Колонковое бурение скважин и технология,

Содержание
  1. Колонковое бурение скважин краткое описание
  2. Технология проведения работ и оборудование
  3. Принцип колонковой методики
  4. Станки и буровые установки
  5. Особенности шнекового бурения
  6. Задействованное оборудование и инструменты
  7. Технология шнекового бурения
  8. Плюсы и минусы применения шнека
  9. Этапы процесса.
  10. Сферы использования подобной технологии
  11. Инструкция по установке скважины
  12. Технические требования
  13. Как учитывают характеристики грунта?
  14. Преимущества колонкового бурения заключаются в следующем:
  15. Дополнительные аспекты
  16. Какое оборудование используется?
  17. Ручные методы бурения водоносных скважин
  18. Особенности абиссинского метода
  19. Особенности ударно-канатного метода
  20. Особенности ручного роторного метода
  21. Характеристика роторного бурения
  22. Применяемое оборудование и инструменты
  23. Своеобразие роторной технологии
  24. Достоинства и недостатки роторного бурения
  25. Недостатки колонкового бурения
  26. Бурильный инструмент при колонковом способе
  27. Принцип колонковой методики
  28. Станки и буровые установки

Колонковое бурение скважин краткое описание

Сущность колонкового бурения заключается в следующем, кольцевая коронка l, в нижний рабочий торец которой надлежащим образом вставлены резцы из твердых сплавов или в исключительных случаях алмазы, при помощи резьбы присоединяется к трубе 2, называемой колонковой.

Последняя посредством перехода 3 соединяется с пустотелыми штангами 4, которые по мере углубления скважины постоянно наращиваются. Верхняя штанга на поверхности зажимается во вращателе бурового станка, посредством которого весь гарнитур при соответственном давлении на забой скважины приводится во вращение.

При дробовом бурении (рис. 2) дробовая стальная коронка 1 имеет гладкий ровный нижний торец, под который периодически в надлежащем количестве засыпается закаленная буровая чугунная или стальная дробь. При вращении с соответствующим давлением коронкой выбуривается кольцевое пространство, внутри которого остается нетронутый столбик породы 2, называемый керном, входящий по мере углубления в колонковую трубу. Во все время бурения через пустотелые штанги в скважину подается глинистый раствор или вода, охлаждающая рабочий торец коронки и выносящая на поверхность выбуренную породу, называемую шламом. Количество промывной жидкости, а следовательно и производительность насоса подбирается в зависимости от площади кольцевого зазора между стенками скважины и штангами.

При больших диаметрах скважины и значительной разнице в диаметрах штанги и скважины для улавливания тяжелых частиц, осаждающихся на колонковый снаряд, ставится выше колонковой трубы открытая кверху штампованная труба 3 (рис. 2).

колонковый способ бурения скважин

При дробовом бурении, когда промывка во избежание вымывания дроби из-под торца коронки сильно ограничивается, применение шламовых труб обязательно. Для отрыва керна и последующего его извлечения на поверхность между колонковой трубой и коронкой при бурении твердыми оплавами нередко включается кернорватель — рвательный корпус с рвательной пружиной.

Стальная рвательная пружина при всяком подъеме снаряда стремится занять нижнее положение в рвательном корпусе и благодаря внутренней конической расточке в последнем сжимается, крепко захватывает керн и срывает его.

При дробовом бурении кернорвателем не пользуются, и керн срывается посредством заклинки, представляющей битый камень пли стекло. Размер зерен для заклинки подбирается т. о., чтобы они свободно проходили сквозь отверстия ниппелей и в зазоре между керном и колонковой трубой, но обязательно заклинивались в суженном зазоре между керном и внутренними стенками коронки (рис. 2). При бурении твердыми сплавами с расхаживанием керн также срывается заклинкой. После срыва керна штанги и колонковый набор поднимаются на поверхность, керн извлекается из колонковой трубы, коронка, если необходимо, заменяется или заправляется, после чего весь гарнитур опять собирается, спускается в скважину, и бурение продолжается.

Для удобства и быстроты работы колонковое бурение осуществляется всегда на специальных станках. Каждый станок (рис. 3) имеет следующие основные части: подъемное приспособление 1 (лебедка) служит для спуска и подъема инструмента. Лебедка приводится от главного горизонтального вала станка посредством зубчатой или фрикционной передачи.

колонковое бурение определение

Вращатель 2, в котором зажата верхняя штанга для передачи вращения всему буровому снаряду, состоит из пары конических или винтовых шестерен и пустотелого шпинделя, в котором зажимается бурильная штанга.

Приспособление для регулирования давления на забой 3 позволяет бурить с желательным давлением на забой независимо от глубины скважины. В зависимости от конструкции последнего приспособления всё колонковые станки разбиваются на три основных типа: станки с рычажной, гидравлической и с дифференциальной подачей.

