Технологии и методы бурения скважин

Наиболее популярное оборудование для бурения скважин для воды МГБУ

Малогабаритные установки часто покупают ИП, небольшие компании и дачники. Основные черты компактных станков — малый вес, мобильность и сравнительно невысокая цена. Некоторые модели в диапазоне 70-900 тыс. р. пользуются повышенным спросом из-за возможности организовать бизнес на строительстве водозаборов, используя МГБУ.

Установка Колибри

Доступные способы бурения: шнековое диаметром <200 мм, роторное с промывкой и продувкой, сплошным забоем или колонковым. Проходка скважин в грунтах I-VI категории.

Установка Колибри.

Технические характеристики:

• глубина бурения — 50-70 м;
• мощность привода — бензиновый двигатель 16,4 кВт (22 л.с.);
• масса в сборе — 270 кг.

МГБУ монтируется на прицеп, шасси УАЗ, Газель. Выпускается в модульном варианте для ручной переноски. Стоимость 900 тыс. р.

Установка Гидробур

Изготавливается для бурения скважин Ø70-320 мм в породах любой твердости на глубину 50-70 м. Состав бригады — 2 человека.

Характеристики модели Гидробур-1 Крот:

• мощность электропривода от сети 220 В — 2,2 кВт;
• средняя скорость бурения — 4-5 м/час.;
• вес без снаряда и бурового инструмента 200 кг.

Цена базового комплекта — 70 тыс. р. Отдельно поставляются приборы управления — 14 тыс. р. и электропривод на подъем и опускание колонны — 14 тыс. р.

Установка ТМ 80

Применяется в твердых породах до 12 категории прочности. Начальный диаметр <300 мм, глубина бурения шнеком 150 мм — <10 м, с продувкой до 50, промывкой — 150 м.

Установка ТМ-80.

Параметры МГБУ ТМ 80:

• привод от двигателя ВАЗ 2106 — 80 л.с.;
• скорость бурения по песку — 15, глине — 10, твердым породам — 5 м/час.;
• масса — до 750 кг.

Станок установлен на собственном шасси, оборудован 4 выдвижными домкратами. Выпускается в 3 модификациях: Премиум, Стандарт, Бюджет. Стоимость от 570 тыс. р.

Установка УМГБ 2

Назначение — проходка выработок в крепких породах с промывкой или продувкой, в мягких грунтах устанавливают шнек. На станке установлен частотный преобразователь тока, обороты вращателя регулируются в пределах 0-110 об/мин.

Показатели:

• двигатель 3-фазный 4 кВт;
• глубина бурения шнеком — 6 м, с промывкой — до 120 м;
• масса с оснасткой на 51 м скважины — 1 т.

Модель разборная, умещается в легковом прицепе. Цена от 270 тыс. р.

Шнековое бурение

Что будет, если использовать шнек? Во многих случаях приходится преодолевать рыхлые песчаные грунты. И если на этапе обустройства эта проблема решается при помощи обсадных труб, то на первоначальной стадии наиболее эффективна установка шнекового бурения.

Она уверенно справится с подвижной сыпучей массой, которая так часто встречается при бурении скважин на воду в Московской области.

• эффективны;
• просты в применении;
• гарантируют довольно быструю практическую проходку до нужной отметки;
• не требуют дорогостоящих машин.

Работы проводятся беспрерывно, две стадии — углубление и измельчение породы — фактически идут одновременно.

Чтобы транспортировать грунт в процессе шнекового бурения, не приходится вынимать бур наружу. Необходимость в промывке если и возникает, то только в исключительных случаях.

Когда работают грамотные буровики, соблюдающие технологию, необходимость в этом едва ли будет. Однако станок для шнекового бурения не справится при столкновении с вязкими и плотными породами, потому что он не рассчитан на такие нагрузки. Врезаться в рыхлый грунт помогает заострённый наконечник.

