осуществляется стабильно (без снижения уровня и перебоев).
Качество добываемой жидкости будет на высоте. Её смело можно использовать в питьевых целях.

Такой способ бурения скважин позволяет получить гидротехническое сооружение, которое будет обладать настолько высоким дебетом, что воды из источника хватить не только для водоснабжения жилого дома, но и для полива огорода, наполнения бассейнов и других резервуаров, а также для удовлетворения различных технических нужд.

Роторная буровая установка используется в том случае, если необходимо бурить глубокую скважину на воду. Суть метода заключается в следующем: в бурильную трубу опускается вал с наконечником в виде долота. Во время вращения вала долото разрушает породу. Вращение осуществляется за счёт функционирования гидравлической установки.

Чтобы очищать скважину от находящейся в ней породы, используют специальный промывочный раствор. Он подаётся в проходку по трубам. При этом может использоваться два способа подачи:

Бурильный раствор закачивается в бурильную трубу при помощи специального насосного оборудования. После этого он выдавливается наружу через затрубное пространство. Такой метод называется прямая промывка. Именно он показан на видео в конце статьи.
Второй способ делается иначе. Раствор подаётся в затрубное пространство, а затем при помощи насосного оборудования выкачивается из бурильной трубы вместе с измельчённой породой. Этот метод называется обратная промывка.

Способ обратной промывки имеет одно неоспоримое преимущество – с использованием такой методики можно получить гидротехническое сооружение с большим дебетом, поскольку вскрытие водоносного слоя происходит наиболее качественно. Среди недостатков стоит назвать необходимость привлечения сложной высокотехнологичной техники, поэтому данная методика более дорогостоящая.

Преимуществом роторного бурения с прямой промывкой можно назвать его относительную дешевизну в сравнении со вторым методом. Именно поэтому данный способ чаще всего используется при бурении скважин на воду на территории частных владений.

Выбор типа скважины

Бурение водяных скважин – процесс, требующий подкованности технической части и некоторых подготовительных этапов. В первую очередь следует определить, какой тип скважины пробурить, а также проанализировать, является ли добываемая вода пригодной к употреблению.

Ствол для скважины может быть:

Фильтровым – песчаный колодец;
Безфильтровым – артезианский колодец;
Колодцем трубчатым.

Артезианские

Бурение скважины артезианского типа подразумевает бурение на глубину до двухсот метров – на этой глубине залегает пористый известняк. Преимуществом артезианских скважин на воду является бесперебойная подача воды вне зависимости от времени года, так как на такой глубине забоя вода не замерзнет. Длительность эксплуатации скважины достигает пятидесяти лет.

Принцип бурения

Песчаные

Скважины на песок бурят на глубину до тридцати метров. Такая скважина состоит из заглубленной трубы, в конце которой устанавливается фильтр, задерживающий крупные механические примеси и песок. Песчаная скважина может обеспечить водой дачный участок или небольшой загородный дом.

Преимуществом песчаного колодца является простота бурения и сравнительно невысокая стоимость обустройства и обслуживания скважины. Недостатком является:

низкая производительность;
вероятность заиливания;
попадание в скважину грунтовой или поверхностной воды.

Кроме того, песчаная скважина обычно служит не более десяти лет.

Колодец

Схема и установка абиссинского колодца
Колодец, устанавливаемый для добычи чистой воды, называется абиссинским или трубчатым. Его бурят на глубину до пятнадцати метров, а забой сооружают заводскими бетонными кольцами. Если на участке имеется хороший родник, колодец быстро накапливает воду.

Определяясь с типом колодца, учитывайте необходимый вам объем воды для потребления и регулярность потребления водных ресурсов. Например, песчаная скважина вполне обеспечит дачный участок, на котором живут только в весенне-летний период.

Если же требуется обеспечение водой дома, в котором живут круглый год, подойдет артезианская скважина, как наиболее приемлемый вариант автономного водоснабжения.

Основные способы забуривания скважин

В зависимости от вида и состояния горных пород в приповерхностном слое, диаметра и типа породоразрушающего инструмента, способа бурения, вида очистного агента и бурильной колонны применяют следующие основные способы забуривания скважин.

1. Установка трубы-направления скважины в шурф, предварительно выкопанный вручную. После установки в шурф трубу-направление или цементируют или закапывают. Этот способ применяется при бурении скважин большого диаметра шарошечными долотами с промывкой скважины глинистым раствором (в основном скважины на нефть и газ) и при бурении геологоразведочных скважин ударно-канатным способом.
2. Забуривание скважины «всухую», т. е. без промывки или продувки. Этот вариант находит применение при бурении с поверхности земли в тех случаях, если верхний интервал геологического разреза представлен осадочными породами при использовании обычных снарядов (без съемного керноприемника). Для бурения колонковый набор оснащают твердосплавной коронкой типа СМ или СА, а забуривание производят при медленном вращении колонны и повышенных нагрузках на глубину 2-3 м до коренных пород. Если коренные породы залегают глубже, то «всухую» бурят до предельно возможной глубины, а затем устанавливают трубу-направление и ведут бурение до коренных пород уже с промывкой инструментом меньшего размера.