При рычажной подаче (рис. 4) круговое движение рычага 1 передается шестерне 2 и приводит зацепленную с последней кремальеру 3 в прямолинейное движение. Кремальера охватывает пустотелый шпиндель 4, в котором закреплена бурильная штанга. При указанном на рис. 4 положении рычага происходит разгрузка веса штанг, что производится всегда, когда глубина скважины значительна и вес штанг велик.

технология колонкового бурения

Сила нажима или разгрузки в кг равняется произведению давления жидкости в цилиндре в кг /см2 на площадь поршня в см2. Давление в гидравлическом цилиндре поддерживается бурильщиком в зависимости от веса бурильных штанг, диаметра и вида бурового наконечника.

Давление регистрируется специальным манометром. При дифференциальной подаче (рис. 6, где а — винтовой шпиндель, f и i — зубчатки, l — вал, о — диск, m — гайка, g и h — шестерни, b — втулка, d и е — подшипники) скорость поступательного движения коронки зависит от разности числа оборотов податочной гайки и винтового пустотелого шпинделя, вращающихся в одну сторону; чем более разница в числе оборотов, тем быстрее подача шпинделя.

колонковое бурение позволяет

Для удобства производства операций спуска и подъема, а также для защиты от атмосферных влияний колонковые буровые станки, так же как и другие буровые станки, устанавливаются в буровой вышке.

Технология проведения работ и оборудование

Известны два метода использования колонкового бура: работа с подачей жидкости на забой или на сухую, то есть без бурового раствора.

Бурение без использования бурового раствора применяется в случае, если несвязные грунты пропитаны естественной влагой в достаточном для проходки и извлечения количестве. Воду также не подают в ствол выработки при проходке по текучепластичным, мягкопластичным и тугоппластичным суглинкам/глинам, твердым и пластичным супесям.

Жидкость в обязательном порядке применяют при разбуривании скальных и полускальных горных пород. При отсутствии воды в этом случае углубление происходит значительно медленнее. Помимо этого существенно возрастает вероятность преждевременного выхода из строя коронки, в связи с чем бурение на сухую считается более затратным.
Схема колонкового бурения с промывкой
Технология колонкового бурения скважины с промывкой позволяет не только продлить службу рабочего оборудования, но и наиболее скоростным и наименее трудоемким способом освободить забой от разрушенной породы

При бурении с буровым раствором скорость углубления существенно возрастает. Чаще всего данный способ применяется при бурении скважин значительной глубины. Это позволяет выполнить работы в кратчайшие сроки с минимальным риском повреждения коронки.

Еще воду под высоким напором подают на забой в процессе разработки скважины в рыхлых несвязных грунтах, если отбор керна не является задачей. Струей воды в данном случае просто промывают забой, освобождая ствол выработки от разрушенного грунта.

Принцип колонковой методики

Основным элементом при колонковом бурении является разрушающая режущая деталь, установленная на подошву колонковой трубы. Называют ее коронкой. Для проходки скальных пород применяют особые коронки, оснащенные алмазными резцами.

Коронки — режущие сменные элементы, которые прикручиваются к нижней кромке колонковой трубы. В процессе бурения их приходится менять несколько раз

Именно алмазная коронка обеспечивает практически беспрепятственное прохождение бура на большую глубину при проходке водозаборных выработок на известняк. То есть при разработке скважин, заглубленных в коренные породы, в трещинах которых в результате многовековой конденсации формировались запасы наиболее чистой подземной воды.
Резьба буровой коронки
Буровые коронки меняют простейшим способом — удаляют истершуюся деталь и навинчивают на колонковую трубу новую коронку

Горная порода разрезается с помощью коронки, вращающейся на высоких оборотах. Скорость вращения бура можно регулировать в зависимости от плотности разрабатываемого грунта. Коронка «вырезает» грунт только по краю своеобразного цилиндра, центральная часть которого продавливается в колонковую трубу.

Для извлечения керна буровой снаряд поднимают на поверхность. Захваченный им грунт буквально выдувают из колонкового бура струей воздуха, поданной в верхнюю часть трубы. Процесс выдува ускоряют, простукивая снаряд кувалдой.

В процессе колонкового бурения выбуренный конусообразный сегмент горной породы проталкивается в колонковую трубу. Для его извлечения колонковый снаряд достают из ствола путем разбора колонны бурильных штанг. Керн выдувают и выколачивают из трубы

Колонковые буры при прохождении прочных пород обладают большей производительностью, чем матричные и шарошечные долота. Это обусловлено высокой скоростью вращения бура, благодаря чему снижается степень прикладываемых усилий на разработку.

Вдобавок, долота полностью разрушают породу, которую нужно будет «вычерпывать» желонкой или подавать воду с напором для промывки забоя. По сути придется дважды, а то и трижды проходить один и тот же отрезок: сначала разрушать, затем расчищать. Колонковая технология позволяет пройти и расчистить забой за один прием.