Это может быть:

• лопастной бур;
• долото двухлопастное;
• долото трёхлопастное.

Чтобы исключить перегрев аппаратов, нужно соблюдать несложное правило: перемещаемая порода должна заполнять межвитковое пространство максимум на 40%.

Толщина сверлящего элемента подбирается индивидуально, поскольку при шнековом бурении наружный диаметр бура прямо определяет скорость проходки.

Наличие пустотелого центрального канала, куда подаётся вода или воздух, существенно повысит общую эффективность работы. Однако такие дополнения, конечно, удорожают и сами инструменты, и их эксплуатацию.

Практические нюансы

Добротное шнековое бурение скважины выполняется, если мощность установки на 50% превосходит проектную мощность долота.

Если предстоит проходить очень крепкие породы, без алмазных коронок почти не обойтись. В какой-то мере альтернативой оказываются твердосплавные детали.

Буровая жидкость не требуется, и это дополнительно упрощает работы.

Поскольку встретить в нашем регионе вязкие породы маловероятно, именно шнековый тип бурения однозначно доминирует среди других способов.

Для получения воды используют только вертикальные каналы, потому что горизонтальные пригодны исключительно для проходки под инженерные коммуникации. Стоит отметить, что шнек не слишком подходит для глубоких пластов.

Если нужно добуриться глубже, чем на 80 метров, трудоёмкость работ непомерно возрастает. Колонна, по замыслу конструкторов, должна обеспечивать подъём всей массы грунта. Однако на практике часть выбуренной массы обрушивается обратно в забой.

И потому при шнековом методе бурения скважин прочистка и промывка ствола должна быть усиленной, иначе приступать к эксплуатации (даже для технического водоснабжения) нельзя.

Профессионалы заранее рассчитывают такие моменты, как осевая нагрузка и скорость вращения колонн. Темп вращения регулируется тщательно, потому что в противном случае вибрации могут нарушить работу техники.

Лопасти должны очищаться через каждые 50 сантиметров, иначе последствия будут плохие. Галечники и прочные монолитные породы не проходятся шнеками.

Промывочная жидкость в буровых роторных работах

Бурение скважин вращательным роторным способом можно сделать эффективнее, если использовать подходящий метод промывки. На данный момент в качестве жидкости применяются:

• полимерные растворы;
• аэрированные растворы;
• нефтяные эмульсии;
• вода.

Также применяется продувка воздухом. В случае, если работы планируются на участках с низким пластовым давлением, используется специальный газ.

Роторное бурение скважин – это довольно трудоемкий процесс, требующий учета многих факторов. Тем не менее, он является одним из самых эффективных методов и широко применяется в самых разных условиях.

Специфика ручного бурения

Ручное бурение вала шнека

Бурение скважин без посещения площадки спецтехникой можно производить только в том случае, если вы решите работать вручную. Ручной метод позволяет существенно сэкономить семейный бюджет, но при этом придется приложить немало физических усилий. Используется при сооружении родника глубиной не более 25 метров; Бурение своими руками производится до тех пор, пока буровая установка не достигнет водоносного горизонта.

Чтобы самостоятельно изучить источник, вам понадобится следующий рабочий инвентарь:

• для работы на больших глубинах вам также понадобится буровая вышка;
• рокеры;
• ряд сверлильных головок, например, магазины, катушки, буровая ложка и сверло;
• кожух;
• электроталь или лебедка.

Погружение мачты осуществляется по следующей технологии:

Сначала нужно выкопать небольшую ямку глубиной не более 40-50 см, в которую будет вставлена ​​дрель.
Человек начинает осторожно вращать дрель (важно, чтобы она почти вертикально погружалась в землю). По мере того, как сеялка углубляется в землю, ее будет вращать один человек, затем два и т.д.
Чтобы грязь не забивала всю сеялку, сеялку через каждые 50-70 см снимают с земли и очищают.
Если вам приходится работать с твердыми почвами, яму следует залить большим количеством воды.

