Основные методы бурения скважин

Для бурения водозаборных скважин могут использоваться самые разнообразные приспособления, машины и устройства, выбор которых во многом зависит от типа почвы, в которой возникла необходимость создать водозаборную точку. Если мастерам предстоит иметь дело со скальными или глинистыми породами, то зачастую используют вращательные способы бурения, а для работы с рыхлыми и насыщенными влагой грунтами используется желонка. На выбор метода бурения и конкретной техники влияет также глубина, на которую необходимо углубляться. Давайте ближе познакомимся с видами бурения, их особенностями и принципами!

К достоинствам вращательного способа бурения можно также отнести его доступность и сравнительную дешевизну, его также используют для ручного бурения. Этот способ бурения скважин подразделяется еще на три вида: колонковое, шнековое и роторное. Каждый из этих разновидностей применяется в определенных случаях в зависимости от типа породы и глубины проходки, и выполняется специализированным оборудованием. Далее мы детально остановимся на специфике упомянутых видов вращательного бурения, укажем, где их использование будет наиболее удобным и оправданным, а также опишем принцип их работы.

Особенности колонкового бурения

Суть колонкового способа заключается во вращательном механическом методе, а главной его особенностью является метод извлечения грунтов. Данный способ успешно применяется для бурения и извлечения плотных песчаных и глинистых грунтов, причем порода подается наружу в цилиндрической форме керна. В качестве бурового снаряда, который и выполняет углубление в породу и захватывает отделенную от массива часть, используется толстостенная труба. В нижней части этой трубы находится так называемая коронка, которая может иметь различную форму в зависимости от типа обрабатываемой породы. В верхней части снаряда предусматривается специальное приспособление или устройство, с помощью которого можно присоединять штанги. Эти штанги впоследствии понадобятся для наращивания колонны во время выполнения буровых работ.

Благодаря наличию прочной кольцеобразной коронки буровой снаряд углубляется в породу буквально высверливая породу, причем внутренняя часть получаемого керна остается целой. Если перед мастерами стоит задача бурения скальных пород, работа с глинистыми слоями, полутвердыми и твердыми суглинками, то в таком случае довольно часто подается промывочная вода, которая и облегчит процесс бурения.

В процессе работы в шахте образуется некоторое количество шлама, который нужно из забоя удалять. Для этого иногда используют воду, которую под давлением в больших объёмах нагнетают в ствол выработки. В качестве альтернативы для жидкости может выступить и воздух. В таком случае в трубу устанавливается компрессор, который и продувает выработку мощным потоком воздуха. С помощью данного метода можно без проблем пробурить скважины диаметром 8-20 сантиметров. Что касается глубины, то она может достигать одного километра!

Колонковую разновидность бурения можно использовать и для ручной, и для механизированной работы. В последнем случае используются буровые установки типа УКБ, УГБ и ЗИФ, которые могут быть установлены на трелевочные тракторы, автомобили КрАЗ, КАМАЗ или на другую похожую автотехнику. Чтобы использовать данный способ в ручном режиме, колонковую трубу зачастую укорачивают. По своей конструкции полученный инструмент напоминает перевернутый стакан или же колокол, поэтому многие специалисты называют его именно так.

Этот способ бурения используется достаточно часто, применяется для проведения работ по созданию разведочных скважин, при геологической разведке полезных ископаемых. Но для большинства из нас самой полезной и интересной областью использования данного метода является бурение водоносных скважин. Причем создавать можно скважины практически любой глубины, независимо от того, с какой породой приходится работать. Даже скальные породы не станут помехой для создания скважины, как максимум может несколько усложнить и замедлить работу, но не более.

На практике данный метод часто используется в комплексе с другими способами и инструментами, что позволяет ускорить процесс работы и сделать его более легким. Например, иногда колонковый способ применяется для подготовительных работ перед проведением роторного или шнекового бурения. Часто во время создания частных скважин ударно-канатный способ чередуется с колонковым бурением, которое позволяет эффективно проходить и извлекать глинистые пласты, тогда как желонирование позволяет извлекать из ствола гравий, неплотные слои песка, галечник и другие виды почвы, которые из-за своих сыпучих свойств просто не удерживаются в трубе и высыпаются. По скорости работы колонковый способ незначительно проигрывает шнековому, который имеет существенный недостаток в виде невозможности полной очистки ствола от породы. Эти способы редко когда используются в комплексе, а в тех немногих случаях совместной работы шнек зачастую применяется для прохождения первых нескольких метров. Главной особенностью и не малозначимым достоинством колонкового способа является то, что коронка вырезает керны, сообразные цилиндры породы, которые можно извлекать и изучать по этим образцам гидрологическую обстановку на участке.

Инструменты и оборудование для бурения

Всё оборудование, которое используется при бурении колонковым способом, можно разделить на 5 частей. Самой ценной и одной из самых дорогостоящих частей в буровой конструкции является коронка, которая может изготавливаться из различных твердосплавных материалов, наибольшей популярностью пользуются алмазные изделия. В процессе бурения коронка испытывает огромные нагрузки, особенно если происходит углубление в скальных породах, поэтому сравнительно быстро изнашивается и нуждается в замене. Кроме коронки необходима колонковая труба, а также труба для отвода отделенных пород. Чтобы конструкция могла погружаться на нужную глубину, в конструкции используется штанги. Именно с их помощью происходит наращивание колонны. Ну и пятой составляющей частью можно считать разнообразные переходники, муфты, сальники и другие инструменты и изделия, без которых обойтись будет невозможно. Используемые инструменты в обязательном порядке должны быть расположены строго по оси проводимого бурения.