Станки и буровые установки

Выбор станка или буровой установки определяется назначением скважины и ее диаметром. Популярность способа колонкового бурения обуславливает производство буровых установок и станков во всем мире. Тяжелые трактора, грузовики и вездеходы подходят для установок, предназначенных для разведочного бурения.

Использование тяжелых гусеничных тягачей позволяет производить работы по колонковому бурению скважин в районах с бездорожьем, поверхностным заболачиванием, нестабильным рельефом

Чаще всего бурильное оборудование монтируется на классические автомобили марок МАЗ, КАМАЗ, Урал. Однако есть варианты монтажа и на более легкую технику, которая применяется для бурения скважин на воду в частном строительстве.

При ручном вращательном бурении колонковую трубу заменяет его исторический предшественник — стакан. Этот снаряд представляет собой укороченный вариант колонковой трубы с заостренной кромкой на подошве. Стакан вручную или с использованием мотобура закручивают в землю и извлекают на поверхность все, что в него набилось.
Мотобур для механизации ручного бурения
Для механизации ручного бурения неглубоких скважин и формирования лунок для установки оград и опор ЛЭП применяются бензиновые и электродвигатели. Они сообщают вращающие движения шнеку или колонковой трубе

Особенности шнекового бурения

Этот тип бурения сегодня наиболее часто используется при устройстве водоносных скважин в частных хозяйствах. Особенностью шнекового бурения является то, что разрабатываемая порода полностью удаляется из створа скважины без привлечения дополнительного оборудования. Метод напоминает ввинчивание, позволяет бурить на глубину и одновременно удалять ненужный грунт.

Используемый для бурения инструмент называется шнек. Представляет собой металлический стержень с лопастями. Завинчиваясь в грунт, шнек разрушает породу, которая задерживается на его лопастях. Из-за специфики конструкции шнеком невозможно полностью освободить забой от отвала. Поэтому его в основном применяют для проходки верхних слоев.
Бурение при помощи шнека — быстрый и недорогой способ, не требующий организации резервуара для промывочной жидкости

Бурение с использованием шнека не требует больших усилий и финансовых затрат, поэтому сфера применения данного способа достаточна широка: геологоразведочные скважины, прокладка коммуникаций, устройство буронабивных скважин и частично бурение на воду. Его сейчас активно применяют для устройства абиссинских колодцев, чтобы не забивать полностью скважину-иглу в плотный грунт, а слегка облегчить процесс погружения ствола в заранее разрушенную породу.

Метод подходит для разработки водоносных скважин глубиной до 30 м на мягких и рыхлых грунтах и до 20 м на средне-плотных. После проходки шнеком и установки обсадки, ствол скважины обязательно очищается желонкой от неизвлеченной породы.

Шнек категорически не подходит для работы в скальных породах! Его используют для частичной проходки скважин до 120 м, при этом данный метод комбинируется с другими: роторным, ударно-канатным, колонковым.

Шнек — буровой инструмент, конструктивно напоминающий винт. Бурят шнеком, «Завинчивая» его в землю.Шнековое бурение — самый быстрый метод проходки грунтов. Однако бур не предназначен для захвата и удерживания породы.Шнек используют для бурения скважин любых габаритов и назначения, часто применяют в собственноручной разработке скважин.Минус бурения шнеком заключается в том, что после шнека ствол выработки приходится чистить желонкой, т.е. дважды проходить скважинуПринцип шнекового способа буренияСфера применения шнекаМеханизация ручного буренияНедостатки шнекового бурения

Задействованное оборудование и инструменты

Шнековое бурение производится буровой установкой, главным элементом которой является бурильный инструмент винтового типа, выполненный из высокопрочного металла. Буровую колонну по мере заглубления наращивают шнеками равного размера. В комплекте иногда применяются лопастные долота, необходимые для прохождения рыхлых пород, а также долота с круглыми или конусообразными головками, используемые для разработки твёрдых пород.
Буровая установка на базе автомобиля, оснащённого мощным двигателем — оптимальный вариант для бурения в труднодоступных и отдалённых местах

Большинство современных бурильных установок оборудованы полыми снарядами, оснащёнными реверсивными замками, которые не допускают движение инструмента в обратную сторону. Режущие части шнека в процессе бурения охлаждаются за счёт разрабатываемого грунта, а разработанная порода поднимается вверх по спиралям. Это позволяет проводить бурения без остановок, значительно уменьшая временные и энергетические затраты на создание водоносной скважины.

Технология шнекового бурения

После выполнения проходки, глубина которой составляет 1,5 — 2,0 м, шнек извлекается, и в скважину устанавливаются обсадные трубы. Диаметр водозаборной скважины, пробуренной при помощи шнека, составляет 50 — 200 мм и зависит от размера используемого инструмента.