Как только яма в источнике начинает заполняться водой изнутри, буровые работы прекращаются
Следующим шагом будет откачка грязной воды с большим количеством примесей. Для этого используется поверхностный или погружной насос

Как только яма в источнике начинает заполняться водой изнутри, буровые работы прекращаются. Следующим шагом будет откачка грязной воды с большим количеством примесей. Для этого используется поверхностный или погружной насос.

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.

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.

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.

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.

Обсаживание стенок скважин

Согласно технологии бурения канатным способом, для укрепления ствола шахты прибегают к установке труб для обсадки. Их диаметр должен быть больше, чем сечение забивного стакана. Тем самым упростится перемещение снаряда.

Колонны бывают муфтовые и с высаженными концами. В первом случае на обоих концах изделия присутствует резьба. Соединяют их с помощью муфт с внутренней резьбой. Этот вариант используется при необходимости установить трубу диаметром менее 50 мм.

Обсадные трубы с высаженными концами оборудованы расширительным конусным башмаком. По высадке нарезается внутренняя резьба, на противоположном крае — наружная того же размера. Это дает возможность состыковать элементы без применения муфтового сцепления.

Механизированное бурение скважин

Ударно-канатная конструкция

Существует несколько способов механизированного бурения скважин. Чтобы выбрать наиболее подходящий, о каждом нужно узнать более подробно.

Ударно-канатный способ бурения скважин

Это самый старый способ из всех существующих, его изобрели и активно использовали столетиями в древнем Китае. Разрушение породы происходит из-за резкого механического воздействия – падения с высоты тяжелого забойного стакана. Деталь представляет собой кусок трубы, изготовленной из стали с буром на конце. Для очищения предмета от почвы при вытаскивании он оснащен несколькими отверстиями.

К задней части стакана крепится канат или трос, который соединяет его с верхней частью буровой вышки. Высота ее превышает 2 метра. Используется метод для сооружения источника глубиной более 20 метров.

Роторный способ

Роторное бурение

Роторный способ бурения скважин реализуется с помощью специального оборудования – самоходной буровой установки. Ее размеры и оснащение дополнительными элементами будет зависеть от условий работы. При проходке снаряд, оснащенный долотом, вращательным движением разрушает породу и постепенно углубляется в слои грунта.

• Для каменистой почвы используется модель установки УРБ-2А2.
• Для проходки промышленных сооружений, глубина которых может достигать 500 метров – УРБ-3АМ.
• В условиях застройки – МБУ-2М.

Шнековый и колонковый способы бурения скважин на воду

Бур для колонкового бурения

В реализации шнекового метода обязательно наличии шнека, который работает по принципу ледового бура только больших размеров. Для сооружения скважины его вставляют в предварительно подготовленную яму и вращают.

Особенности способа – высокая производительность, сроки выполнения работ самые короткие. Обусловлено это большой скоростью выемки породы из скважины. Диаметр винта может достигать 150 см.

Рекомендуется использовать на болотистой и песчаной почве. Реализация не предполагает больших финансовых и физических затрат. Из недостатков выделяют отсутствие возможности проведения работ на каменистой почве, а также ограниченная глубина – максимум 50 метров.

К колонковому методу бурения чаще всего прибегают для сооружения скважин в промышленных масштабах, а также для проведения научных и исследовательских работ. Использование специального долота разрушает породу. Пустотелая труба дополнительно оснащена рубцами. Проникая в слои почвы, она отсекает от основного пласта.

Высокая производительность позволяет использовать метод не только для сооружения скважин, но и в строительстве, например, если требуется проделать сквозное отверстие в железобетонной конструкции. В движение долото приводит специальная установка под названием – ЗИФ.