Возможен вариант забуривания «всухую» посадкой обсадной колонны, оснащенной коронкой или башмаком в рыхлые сыпучие породы с вращением и под действием повышенной осевой нагрузки на предельно возможную глубину. Обсадную колонну после этого не извлекают, а породу внутри колонны разбуривают уже с промывкой колонковым набором меньшего размера.

3. Забуривание с продувкой пневмоударником или шарошечным долотом может применяться по любым, в том числе твердым, выветрелым породам, породам, насыщенным крупными обломками и на значительные глубины. Этот способ рекомендуется для различных условий бурения, но только в том случае, если не требуется керн в интервале забуривания. Для забуривания может использоваться, например, пневмоударник П-105 (диаметр долота 105 мм) и компрессор, обеспечивающий давление воздуха 0,2-0,5 МПа. Для оперативного забуривания целесообразно иметь в организации мобильный компрессор с комплектом бурового инструмента именно для осуществления операций забуривания.

При бурении по неустойчивым, аллювиальным, сыпучим породам бурение пневмоударником может осуществляться с поверхности с опережающим креплением ствола скважины, когда разрушение породы на забое сопровождается забиванием и обсадной колонны, оснащенной башмаком или специальным долотом. По данной схеме реализуется бурение в соответствии с методами OD, ODEX и DEPS компании Atlas Copco.

4. Забуривание с промывкой алмазным или твердосплавным инструментом проводят при бурении из подземных горных выработок без установки обсадных труб, если породы устойчивые и несклонные к набуханию и обваливанию.

Техническая вода в этом случае удаляется из скважины изливом и попадает в зумпф по канавке.

Устье скважины при бурении горизонтальных или восстающих скважин, буримых из подземных горных выработок, обязательно оборудуется специальным герметизирующим устье скважины патрубком при использовании для бурения снаряда ССК. Тогда доставка и извлечение керноприемника и овершота производится за счет регулируемого гидравлического напора в герметичном пространстве ствола скважины.

Вариант забуривания с промывкой практикуется и при бурении скважин с поверхности ССК. В этом случае забуривание производят с промывкой водой колонковым набором ССК с твердосплавной или алмазной коронкой до предельной глубины и извлекают на поверхность керноприемник с керном. Техническая вода, на начальном этапе, изливается из скважины и удаляется за пределы буровой установке по канавке. Далее производят обуривание оставленной в скважине и выходящей на поверхность колонковой трубы обсадной трубой большего размера, оснащенной армированным башмаком. После обуривания обсадной трубой бурение снарядом ССК продолжается, а обуривание обсадной колонной проводят до тех пор, пока обсадная колонна не войдет в плотные коренные породы.

Забуривание с промывкой производят и при бурении двойной колонной КГК (гидротранспорт керна). В этом случае вода циркулирует через зазоры в колонне и попадает в зумпф не изливаясь и не контактируя со стенками скважины.

Технология бурения скважин на известняк

В пределах Московской области водоносные известняки залегают крайне неравномерно, от 20 м на юге, до 200 м на севере, однако наиболее распространено распространение артезианского горизонта на глубине свыше 100 м.

Благодаря большой глубине залегания артезианских вод и, соответственно, высокому пластовому давлению водяная скважина на известняк может быть напорной, иногда самоизливающейся.

Преимущества артезианской скважины:

возможность бурения в любом месте;
стабильное качество воды;
долгий срок эксплуатации;
высокая производительность.

Недостатки артезианской скважины:

технологическая сложность бурения;
высокая стоимость бурения;
возможна высокая минерализация воды;
юридическим лицам необходима лицензия на пользование недрами.

Благодаря повсеместности распространения водонасыщенных известняков, а так же высокому дебиту артезианских скважин, такая скважина является оптимальным решением для монументальных строений, жилищных кооперативов, а так же промышленных целей.

Бурение артезианских скважин является достаточно сложным процессом, в связи с глубиной и твердостью горных пород. В зависимости от геологических условий в разных районах Московской области в процессе бурения возникают те или иные проблемы.

В Волоколамском районе трудности могут создать отложения гранита, встречающиеся вблизи Сычево и Чередово. Хотя в ряде населенных пунктов водоносные известняки расположены не глубоко, от 30 до 50 метров. Так же не глубоко залегают водоносные известняки вблизи русла Москвы-реки в Воскресенской районе. В Каширском районе первые известняки залегают на глубине порядка 40 м, однако они не обладают достаточной водоотдачей и лишь осложняют дальнейшее бурение до водонасыщенных карбонатных пород, расположенных на глубине 70 – 140 м. К тому же в разрезе встречаются неустойчивые породы, что приводит к увеличению расхода бурового раствора. Необходимо выбирать обсадных трубы большего диаметра для перекрытия этих пород. В Лотошинском, Рузском и Одинцовском районах бурение осложняется попадающимися в породе валунами. В разрезе пород Чеховского района встречаются осыпающиеся породы известняка, требующие надежной металлической обсадки.

Оптимальным решением для бурения артезианских скважин является роторное бурение. Благодаря одновременному воздействию на породоразрушающий инструмент осевой нагрузки и крутящего момента, производительность бурения значительно повышается.

Гидроударное бурение подходит для пород V-XII категории. Гидроударник устанавливается между колонковым набором и бурильными трубами. По средствам бурильных труб на долото подается буровой раствор и вращение. Промывочная жидкость удаляет шлам с забоя, охлаждает долото, а так же является приводом ударной машины. При увеличении расхода бурового раствора возрастает энергия единичного удара, что приводит к увеличению интенсивности разрушения породы.