Обрушение стенок скважины предотвращают обсадные трубы. Особенно это важно для рыхлых несвязных грунтов, поэтому у бурильщиков существует правило: использовать при проходке супесей и суглинков шнеки с расположением лопастей под углом 30 — 60º, а при бурении песков плотного сложения инструмент с лопастями под углом 90º. При меньшем наклоне витков шнековой спирали больше несвязного отвала выносит на поверхность шнек.
Шнековое бурение не требует использования промывочной жидкости, разработанная при помощи долота порода выносится на поверхность на лопастях инструмента

Плюсы и минусы применения шнека

Шнековый метод бурения позволяет произвести устройство скважины максимально быстро, при условии, что размер шнека и угол наклона долота были подобраны правильно. К достоинствам шнекового бурения относят:

  • грунт поднимается на поверхность сразу в процессе бурения;
  • высокая скорость углубления в грунт без технологических остановок;
  • нет необходимости делать промывку ствола скважины;
  • компактной шнековой установкой или ручным шнеком можно бурить внутри дома (в подвале);
  • нет необходимости поднимать на поверхность первое звено и разбирать/собирать буровую колонну как при колонковом методе.

Главным недостатком шнекового бурения можно считать невозможность работы на сыпучих и очень твёрдых грунтах, но в то же время шнек — идеальный инструмент для бурения в суглинистых, смешанных (глина и супесь) и мягких глинистых грунтах. Ещё один недостаток, ограничивающий применение шнека для устройства водоносных скважин — необходимость применять ударно-канатный способ для очистки ствола от отваленной породы.

Этапы процесса.

Проходка скважин.

Проходка скважин колонковым способом осуществляется с промывкой для удаления бурового шлама или без нее. В первом случае в состав оборудования установки включается насос высокого давления, что усложняет технологический процесс, но делает его более эффективным.

Бурение состоит из следующих этапов:

  1. Подготовка площадки под размещение станка. Место забуривания очищают от мусора и посторонних предметов, выравнивают поверхность до горизонтального состояния.
  2. Проходка шурфа для раствора и отвода потока жидкости. Яма располагается поблизости от будущей скважины и выкапывается на глубину ≥2 м. В тех же целях используют сварные баки или другие емкости.
  3. Монтаж буровой установки, ее оснастка и сборка инструмента. Верхняя труба закрепляется во вращателе станка.
  4. Бурение. Снаряд проникает в грунт за счет вращения и осевого давления, передаваемого на армированный торец коронки. Одновременно на забой скважины нагнетается вода или промывочный раствор.
  5. Разгрузка керноприемника. В зависимости от применяемой технологии, действие выполняется с извлечением буровой колонны или без этой операции, если оснастка установки предполагает работу со съемным керноприемником. Извлекают породу из трубы, помогая высвобождению образца легкими постукиваниями молотка по корпусу цилиндра.
  6. Возврат колонны или носителя керна в скважину и продолжение бурения с чередованием операций до достижения проектной глубины выработки.

Состав промывочной жидкости зависит от многих факторов, основные из них — тип применяемой коронки и состояние пересекаемых слоев породы. При алмазном бурении используют специальную эмульсию, в других случаях — глинистый раствор. Пересекая песчаный грунт, для укрепления стенок выработки в раствор добавляют жидкое стекло.

Замена мокрому удалению бурового шлама — выдувание его из скважины при помощи сжатого воздуха, подаваемого на забой выработки. Участки с неустойчивыми породами проходятся с применением обсадных труб.

Сферы использования подобной технологии

Практика показывает, что колонковый бур можно использовать в следующих отраслях:
Горнодобывающая промышленность. Здесь крайне важно определить тип горной породы, чтобы правильно подобрать переходники с керном под буровую установку и изучить тип горной породы. Именно поэтому часто достают сам бур, чтобы определить породу залегания на конкретном участке.

  1. Водоснабжение в частной и промышленной сфере. Благодаря возможности бурить на большую глубину, такие системы широко используются в вопросах колонкового бурения скважин для водоснабжения домов и поселков городского типа.Такой способ позволяет получить экологически чистое строительство скважины. При соблюдении технологии вода на выходе получится чистой, что позволит ей использоваться даже в закрытом контуре отопления, пропуская через тепловые насосы. Но, чтобы этого добиться, важно провести геодезическое сопровождение строительства.
  2. Строительство. В основном такие установки используются для бурения в капитальном строительстве. То есть, при возведении многоэтажных домов сегодня активно используется технология свайных фундаментов, предполагающая предварительную подготовку основания. Для этого важна геологоразведка и инженерно-экологическое изыскание, которое позволяет определить залегание породы, наличие крупных камней на той или иной глубине. В подготовленное отверстие либо заливают или забивают сваю, либо устанавливают железобетонную конструкцию.

Особенностью такой технологии можно считать возможность пробурить грунт под нужным углом, а также в горизонтальной или вертикальной плоскости.