Промывка скважины на воду после бурения

После бурения скважины своими руками и установки обсадной трубы осуществляется промывка – обязательный этап. Суть этого процесса сводится к тому, что в источник опускается труба, через которую под давлением закачивается вода. За счет напора из отверстия полностью удалится песок и глина. Все это будет откачено наружу. Как только пошла чистая вода обязательно сдайте ее на анализ в соответствующей организации.

Плюсы и минусы

Данный способ бурения скважины на воду имеет свои плюсы и минусы.

Достоинства:

• Конструкция скважины на воду позволяет сделать источник с высоким дебетом и продолжительным эксплуатационным сроком.
• Оборудование для бурения скважин можно сделать своими руками, что является экономией, как если бы пришлось арендовать для бурения скважины малогабаритную установку.
• Возможность контроля уровня воды и видеть водоносный слой.
• Проектирование водозаборных скважин позволяет создать входное отверстие с большим диаметром.
• Данные способы бурения позволяют проводить работы даже в зимнее время года.

Недостатки:

• Существуют другие виды бурения скважин, позволяющие проводить работы намного быстрей.
• Потребуется большой объем оборудования для бурения скважин на воду, особенно что касается обсадной трубы.
• Данные виды скважин на воду требуют серьезных физических и трудовых ресурсов.
• Перед тем как бурить скважину на воду необходимо определить характер грунта, не всегда ударно-канатная технология актуальна.
• Нанесение вреда ландшафтному дизайну придомовой территории. По этой причине перед тем как пробурить скважину своими руками не следует проводить озеленительные работы.

Перфоративное бурение

Такой способ бурения используют для строительства абиссинского колодца.

Для этого используется труба из железа, которая собрана из отрезков разной длины, которые между собой скреплены с помощью муфт. По своей форме они похожи на своеобразное копье и поэтому её ещё называют скважин иглой. Герметичность соединений резьбы чрезвычайно важна и добиваются её использованием силикона, или же сантехнического льна.

Прежде всего, бурение проводят до начала обводненного слоя земли. Скважина должна быть в диаметре от пятидесяти до восьмидесяти миллиметров в сухой земле. После этого скважину ставят в фильтр, а обсадные колонны забиваются.

Внизу такой трубы располагается фильтр, представляющий из себя простую трубу с таким же диаметром. В ней имеется много отверстий в среднем диаметров от пяти до восьми миллиметров. Снаружи она защищена фильтровой сеткой, способной пропускать влагу и задерживать взвеси и песок. Сквозь подобную сетку с галунным плетением проходят частички только самого маленького диаметра и размеров.

Для установки такой трубы в грунт на глубину от восьми до двенадцати метро применяют всевозможное оборудование, от штанг до бабки.

Способы бурения

Чаще всего используют такие технологии, как:

• ударно-канатная;
• с использованием роторной техники или забойного мотора;
• турбинной технологией;
• с винтовым мотором;
• электрическим буром.

Самый проверенный и практичный метод был назван первым — ударно-канатный. Он предполагает пробивание долотом с конкретной периодичностью. Сила удара формируется весом самого инструмента и утяжеления в виде штанги. Обратное движение выполняется за счет балансира.

При использовании роторной техники бурение осуществляет вращающийся механизм. Ротор устанавливается на устье через трубы, он работает, как вал. Если это небольшая скважина, то будет достаточно шпиндельного двигателя. Привод ротора присоединяется к лебедке и кардану, благодаря этому можно управлять скоростью.

Турбина создает вращающий момент, это воздействие двигателем на колонну, используется гидравлическая энергия. Турбобур создает из энергии гидравлики механическую, она и будет вращать элементы.

Мы рассмотрели, как бурят скважину на нефть, прошлись по всем необходимым работам и способам бурения. Общий вывод такой: главная задача при разработке — передать энергию на долото, чтобы создать движение, направленное на углубление. Отличие технологий в типе энергии и способе ее передачи.

Сферы использования подобной технологии

Подъем скального материала с глубоких горизонтов — главная область применения способа.