В относительно мягких породах увеличение скорости осевой нагрузки увеличивает скорость бурения, а в твердых абразивных породах при повышении осевой нагрузки повышается износ породоразрушающего инструмента.

В твердых породах целесообразно применение пневмоударника. Пневмоударное бурение является разновидностью ударно-вращательного, с применением погружного бурильного молотка – пневмоударника, работающего на энергии сжатого воздуха. Поршень-боек пневмоударника наносит поступательно-возвратные движения по хвостовику, являющемуся частью долота, которое вращается вместе с пневмоударником. Очищение забоя от выбуренной породы происходит с помощью продувки скважины. По мере углубления скважины буровой снаряд наращивается.

Схема пневмоударного бурения представлена на рисунке 11.

Рисунок 11. Схема пневмоударного бурения 1 – долото, 2 – пневмоударник, 3 – буровой инструмент, 4 – вращатель с электромотором, 5 – механизм подачи, 6 – шланг подачи сжатого воздуха, 7 – компрессор, 8 – пульт управления.

Предварительные работы

После того, как буровая машина установлена, прибывает спецкомиссия на проверку оборудования, техники и качества труда.

Когда бурильная установка готова, начинаются работы по приготовлению к бурению. Как только буровая машина установлена и возведение сооружений закончено, буровую проверяет спецкомиссия. Мастер бригады бурения, принимая комиссию, вместе с ней следит за качеством работ, проверяет технику и исполнение охраны труда.

Например, светильники по способу исполнения должны быть во взрывобезопасном кожухе, по шахте должно быть распределено аварийное освещение на 12 V. Все замечания производимые комиссией должны быть учтены до начала работ по бурению.

До того как начать буровые работы, техника оснащается соответствующим оборудованием: шурфом под квадрат, буровыми трубами, долотом, приспособлениями малой механизации, обсадными трубами под кондуктор, контрольно-измерительными приборами, водой и т. д.

На буровой должны быть домики для жилья, беседка, столовая, баня для сушки вещей, лаборатория для анализа растворов, инвентарь для тушения пожаров, вспомогательный и рабочий инструмент, плакаты по технике безопасности, аптечки и медикаменты, склад для бурильного оборудования, вода.

Схема установки вышки для бурения.

После того как вышка для бурения была установлена, начинается ряд работ по переоснастке талевой системы, в процессе чего осуществляется установка оборудования и апробирование средств малой механизации. Технология забуривания начинается с установки мачты. Ее направления должно быть установлено точно по центру оси вышки.

После центровки вышки производится бурение под направление. Это опускание трубы для упрочнения скважин и заливка ее верхнего конца, который должен по направлению совпадать с желобом, цементом. После того, как направление в процессе бурения скважин было установлено, еще раз проверяют центровку между осями ротора и вышки.

В центре скважины производят бурение под шурф для квадрата и в процессе обсаживают трубой. Бурение шурфа скважины исполняется турбобуром, который во избежание слишком быстрого вращения удерживается пеньковым канатом. Одним концом он крепится к ноге вышки, а второй удерживается в руках через блочок.

Особенности автоматической насосной станции

Такое решение (автоматическая насосная станция) является практически идеальным в том случае, когда глубина скважины небольшая. Ее основными компонентами являются:

Общее устройство автоматической насосной станции.

водозабор, на котором расположена сетка и обратный клапан;
насос;
регулятор давления;
гидроаккумулятор;
автоматика;
манометр.

Наружный насос может быть установлен как в самом помещении, так и в приямке. Если скважина расположена не в подвале, а рядом с домом, то водопроводная труба должна быть расположена на глубине, что превышает уровень промерзания грунта в вашей местности. При входе в дом должна быть установлена гребенка, которая обеспечит подключение к водопроводу всех потребителей.

Этапы процесса

Технология реализуется в такой последовательности:

Поверхность очищают от мусора и посторонних предметов.
Недалеко от будущего отверстия роют яму двухметровой глубины для слива промывочной жидкости.
В грунте пробивают отверстие для размещения бура, коронку соединяют с колонковой трубой, она наращивается по мере проходки.
После с бурильными трубами – верхняя закрепляется в буровом станке, работающем от двигателя – в такой способ начинается проходка.
При полном заполнении трубы ее поднимают на поверхность, извлекая из нее породу при помощи молотка, удары наносят не слишком сильно.
Бур опять погружают в скважину и бурят, пока не достигнут необходимой глубины.

Бурение проходит с промывкой, но если для этого нет достаточного объема воды, рабочий процесс осуществляют на сухую. Если в работе специалисты задействуют алмазный инструмент, для регулярной промывки они используют специальную эмульсию.

В случае песчаного грунта, добавляют в раствор жидкое стекло, глинистую массу, укрепляющие стенки отверстия.

Для грунтов с неустойчивой структурой, скважину, в процессе углубления, укрепляют обсадными трубами. Часто, вместо промывания водой, используют более дешевую продувку сжатым воздухом.

Оборудование для продувки скважин сжатым воздухом

Особенности шнекового бурения

Из всех методов бурения этот считается самым простым и эффективным. Разрушение и устранение грунта из шахты производится путем вращения винтоподобного приспособления. Диаметр скважины при этом составляет 10-60 см, а максимальная глубина — 25 м. Для удаления почвы тут не требуется дополнительного оборудования.