Инструкция по установке скважины

Бурение скважин самостоятельно требует усилий и труда. Инструкция по бурению скважин:

  • Вы должны выбрать подходящее место. Желательно по ближе к дому. Также, место должно иметь хотя бы 4 метра в длину и ширину, дабы вам было удобно провести работу.
  • Выбираем необходимый инструмент для бурения, к таким относятся: бур-долото, бур-ложка, шнек, ударно-канатная конструкция. Приступаем к работе, пробуриваем скважину, используя вышеописанные методы.
  • Установка труб и насосов. Засыпаем дно скважины песком или мелкой щебёнкой. Оно должно быть очищено желонкой. Готовим первую трубу заранее, ибо опускать её придётся сразу после завершения бурения, иначе стенки шурфа рассыпятся. Высверливаем отверстия в нижней части трубы, примерно на высоту 15-ти сантиметров о края. Это помогает ей «впитать» больше воды. На торец прикрепляется сетка фильтрации.
  • Одного колена сто процентов не хватит, его длина достигает 2 – 2,5 метров. Монтаж и обслуживание, станет трудным с трубами больших размеров. Поэтому, они свинчиваются и соединяются по резьбе. Нижняя должна упираться в самый низ шурфа. После монтажа труб во внутрь их опустите насос.
  • Монтаж кессона и оборудования. Оголовок скважины должен быть обязательно укрытым, утеплённым. В кессоне вы ставите оборудование уже на своё усмотрение. На практике всё монтируем в камере, что более компактно, упрощённо в обслуживание и ремонте.

Технические требования

Буровые вышки состоят из копра и откоса и должны отвечать следующим техническим требованиям:

  1. быть достаточно прочными для восприятия напряжений от максимальных нагрузок и ветровых усилий;
  2. быстро и просто собираться и разбираться с минимальной потерей материала;
  3. быть достаточно высокими в зависимости от глубины;
  4. быть достаточных размеров для удобного размещения и обслуживания механизмов;
  5. в зимний период быть в должной мере утепленными.

Схема буровой вышки для разведочного вертикального колонкового бурения дана на рис. 7, где 1 — габарит двигателя, 2 — габарит насоса, 3 — габарит станка.

коронки для колонкового бурения

Вышки строятся как бревенчатые, так и дощатые и трубчатые. При наклонном бурении скважины обычно пользуются треногими копрами.

Как учитывают характеристики грунта?

Свойства почвы – это первое, что влияет на качество проделанной работы. В зависимости от характеристик грунта подбирается правильное оборудование. Например, при рассыпчатой почве следует брать легкие коронки и обязательно трубы, помогающие сохранять форму скважины в удобном виде.

При очень плотном грунте, например из кирпича, коронку выбирают из крепкого материала с добавлением алмазной пыли. Таким образом, бур сможет длительное время активно работать. Если же коронка затупилась, это следует исправить, а значит приостановить процесс.

Чтобы не терять время, можно использовать жидкость для охлаждения, которое не дает оборудованию нагреться до такого состояния даже при высокой скорости.

Преимущества колонкового бурения заключаются в следующем:

  1. извлекается на поверхность столбик пробуренной породы в естественном состоянии. По столбику породы (керну) можно судить о минералогия, составе и структуре пройденных пород и об условии их залегания. При других способах пробуренная порода извлекается в измельченном состоянии.
  2. имеется возможность бурить скважины под различными углами к горизонту (рис. 8). При других способах проходка наклонных скважин более затруднительна или совсем невозможна.
  3. в первую очередь алмазное позволяет пробуривать самые крепкие породы.
  4. позволяет бурить глубокие скважины малыми диаметрами и легким оборудованием, что важно при разведке в отдельных и высокогорных местах.

алмазное колонковое бурение

Наиболее глубокие в мире скважины в крепких породах пробурены колонковым и именно алмазным способом.

Дополнительные аспекты

Подобная технология в частной жизни чаще всего применяется перед тем, как начать шнековое бурение скважин на воду, поскольку этот вариант самый надежный из существующих, он всегда дает результат в 100%. Небольшой диаметр (до 160 мм) позволяет работать достаточно быстро. Таким образом, за смену может быть преодолено от нескольких метров до нескольких сотен метров в зависимости от пород.

Нередко вместо промывки водой используется продувка воздухом, т.к. это значительно дешевле и эффективнее. Такой способ не может быть использован только в одном случае, а именно если присутствует вода в самой толще.

Использование колонковой технологии позволяет работать почти со всеми типами пород на глубине до 1000 м, и во время всего процесса на поверхность подается каждый следующий срез пласта.

После завершения подобной деятельности шнековое бурение скважин на воду осуществляется довольно легко и быстро, т.к. направляющий ход уже имеется. К тому же большим плюсом будет точное знание всех сложных моментов, для которых можно использовать специальные коронки, что опять же ускоряет рабочий процесс.

Иногда используется шнеко-пневматическое бурение, причем подобные методы обладают максимально высоким КПД. Их ограничение связано лишь с жидкостями, т.к. в этом методе снова используется сжатый воздух, которым взвешивается порода для скорейшего ее удаления.