С его помощью решаются следующие задачи:

1. Поиски и геологическая разведка. Подъем керна выполняется с целью описания строения продуктивных пластов твердых полезных ископаемых, нефти, воды, газа и вмещающих горных пород. Керновый столб отражает последовательность и мощность слоев, что необходимо для построения геологического разреза. Скважины используют и для проведения геофизических исследований.
2. Изыскания гидрогеологические. При инженерных работах имеет значение, на какой глубине залегают грунтовые воды. Скальные промежутки преодолеваются с отбором проб или бескерновым способом.
3. Строительство скважин на воду. Направлений использования 2: увидеть гидрогеологический разрез будущего водозабора и использовать пройденную выработку небольшого диаметра для последующего расширения шнековой установкой.
4. Возведение свайных фундаментов. Применение колонкового бурения обосновывается так же, как при строительстве водяных скважин.
5. Разработка месторождений твердых полезных ископаемых. Для уточнения контуров рудного тела из подземных выработок осуществляется колонковая проходка разведочных скважин с отбором керна.
6. Устройство цилиндрических проходов в бетонных сооружениях и кирпичных конструкциях. При сверлении алмазной коронкой получают отверстия в перегородках и перекрытиях зданий, имеющие ровные стенки и заданный размер.
7. Проходка шурфов Ø 400-1500 мм при строительстве колодцев различного назначения. Строительство шахтных стволов диаметром ≥4 м.

Керновое бурение используется также при изучении многослойных ледников Антарктиды, для определения возраста старых деревьев по годовым кольцам.

Инструмент

Рабочий инструмент, с помощью которого разрушается порода – долото. Желонка, служащая для извлечения разрушенной породы на поверхность. Буровой снаряд, составными частями которого являются ножницы, штанга для ударов, канат и канатный замок.

Вспомогательный инструмент, с помощью которого производят сборку и установку бурового снаряда. К ним относятся различные ключи, в том числе рожковые и гаечные, затяжные трещотки, отвертки.

Специальные инструменты для работы непосредственно с обсадными трубами. Это — башмак, забивные головки и снаряды, хомуты.

Инструмент для ловли и установки труб.

Перечень установок для проведения бурильных работ ударно-канатным способом не такой большой, как для роторного способа. В него включены УКС22М-2, УКСЗОМ-2, установки для комбинированного бурения, когда роторное бурение сочетается с ударно-канатным способом и обратной промывкой.

Комбинированные буровые установки очень часто используются в США. Они дают возможность сочетать вращательный и ударно-канатный методы проведения бурильных работ, делать обратную промывку. Но стоимость таких комбинированных установок гораздо больше стоимости обычных бурильных установок и чтобы окупить данное оборудование нужно выполнять немалые объемы работ. Поэтому они невыгодны у нас для многих мелких фирм.

Шнековое бурение

На трубу навариваются лопасти по спирали, которая погружается в грунт вращательными движениями. Подходит не всем типам почв. Идеальное решение для мягких и средних грунтов.

Шнековый способ:

1. Выкапывается шурф 1,5 на 1,5 м, глубиной до 2 метров. Позднее в нем будет кессон.
2. Если грунт сыпучий, то стенки усиливаются деревянными щитами.
3. Шнековый бур проворачивается при помощи специального хомута или ключа.
4. Если грунт неустойчив, то при бурении сразу выполняется обсадка ПВХ-трубой.
5. Если на шнеке грунт будет извлекаться непосредственно через трубу, то ПВХ не подойдет — используется металлическая.
6. По мере продвижения шнек и обсадная труба наращиваются с помощью соединительных муфт.
7. За один проход рекомендуется делать не более 5 оборотов. В противном случае поднять почву наверх будет сложно.
8. Чтобы облегчить ход бура в источник, можно подливать воду.
9. Устанавливается тренога с блоком для подъема бура.
10. Бурение проходит вплоть до водоупора. Если пошел песок крупной фракции и влажный, то водоупор отличный.