Задействованное оборудование и инструменты

Основной инструмент, применяемый в работе, — шнек. Это металлический стержень с лопастями. Кроме того, применяются и промышленные типы оборудования на базе автомобиля.

Большинство таких установок оснащено пустыми внутри снарядами с замками обратного хода, предотвращающими движение рабочего инструмента в противоположную сторону. Охлаждение режущей поверхности происходит посредством разбиваемой почвы. Бурение с использованием таких установок производится практически без перерыва, поэтому затраты времени, а также электрической энергии уменьшаются.

Технология шнекового бурения

Сначала выполняется проходка до 2 м, после чего инструмент удаляется из шахты, в которую помещаются обсадные трубы. Они предупреждают обрушение стенок скважины. Это дает возможность применять метод на рыхлых грунтах. Работа продолжается до достижения водоносного слоя.

Плюсы и минусы применения шнека

Такая технология обладает следующими преимуществами:

высоким уровнем производительности;
простотой и доступностью технологии;
сравнительно невысокой стоимостью;
почва поднимается на поверхность во время бурения;
возможностью применения на твердых и сухих участках;
отсутствием риска размывания почвы.

Бурение при помощи шнека — быстрый и недорогой способ, не требующий организации резервуара для промывочной жидкости.

Единственным недостатком шнекового бурения является невозможность его использования при наличии скальных пород в грунте.

Бурение песчаной скважины

Для бурения скважины своими руками можно использовать ударный способ. На выбранной местности подготовьте площадку для монтажа треноги.

Тип снаряда зависит от типа грунта – плотный глиняный грунт пробивают стаканом, а рыхлый глинистый пробивают желонкой. Стакан можно превратить в желонку, приварив конус с металлическим мячом с внутренней стороны трубы.

Вышка собирается в виде треноги из металлических труб, вверху крепят шкив для подвижного каната. В основании крепится подъемный механизм и вал, на который наматывается канат.

Бурение песчаной скважины

В том месте, где планируется скважина, делают углубление для обсадной колонны на полметра. В эту яму должен попасть снаряд. Снаряд поднимается и резко опускается в углубление. Через каждый метр буровой инструмент поднимают и чистят от налипшей земли.

Разведочное бурение и анализ воды

Разведочное бурение проводят для определения качественного источника воды на участке, а также для проведения анализа добытой воды. Иногда она служит временным источником, пока не будет окончательно принято решение о капитальной скважине. Разведочный стол называют иглой.

Самый точный результат даст, конечно, разведочное бурение

Для этого нужна буровая штанга, буровой снаряд и обсадка, которые будут составлять одно целое. Бур остается в земле. Такая скважина выполняется ударной технологией. Особых буровых инструментов для этого не требуется. Проходка составляет до трех метров в час, а максимальная глубина – до пятидесяти метров.

Простейший фильтр будет иметь на конце своем копьевидный наконечник, в середине состоять из трубы отверстия, а на верхушке – из шарикового клапана.

Добытую таким образом воду отдают в любую лабораторию по исследованию природных ресурсов для проверки на минеральные вещества, активность ионов водорода, содержание металлов, щелочей, растворенных кислот.

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.

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.

Подробности

Колонковый тип

Нюансы колонкового типа

Колонковый тип относится к вращательному способу механического типа. С помощью него извлекают глинистый тип почвы, либо песчаные почвы плотной консистенции кернами в форме цилиндра. В качестве бурового снаряда выступает толстостенная труба из металла.
Сверху снаряда присоединяются штанги к специальному месту, они необходимы, чтобы наращивать буровую колонну. Снизу снаряд оснащается коронкой, которую выбирают в зависимости от типа почвы на участке бурения.
Кольцеобразная коронка разрушает почвы, проходя сквозь слои почвы. Внутри керн не разрушается. Чтобы сделать процесс бурения легче, когда работы ведутся в суглинистой твердой почве, глине, в скальном типе грунта, для забоя подается жидкость для промывки.

Внимание! При колонковом способе почвы не разрушаются, их захватывают с помощью колонковой трубы, вытаскивают керном в форме цилиндра.

Почвы после забоя можно удалять из шахты промывкой, для этого нагнетают в нее большой объем воды. Вместо промывки водой можно использовать продувку с помощью сжатого воздуха, который доставляют внутрь с помощью компрессора. Данный метод применяют, чтобы обустраивать скважины, достигающие тысячу метров в глубину, 8-20 сантиметров в диаметре.

Бурят скважины с помощью установок марки ЗИФ, либо УКБ, либо УГБ, которыми оснащены КАМАЗы, КРаЗы, тракторы. В ручном типе бурения трубу колонкового типа делают более короткой, она называется стаканом, либо колоколом. У колонковой трубы конструкция похожа на стакан, который перевернут.

Колонковый метод для бурения применяют, если:

1.разведывают полезные ископаемые.

2.бурят разведочные скважины.

3.бурят водоносные скважины, не зависимо от глубины, безфильтровые источники в скального типа грунте.