Какое оборудование используется?

Всего используется 6 типов оборудования:
Колонковые снаряды. Ключевой элемент в этом виде бурения. С помощью них осуществляется процесс бурения под углом в 45°, горизонтальный и вертикальный.

Снаряды, выполненные из тонкостенных материалов, подходят только для работы под углом, а толстостенные – универсальны.

  1. Коронки. Они «прорубают» путь к источнику воды. С помощью качественной коронки бурение скважин на воду происходит быстрее и проще. Существует два варианта этого оборудования: латунные коронки (для более мягких грунтов) и твердосплавные с алмазными резцами (для очень твердых материалов).
  2. Стальные трубы. Выполняют функцию сохранения изначального вида скважины, которым так ценен колонковый способ бурения. Размеры труб могут быть разными, их выбирают в зависимости от главной рабочей трубы.
  3. Штанги. Выглядят как узкие трубки, обеспечивают вращение главной трубы.
  4. Промывочные пробки. Используются для поднятия наверх керна.
  5. Долота. Помогают прорубить путь через самые сложные породы. Используются как дополнение к колонковому бурению.

Ручные методы бурения водоносных скважин

Особенности абиссинского метода

Устройство абиссинского колодца.

Данный метод формирования источника воды является самым простым из всех существующих. Его технология заключается в забое в грунт стержня из стали с остро заточенным наконечником. Диаметр этого приспособления, как правило, не превышает 3-4 см, поэтому такой способ в народе еще называют «бурение иглой».

Наряду с такими плюсами, как возможность бурения данного типа скважины своими руками, а также использование отверстий в стержне в качестве обсадной трубы, у абиссинского метода есть немало следующих минусов:

  1. Ограниченная глубина скважины. Этот показатель не должен превышать 7-8 м.
  2. В случае, когда точно не известно в каком месте на участке залегает вода, можно всю его площадь «изрешетить» отверстиями, при этом, так и не достигнув желаемого результата.
  3. Небольшой диаметр такой скважины не позволяет использовать погружной насос, из-за чего единственным вариантом остается применение поверхностного прибора, который не способен обеспечить хороший напор в системе водоснабжения дома.

Особенности ударно-канатного метода

Установка для ударно-канатного метода.

Ударно-канатный способ довольно популярен как среди небольших компаний, занимающихся забоем скважин, так и среди частных землевладельцев, поскольку осуществить таким путем данное мероприятие можно при помощи простейшей техники. Для этого понадобится наличие лебедки, треноги и забивного «стакана» c острой кромкой, который должен иметь вид полой трубы.

Технология создания скважины таким методом заключается в подвешивании трубы (стакана) посредством троса к треноге и в резком ее опускании и поднятии при помощи лебедки. При этом труба будет забиваться землей из канала, поэтому «стакан» периодически понадобится очищать.

Такое бурение эффективно в том случае, когда на участке располагается мягкий и вязкий грунт. Если же он сухой и сыпучий, то почва не сможет задержаться в «стакане», поэтому вместо него целесообразней использовать желонку, которая сможет захватить землю из устья скважины, а затем доставить ее на поверхность.

Как стало понятно, такой тип бурения является трудоемким и затяжным. Однако при помощи него есть возможность создания довольно-таки качественного канала для скважины, конечно, при условии, что будет соблюдена технологическая инструкция.

Особенности ручного роторного метода

Фото процесса бурения водоносного источника при помощи ручного ротора.

Ручное роторное бурение скважин также относится к простым способам, так как при этом для формирования канала применяется обычный бур в виде огромного сверла. В отличие от механического роторного метода, бур в данном случае приводится в действие не специальным механизмом, а с помощью человеческих усилий. Такой вариант бурения эффективен при создании скважин на участках с суглинистыми и гравийными почвами.

Когда же на нем присутствует сыпучий грунт, то скважина данным методом забивается с применением бура-ложки. Это приспособление состоит из цилиндра со спиралеобразными отверстиями. Следует учесть, что данный метод является трудоемким и долгим мероприятием.

Характеристика роторного бурения

Роторное бурение — метод вращательного бурения, при котором разрушение грунта осуществляется при помощи долота, приводимого в движение в забое скважины от ротора буровой установки. Ротор вращается от двигателя автомобиля или отдельно установленного электродвигателя посредством приводного вала. Разработанный грунт вымывается из шахты скважины методом прямой или обратной промывки. Промывочный раствор может подаваться как самотёком, так и насосной станцией.
Большинство артезианских скважин буриться с использованием метода роторного бурения: при помощи бурильного долота, вращаемого ротором, с последующей промывкой скважины и креплением обсадных труб

Роторное бурение применяется для разработки скальных и полускальных грунтов при устройстве глубоких скважин до 150 м. Роторная буровая установка с правильно подобранным долотом и утяжеленными бурильными трубами отлично справляется со скальными породами.

Специалисты-буровики рекомендуют использовать этот метод бурения при соблюдении следующих условий:

  1. Гидрогеологический разрез участка изучен достаточно хорошо. Известно, что бурить предстоит скальные породы. Известен уровень залегания водоносной зоны в коренных породах.
  2. Подземная вода обладает характерным для артезианских скважин напором
  3. Имеется возможность бесперебойной доставки технической воды для промывки скважины.

В южных районах роторное бурение можно производить круглый год, а в северном климате применение этого способа ограничено из-за возможности замерзания промывочной жидкости.

Применяемое оборудование и инструменты

Роторное бурение водоносных скважин осуществляется с применением рамной или решётчатой вышки, на которой расположено подъёмное оборудование и остальные элементы буровой установки. Вышка даёт возможность поднимать и опускать в скважину бурильные колонны.

В состав буровой установки роторного типа входит:

  • рамная или решётчатая вышка;
  • двигатель с приводом;
  • ротор и бурильная колонна;
  • насосное оборудование и система очистки промывочной жидкости;
  • подъёмное оборудование, напорная магистраль, вертлюг, сальники и т.д.

В самоходных установках в качестве двигателя используется ДВС автомобиля, на базе которого размещен буровой комплекс. В данном случае мощностью двигателя регулируются обороты бурового инструмента.
В качестве источника энергии для роторной буровой установки может выступать стационарный или мобильный электродвигатель, ДВС автомобиля, генераторы

Ротор при помощи зубчатого устройства передаёт вращение на ведущую трубу, которая в свою очередь сообщает его на основной бурильный инструмент — долото. Долото может иметь различную форму и изготавливается из высокопрочных материалов: композиты, сталь с алмазным напылением и др. Для каждого типа грунта подбирается особый размер и форма долота, обеспечивая тем самым высокую эффективность и скорость проходки.

Шнек — наиболее подходящий бур для ручного бурения. Ручным станком со шнековым снарядом можно пройти скважину до 10 -12 м.Шнек поступательными движениями завинчивается в грунт, отвал выносится на лопастях снаряда. Одновременно с проходкой устанавливается обсада.Для наращивания высоты буровой колонны применяются штанги, соединяемые друг с другом резьбовыми муфтами.Обсадку подбирают в зависимости от диаметра шнека. Вручную обычно бурят узким буром, в который устанавливается колонна ВГП труб. Для откачки используют ручной или электрический поверхностный насосСтанок для ручного буренияТехнология шнекового буренияШтанги для наращивания буровой колонныОбустройство пробуренной скважины

Своеобразие роторной технологии

Роторное бурение скважин на воду осуществляется в три этапа:

  1. Разрушение породы при помощи долота.
  2. Вынос разрушенной породы на поверхность потоком нагнетаемой воды.
  3. Укрепление стенок скважины обсадными трубами.

Вынос разрушенного грунта производится путём обратной или прямой промывки. Выбор способа промывки зависит от конкретных условий: глубины скважины, типа грунтов, наличия необходимого объёма промывочной воды. Как правило, в частных хозяйствах используется технология бурения с прямой промывкой, которая включает в себя следующие этапы:

  • заглубление в грунт долота большого диаметра;
  • вращение долота под воздействием ротора;
  • установка бурильных труб и монтаж утяжелённых труб между ними и долотом;
  • удаление отработанного грунта напором жидкости при помощи насоса;
  • монтаж обсадной трубы, чтобы предотвратить обсыпание грунта внутри скважины;
  • бурение долотом меньшего диаметра и повторение всего цикла.

При обратной промывке грунт выносится из скважины по трубам бурильной колонны, а промывочная жидкость заливается между стенками скважины и трубами.

Вода самотёком поступает в предварительно подготовленный резервуар, где происходит её очистка от грунта и шлама, и возвращается в бурильную колонну за новой порцией отработанной породы.

Схема роторного бурения
В некоторых случаях при осуществлении роторного бурения применяют не прямую или обратную промывку, а продувку воздухом под давлением, созданным при помощи компрессора

Достоинства и недостатки роторного бурения

Главным достоинством роторного способа является возможность бурить глубокие скважины с забором воды в трещиноватом известняке. Кроме этого данный метод бурения имеет следующие преимущества:

  • высокое качество вскрытия водоноса в коренных скальных породах;
  • возможность устройства скважины большого диаметра до 200 см;
  • высокая скорость бурения, небольшие затраты энергоресурсов.

Существенным недостатком роторного бурения можно назвать необходимость организации промывки скважины.

Недостатки колонкового бурения

Основными недостатками колонкового бурения являются:

  1. малый выход столбика породы — «керна» при проходке мягких и неравномерных по твердости пород. Особенно сильно отрицательное влияние этого факта при пробуривании толщи полезного ископаемого;
  2. довольно частые и сильные искривления скважин;
  3. высокая стоимость алмазов, их хрупкость;
  4. невозможность успешного бурения твердыми сплавами по породам с коэфециентом крепости более 8.