Если устраивают частные скважины, то колонковый тип применяется до начала шнекового, либо роторного бурения. Метод позволяет сделать разведку с подготовкой скважины. Также применяют колонковый тип совместно с ударно-канатным видом. Глинистый тип почвы бурят с помощью колонковой трубы, далее более рыхлые слои из песка, гравия, галечника удаляют желонкой, почвы просто не задерживаются колонковым устройством.

Данный метод имеет более низкую производительность по отношению к шнековому типу. При шнековом бурении процесс идет быстрее, но не удается извлечь отработанные почвы наружу в полном объеме. Методы практически не применяют совместно. Но если так случается, то с помощью шнека выкапывают начало шахты.

Внимание! Керны в виде столбиков помогают сделать разрез почвы, что позволяет изучать грунт.

Набор инструментов и оборудования в колонковом типе

Чтобы выполнить бурение колонкового типа, нужны особые инструменты. К ним относят:

1.коронки для бурения, сделанные из алмазного материала, либо стали. Победита, вольфрама.

2.труба колонкового типа.

3.труба, с помощью которой поднимают шлам.

4.штанги, которыми наращивают колонну для бурения.

5.муфты, переходники для стыковки труб, сальник для промывки.

Когда бурят скальные породы, то коронка быстро приходит в негодность, ее следует менять. Коронка сделана из дорогого материала, который выдерживает большие нагрузки, самым распространенным вариантом из материалов считается алмазный материал. Все инструменты следует располагать ровно по отношению к буровой оси.

Особенности технологии

При колонковом типе проходят почвы, сохраняя их в трубе за счет плотной консистенции. Керн выталкивают из трубы, простукивая с помощью кувалды.

Пошаговый процесс работы:
1.Коронка для бурения стыкуют к трубе колонкового типа.
2.к трубе присоединяют штангу, с помощью которой наращивают оборудование.
3, штангу сверху закрепляют внутри станка для бурения.
4.колонна для бурения вращается посредством станка, ввинчиваясь в почвы.
5.керн заполняет трубу.
6.пройдя до 70 сантиметров колонну извлекают на поверхность, отсоединяют штанги, чтобы полностью извлечь колонковую трубу.
7.породы удаляют из трубы.
8.оборудование вновь помещают в шахту, наращивая оборудование с помощью штанг.

Данный процесс происходит до достижения водоносного слоя, далее на пятьдесят сантиметров скважина должна заглубиться в почву, которая считается водонепроницаемой и лежит ниже. Если цель проходки не фиксация водоносного пласта сверху, значит, почвы можно бурить, применяя промывочный способ. В этой ситуации промывочная жидкость подается с помощью шланга в трубу. И раствор удаляет почвы наружу.

Плюсы и минусы метода

Колонковый тип бурения считается быстрым из других механических типов. К недостаткам относят невозможное удаление из шахты рыхлых почв, галечников, наполненных влагой. Для работы в скальных почвах нужно применять долото.

Данный способ имеет немало плюсов. К ним относят:

1.Высокий уровень производительности, можно сооружать скважины, имеющие глубину более ста метров.

2.снижение нагрузки на оборудование.

3.оборудование для бурения может быть мобильным и компактным.

Внимание! Колонковый тип бурения относится к самым скоростным способам разработки скважин. Скважину на песчаном участке можно оборудовать в течение одного дня. Если делать скважину вручную, то потребуется гораздо больше дней.

Шнековый тип бурения

О методе

В частном доме нередко используют шнековое бурение. При этом типе бурения не требуется дополнительное оборудование, чтобы извлекать разрабатываемую почву из ствола источника. Способ похож на ввинчивание, одновременно можно углублять проход шахты, и устранять почвы.

Монтаж ведется с помощью шнека в виде стержня, имеющего лопасти из металла. Углубляясь в почвы, шнек рушит их, грунт задерживается на лопастях. Конструкция шнекового устройства не позволяет целиком удалять из забоя породы. Данный метод удобен для устранения верхнего уровня почвы.

Внимание! Шнековый метод считается быстрым, не затратным, но при нем требуется организация емкости, чтобы заполнять промывочной жидкостью.

Данное бурение применяют во многих сферах, при устройстве скважин геологических разведок, во время укладки коммуникаций, во время устройства скважин буронабивного типа, частично во время бурения скважины на воду.

Способ принято применять при строительстве колодца абиссинского типа. Бурением разрушается почва сверху, и облегчает строительство скважины –иглы в плотном типе грунта. Этим методом можно разрабатывать скважины, имеющие глубину до тридцати метров при рыхлом и мягком типе почвы, до двадцати метров, если почвы средне – плотные. Когда заканчиваются работы шнеком, устанавливается обсада, то шахту очищают с помощью желонки.

Шнековый метод не применяют в скальном типе почвы. С помощью него можно частично начать проходку скважины, максиму до ста двадцати метров. Далее его совмещают с роторным типом, либо колонковым типом, или ударно – канатным.

Необходимое оборудование

Бурение с помощью шнека требует наличие специальной установки для бурения. Главный механизм представлен инструментом для бурения в виде винта. Деталь производят из металла высокой прочности. Заглубляя инструмент в почву, его наращивают с помощью шнеков подходящего размера.

Иногда в комплект входят долота лопастного типа. С помощь них можно пройти рыхлые почвы, иногда применят долота для твердых типов почвы. Они имеют круглые, либо конусообразные головки.