Почти все эти недостатки при правильном ведении работ могут быть устранены. Так, применение двойных колонковых труб и правильная заправка резцов в коронку сильно повышают выход керна. Производство кароттажа позволяет отбивать контакты пород с точностью до нескольких см. Бурение длинным колонковым снарядом с применением стабилизаторов и протекторов и соразмерное давление на забой при частом контрольном измерении наклона скважины предупреждают искривления. Умелое применение соответствующего оборудования снижает аварийность.

Указанные выше преимущества колонкового бурения способствовали чрезвычайному распространению его на разведочных работах. Разведка угольных месторождений, железных руд и большинства полезных ископаемых, залегающих в виде жил, осуществляется в значительной степени посредством колонкового бурения. Разведка круто падающих жильных месторождений на глубину вообще немыслима без бурения наклонных колонковых скважин.

Бурильный инструмент при колонковом способе

В качестве грунторазрушающего устройства применяется специальный инструмент с твердосплавными режущими частями или алмазными вставками.

burilnaya-koronka-800x600.jpg
Бурильная коронка с твердосплавными сменными резцами для колонкового бурения.

На кольцеобразном корпусе из легированной стали крепятся специальные замки для установки режущих пластин из твердого сплава. Пластины крепятся винтами и, по мере износа или притупления, заменяются на новые. На корпусе выполняется трапецеидальная многозаходная резьба для установки на бурильную колонковую трубу.

Конструкция коронки и технология способа бурения позволяет проходить самые твердые скальные породы при сохранении достаточной производительности. Этому способствует также применение воды или глинистого раствора в процессе проходки ствола. Кроме назначения выноса продуктов бурения из скважины, эти среды работают и как смазывающе-охлаждающие жидкости.

Принцип колонковой методики

Основным элементом при колонковом бурении является разрушающая режущая деталь, установленная на подошву колонковой трубы. Называют ее коронкой. Для проходки скальных пород применяют особые коронки, оснащенные алмазными резцами.

Именно алмазная коронка обеспечивает практически беспрепятственное прохождение бура на большую глубину при проходке водозаборных выработок на известняк. То есть при разработке скважин, заглубленных в коренные породы, в трещинах которых в результате многовековой конденсации формировались запасы наиболее чистой подземной воды.

Горная порода разрезается с помощью коронки, вращающейся на высоких оборотах. Скорость вращения бура можно регулировать в зависимости от плотности разрабатываемого грунта. Коронка “вырезает” грунт только по краю своеобразного цилиндра, центральная часть которого продавливается в колонковую трубу.

Для извлечения керна буровой снаряд поднимают на поверхность. Захваченный им грунт буквально выдувают из колонкового бура струей воздуха, поданной в верхнюю часть трубы. Процесс выдува ускоряют, простукивая снаряд кувалдой.

В процессе колонкового бурения выбуренный конусообразный сегмент горной породы проталкивается в колонковую трубу. Для его извлечения колонковый снаряд достают из ствола путем разбора колонны бурильных штанг. Керн выдувают и выколачивают из трубы.

Колонковые буры при прохождении прочных пород обладают большей производительностью, чем матричные и шарошечные долота. Это обусловлено высокой скоростью вращения бура, благодаря чему снижается степень прикладываемых усилий на разработку.

Вдобавок, долота полностью разрушают породу, которую нужно будет “вычерпывать” желонкой или подавать воду с напором для промывки забоя. По сути придется дважды, а то и трижды проходить один и тот же отрезок: сначала разрушать, затем расчищать. Колонковая технология позволяет пройти и расчистить забой за один прием.

Станки и буровые установки

Выбор станка или буровой установки определяется назначением скважины и ее диаметром. Популярность способа колонкового бурения обуславливает производство буровых установок и станков во всем мире. Тяжелые трактора, грузовики и вездеходы подходят для установок, предназначенных для разведочного бурения.
Использование тяжелых гусеничных тягачей позволяет производить работы по колонковому бурению скважин в районах с бездорожьем, поверхностным заболачиванием, нестабильным рельефом

Чаще всего бурильное оборудование монтируется на классические автомобили марок МАЗ, КАМАЗ, Урал. Однако есть варианты монтажа и на более легкую технику, которая применяется для бурения скважин на воду в частном строительстве.

При ручном вращательном бурении колонковую трубу заменяет его исторический предшественник – стакан. Этот снаряд представляет собой укороченный вариант колонковой трубы с заостренной кромкой на подошве. Стакан вручную или с использованием мотобура закручивают в землю и извлекают на поверхность все, что в него набилось.
Для механизации ручного бурения неглубоких скважин и формирования лунок для установки оград и опор ЛЭП применяются бензиновые и электродвигатели. Они сообщают вращающие движения шнеку или колонковой трубе

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Adblock
detector