Внимание! Для труднодоступных мест подходят установки, которыми оснащены автомобили с мощным типом двигателя.
Современные установки имеют полные снаряды, имеющие реверсивные замки, чтобы инструмент не двигался в обратном направлении. Разрабатываемый грунт охлаждает режущие детали конструкции в шнеке. Разработанный грунт вынимается наружу, проходя по спиралям. Это делает процесс бурения беспрерывным, при этом уменьшаются траты на энергию и время.

Особенности технологии

Когда проходят слой почвы до двух метров, следует извлечь шнек, чтобы в скважину вставить обсаду. С помощью шнека можно пробурить скважину, имеющую диаметр от 50 до 200 миллиметров. Размер зависит от параметров оборудования для бурения.

С помощью обсадной трубы предотвращают обрушение стен шахты. Установки обсады требуют в скважинах с рыхлыми несвязными почвами. При бурении супесей, суглинистых почв применяют шнеки, у которых лопасти располагаются под углом тридцать – шестьдесят градусов. Если бурить песчаные почвы плотного типа, применяют лопасти с углом расположения в девяносто градусов. Если шнеки имеют меньший наклон спиральных витков, то на поверхность выкидывается большее количество несвязного грунта.

Внимание! При шнековом типе бурения не нужна жидкость для промывки, разработанные породы извлекаются при помощи лопастей.

Положительные характеристики метода

С помощью применения шнека можно обустроить скважину в короткие сроки. При этом по шнек, наклон долота должны подходить по размеру скважины. К плюсам метода относят:

1.почвы удаляются из скважины сразу во время работ.

2.возможность быстрого непрерывного углубления в почву.

3.не нужно промывать ствол скважины.

4.с помощью компактной установки можно выполнить бурение в подвальном помещении дома.

Основным недостатком метода считается невозможность проводить бурение в сыпучем типе почве, также на очень твердом типе грунта. Однако с помощью шнека бурят на суглинках, смешенном типе почвы (супеси с глиной), мягких глинистых почвах.

При устройстве водоносных скважин приходится совмещать метод с ударно-канатным, чтобы очищать ствол от грунта. Это качество относят к недостаткам способа.

Внимание! Шнек-змеевик применяется при ручном методе бурения. Устройство способно разрушать породы, захватывая ее лопастями, чтобы извлечь наверх.

Роторный метод бурения

О методе

Метод относится к вращательно-вибрационному типу бурения. Во время процесса разрушается грунт с помощью долота, который двигается под действием ротора. Двигатель автомобиля приводит в действие ротор, либо для этого используют отдельный электродвигатель с приводным валом.

Для удаления из скважины почвы применяют промывку прямого, или обратного типа. Жидкость подается в ствол самотеком, либо с помощью насоса.

Внимание! Артезианские скважины бурят роторным типом, применяя долот.

Бурение этим методом применяют, чтобы разрабатывать скважины в скальном, полускальном грунте, если скважины до ста пятидесяти метров глубиной.

Чтобы проводить бурение, соблюдая такие условия, как:

1.участок в гидрологическом разрезе должен быть изучен, должно быть понятно, что бурить придется скальные грунты. Должно быть известно, на каком уровне залегают водоносные пласты.

2.вода под землей имеет напор, характерный для артезианских источников.

3.можно бес проблем доставлять техническую воду, чтобы промывать скважину.

Данный тип бурения можно применять в течение всего года в теплых районах страны. В северных регионах период времени ограничен, потому что жидкость для промывания может замерзнуть.

Набор инструментов

Бурение проводят, применяя рамную, либо решетчатую вышку, на ней располагают подъемное устройство, и другие механизмы устройства. С помощью вышки можно осуществлять подъем и спуск в источник колонны для бурения.

В составе колонны такие элементы конструкции, как:

1.вышка рамного, либо решетчатого типа.

2.двигатель с приводным валом.

3.ротор с бурильной колонной.

4.насос, чтобы очищать ствол.

5.оборудование для подъема, вертлюг, магистраль напорного типа, сальники.

Если установка размещена на автомобиле, то используют его двигатель. Мощность двигателя регулирует количество оборотов бурового оборудования. Зубчатое устройство в роторе заставляет вращаться главную трубу, далее начинает вращаться долото. Устройство изготавливают разной формы, применяя материалы высокого качества, к примеру, стальную с алмазным покрытием.

Внимание! Тип грунта влияет на выбор размера, формы долота, чтобы придавать процессу бурения наибольшую эффективность, ускоряя проходку.

Нюансы технологии

При роторном типе бурения следует соблюдать этапы работы. Выделяют 3 основных этапа:

1.разрушают породы, применяя долото.

2.выносят разрушенные породы наружу, применяя поток жидкости.

3.укрепляют скважину обсадной трубой.

Промывка имеет два способа: обратный, прямой. Условия работы влияют на тип промывки: глубина скважины, тип грунта.

В частном доме при бурении ротором применяют прямую промывку. Она состоит из таких этапов, как:
1.в почву помещают долото с большим диаметром.
2.вращают долото, применяя ротор.
3.ставят бурильные трубы, утяжеленные трубы между ротором с долотом.
4.с помощью насоса напором удаляют грунт.
5.устанавливают обсадную трубу.
6.бурят с помощью долота малого диаметра, повторяя процесс бурения снова.

Если применяют обратную промывку, то почвы удаляются с помощью труб в бурильной колонне, жидкость заливают между трубами и стенами шахты.

Вода стекает без напора в приготовленную емкость, где ее очищают от мусора, далее возвращая ее в колонну, чтобы удалить еще новые почвы.

Плюсы роторного типа

С помощью ротора можно осуществлять бурение глубоких скважин с водоносными слоями в известняке. К другим плюсам относят следующие качества:

1.высокий уровень качества при вскрытии водоносных слоев в скальном грунте.

2.можно строить скважины с большим сечением, равным 20 метров.

3.процесс бурения быстрый, малые траты энергии.

К недостаткам относят необходимость промывать скважину. У метода больше плюсов, чем минусов, поэтому данный недостаток нивелируется количеством положительных характеристик.

Выбор насосных агрегатов для промышленных скважин

Вывод воды из водозаборной конструкции осуществляется с помощью специальных насосов. При их выборе необходимо учитывать следующие факторы:

мощность используемого привода;
тип оборудования;
уровень рабочего давления;
производительность насосного агрегата.

Насосные агрегаты используются для перекачки чистой воды, в которой может содержаться незначительное количество посторонних примесей. Для изготовления корпуса насоса применяются сплавы металлов, устойчивых к воздействию коррозии. Электродвигатель надёжно защищён герметичной оболочкой.

Для забора воды из промышленной скважины применяются насосные агрегаты погружного типа. Их рабочие лопасти погружаются в воду. Страховка насоса осуществляется с помощью нержавеющего троса.

Устройство погружного центробежного насоса

При окончательном обустройстве сооружения в нём монтируются водозаборные конструкции. С помощью них осуществляется доставка воды потребителю.

Основные термины

Бурение – это процесс сооружения скважины по средствам разрушения горной породы.

Скважина – это цилиндрическая горная выработка, сооружаемая с помощью специальных инструментов, для которой характерны большая длина и малый диаметр. Основными частями скважины является устье – 1, ствол – 2 и забой – 3 (рисунок 1).

Дебит скважины (не путать с бухгалтерским дебЕтом) – объем воды, который можно добывать из скважины за единицу времени. Измеряется в л/с или м3/ч. Самый важный параметр для подбора водоподъемного оборудования и бесперебойной работы источника.

Скважина на воду бурится непосредственно до водоносного горизонта и в зависимости от глубины и дебита является отличным источником воды, как для хозяйственно-бытовых, так и для промышленных целей.

Рисунок 1. Схема скважины

Скважина на воду, как и любая другая, является сложным техническим сооружением и от соблюдения технологии бурения, а так же правильности выбора конструкции скважины, зависит ее производительность, срок службы и качество воды.

Определяющими факторами при выборе технологии бурения водозаборной скважины являются глубина залегания подземных вод, а так же горные породы, слагающие разрез в месте бурения. Правильно выбранная технология позволит пробурить скважину в минимальные сроки, исключить аварии и осложнения в процессе бурения, а главное, получить максимальный дебит, соответствующий данным геологическим условиям.

Суть технологии

Грунторазрушающим устройством служит колонковый бур (буровая коронка) – специальный инструмент, имеющий твердосплавные режущие части или алмазные вставки.

Колонковый бур

С его помощью профессиональные бурильщики максимально быстро образуют в грунте отверстия нужной глубины и диаметра.

Колонковое бурение скважин проводится мастерами при высоких оборотах основной детали, поэтому установка подвержена мощной нагрузке. Для устройства коронки – прочного и удобного кольца из стальной заготовки – пустотелого цилиндрического куска с острыми резцами – применяют твердые сплавы: вольфрам, победит и сталь или алмазы.

Коронка движется строго по краю, а порода изнутри остается нетронутой. После того как рабочий ствол заполнится грунтом, образцы периодически извлекают для исследования из керноприемника и определения геологического разреза места.

Небольшой диаметр бура до 160 мм позволяет преодолеть за смену до нескольких сотен метров, все зависит от твердости породы.

После выполнения колонковой проходки и изучения результатов, легко начинать шнековое бурение с полным извлечением содержимого скважины.

Нюансы установки обсадных труб

Это может быть металл, асбестоцемент или пластик. Каждый из материалов имеет свои преимущества и недостатки. Бетонные обсадные трубы применяются редко. Это, как правило, производства. Материал тяжелый, хрупкий, склонен к раскалыванию. Поэтому в процессе бурения скважин используют или сталь или ПНД.

Металл окисляется, если это не нержавейка, которая стоит дорого. Окисел вызывает ухудшение качества воды. Со временем она приобретает бурый оттенок и у нее появляется металлический привкус. Придется устанавливать фильтр и чистить скважину. Соединения сварные. Именно они являются слабым местом, и после разгерметизации грунтовые воды с грязью попадают внутрь обсадной трубы.

Пластик низкого давления (ПНД) легкий, что упрощает монтаж. Внутренняя поверхность гладкая, и на ней не появляется отложение. Коррозия не страшна, соединения герметичны. Секции скручиваются посредством предусмотренной резьбы, и никаких специальных средств для этого не требуется. Единственный недостаток – ограничение по глубине скважины. Для артезианской скважины этот материал не подходит.

Классификация и общая характеристика способов бурения

Процесс бурения состоит из разрушения породы на забое шпура (скважины) буровым инструментом и удаления продуктов разрушения (буровой мелочи) из него.

При всех способах бурения выполняются следующие основные операции: подготовка и установка бурильной машины для начала работ, бурение (разрушение породы) с очисткой забоя скважины от продуктов разрушения, наращивание бурового става для достижения требуемой глубины бурения и его разборка после окончания работ, смена изношенного бурового инструмента и передвижение машины на новую точку бурения шпура или скважины.

В настоящее время применяются вращательный, ударно-поворотный, ударно-вращательный и вращательно-ударный способы бурения шпуров и скважин (механические способы бурения), а также огневое и комбинированное бурение. Исследуется эффективность применения энергии ВВ при взрывном бурении скважин, а также высоковольтных электрических разрядов при электроимпульсном бурении.

При вращательном бурении инструмент вращается вокруг оси, совпадающей с осью шпура или скважины и одновременно с определенным усилием подается на забой. Величина усилия задается из условия превышения предела прочности породы на вдавливание на площади контакта режущих лезвий инструмента с породой. При этом происходит последовательное разрушение от вдавливания и скалывание частиц породы с забоя. Продукты разрушения удаляют с помощью витых штанг (при бурении шпуров), шнеков (при бурении скважин), промывкой забоя водой или продувкой воздухом.

На горных предприятиях применяют: вращательное бурение шпуров резцами с помощью ручных и колонковых сверл; вращательное (шнековое) бурение скважин резцами и алмазным инструментом с помощью буровых станков.

При ударном способе бурения инструмент (долото или коронка) наносит удар по забою и разрушает породу под лезвием. После каждого удара инструмент поворачивается на некоторый угол, чем обеспечивается последовательное разрушение всей площади забоя и получение круглого сечения шпура или скважины.

При ударно-поворотном бурении обычным и погружными бурильными молотками (перфораторами) инструмент поворачивается прерывисто только в промежутках между ударами вмонтированным в молоток поворотным устройством. В некоторых конструкциях бурильных молотков поворот инструмента происходит в период нанесения удара поршнем по инструменту.

При ударно-вращательном бурении погружными пневмоударниками и бурильными молотками с независимым вращением удары наносятся по непрерывно вращающемуся инструменту. Разрушение породы при этих способах бурения происходит только в результате внедрения буровой коронки при ударах.

При вращательно-ударном бурении удары наносятся по непрерывно вращающемуся под большим осевым усилием инструменту. Разрушение происходит как в результате внедрения инструмента при ударах, так и вследствие скола породы при вращении инструмента.

Бурение шарошечными долотами выполняется как при ударном способе долотами чистого качения и при вращательно-ударном — долотами со скольжением, в которых зубцы, наряду с перекатыванием по забою, срезают породу скользящим движением вдоль поверхности забоя.

При огневом бурении разрушение породы на забое скважин происходит за счет термонапряжений, возникающих при быстром нагреве поверхности породы потоками раскаленных газов (2000°С), вылетающих из сопел горелки со сверхзвуковой скоростью (2000 м/с и более).

При взрывном бурении разрушение породы на забое скважин происходит последовательными взрывами небольших зарядов ВВ. Известны два метода взрывного бурения: патронный — с помощью патронов жидких или твердых ВВ, взрывающихся на забое от удара или детонатора, и струйный, при котором через бур на забой подаются жидкие компоненты ВВ (горючее и окислитель) и происходит формирование жидкого плоского заряда. Взрыв этого заряда вызывается впрыскиванием капли инициирующего состава (эвтектического сплава калия и натрия).

При электроимпульсном бурении разрушение пород на забое скважины происходит вследствие электрического пробоя его участка высоковольтным (до 200 кВ) разрядом. Мгновенно выделяемая энергия в канале пробоя разрушает породу, которую с забоя удаляют потоком диэлектрика, циркулирующего в скважине (соляровое масло, вода и т.п.).

Разрабатываются комбинированные способы бурения, в которых происходит совместное воздействие на забой ударного инструмента и шарошки (ударно-шарошечный способ), резцов и шарошек (режуще-шарошечный способ), шарошек и огневой горелки (термо-шарошечный способ), огневой горелки и ударного инструмента (термоударный способ).

Ударно-канатное бурение

При таком способе, разрушение породы производится за счёт резкого механического воздействия, а именно – падения тяжёлого предмета с высоты. В качестве такого предмета выступает забойный стакан – кусок стальной трубы с буром на конце. В корпусе трубы делают несколько отверстий для быстрой очистки от грунта при вытаскивании. Освобождение стакана от породы производится через каждые 50 см проходки.

К задней части стакана крепится трос или канат, другой конец которого расположен в верхней части буровой вышки. Вышкой называют сборную конструкцию из брёвен, металлических балок или труб высотой от 2 м. Для бурения скважин глубиной от 20 м используются канатно-ударные бурильные установки.

Преимущества

Ударный метод обладает рядом преимуществ.

Его можно использовать для работы с прочными каменистыми грунтами
Стакан не портит водоносный слой и стенки скважины и легко очищается.
Способ можно использовать для изучения характеристик грунта на определённых слоях.
Монтаж скважины можно проводить сразу после окончания бурильных работ.

Недостатки

Из недостатков метода можно выделить следующие моменты:

Низкая скорость бурения.
Невозможность использования на песчаном грунте.
Метод годится только для вертикального бурения.