Как проходит колонковое бурение?

Благодаря конструкции колонковой буровой установки вся выбуренная порода остается внутри трубы. Коронка разрушает породу только по своей окружности, а уцелевшая внутренняя часть постепенно продавливается внутрь трубы по мере заглубления конструкции. При этом порода удерживается в трубе благодаря своей плотности. По мере заполнения труб или после завершения работы, трубы извлекаются и из них удаляют накопившийся керн. Для этого зачастую используют обычную кувалду, которой методично простукиваются трубы.

Если более детально рассмотреть процесс бурения, то он будет выглядеть примерно следующим образом. Для начала бурильная коронка, соответствующая обрабатываемой породе, соединяется с трубой. Колонковая труба в свою очередь соединяется с подготовленными штангами, с помощью которых будет наращиваться колона по мере заглубления. Верхнюю на момент начала бурения штангу закрепляют в буровом станке, и после проверки состояния всех составляющий частей конструкции и всего используемого оборудования, запускается механизм и начинается непосредственно само бурение.

Буровая колонна с коронкой в нижней её части вращается бурильным станком и постепенно углубляется в грунт. По мере разрушения пород и прохождения конструкции вглубь, в трубе увеличиваются объемы керна. Отделённые породы сами удерживаются в трубе, по которой постепенно пропихиваются вверх. Когда вся конструкция проходит около 50-70 сантиметров, колонну обычно извлекают для чистки колонковой трубы. При этом на поверхность поднимаются все штанги, которые по мере подъема придется разъединять. Когда колонковая труба с вырубленной породой извлечена, её очищают и вновь опускают в скважину, постепенно наращивая штангами колонну.

Когда коронка пройдёт водоносный слой и углубится в водонепроницаемую породу под ним примерно на 50 сантиметров, работа прекращается. В процессе бурения можно использовать промывку, но только в том случае, если нет необходимости зафиксировать водоносный горизонт. Промывка заключается в подаче раствора насосным оборудованием через шланг в трубу, после чего жидкость вымывает выработанную породу наружу.

Основные недостатки и достоинства

Теперь давайте выделим главные сильные и слабые стороны данного способа бурения, и начнем с недостатков, которых можно выделить всего 2. Во-первых, данный метод демонстрирует невысокую скорость прохождения скальных пород, а для преодоления валунов возникает необходимость использования долота. Во-вторых, не справится колонковая конструкция с подъемом водонасыщенных галечников и рыхлых пород.

Теперь перейдем к достоинствам, которых существенно больше. Во-первых, данный метод имеет прекрасную производительность и достаточно быстро углубляется в грунт. Например, если стоит задача создать скважину на песок, пробурить её можно без особых проблем всего за один день! Во-вторых, снижаются нагрузки на бурильное оборудование, благодаря вырезанию породы. В-третьих, таким способом можно создавать скважины глубиной более 100 метром. И четверым достоинством метода является возможность использования для бурения мобильной установки, имеющей компактные размеры, что упрощает задачу бурения.

Специфика шнекового бурения

Достаточно большое количество водоносных скважин в нашей стране были созданы с помощью шнекового бурения. Это недорогой и быстрый метод, который пользуется немалой популярностью и сегодня. Особенностью данного способа является одновременное углубление бура и извлечение отделенного от массива грунта наружу. Главным «действующим лицом» способа является шнек – металлический стержень с разным количеством лопастей. Конструкция шнека напоминает обычный винт, только гораздо больших размеров. Этот винт постепенно ввинчивается в грунт, разрушая породу, и эти разрушенные части остаются на лопастях. Однако такая конструкция не позволяет полностью очистить проделанную скважину от отвалов, поэтому шнек используется для бурения верхних пластов.

Шнековое бурение довольно удобное и простое, с его помощью можно без особых физических усилий и денежных вложений провести все необходимые работы. Используют данный метод чуть ли не повсеместно, начиная от бурения скважин для геологической разведки и прокладки инженерных сетей, и заканчивая созданием водоносных скважин. Используют шнек часто и для создания абиссинских колодцев, подготавливая породу к погружению ствола скважины-иглы.

С помощью такой разновидности бурения в среднеплотных почвах можно создать скважину глубиной до 20 метров. Если же проводить разработку рыхлых и мягких грунтов, то шнек позволит углубиться до 30 метров! Как мы уже говорили выше, шнек не в состоянии поднять всю породу наверх, поэтому после его работы и установки обсадки остатки породы извлекаются желонкой. А вот для бурения скальных пород данный метод использовать нельзя ввиду его практически бесполезности. Шнек иногда применяется для бурения скважин глубиной до 120 метров, однако при этом он используется лишь частично и в комбинации с другими методами, зачастую с колонковым, роторным или ударно-канатным.

Какое оборудование используется?

Для проведения шнекового бурения потребуется специальная установка, самостоятельная или же установленная на автомобиль. Бурильный инструмент является главным в этой конструкции, поскольку именно он проделывает скважину и поднимает разрушенную породу. Этот инструмент изготавливается, как правило, из высокопрочных металлов, причем имеет винтообразную форму. Во время работы и углубления в грунт, шнек зарывается и для продолжения бурения его наращивают с помощью таких же шнеков. Чтобы упросить прохождение рыхлых грунтов иногда дополнительно используются лопастные долота. А для работы с твердыми породами применяются долота с круглыми и конусообразными головками. Большие установки для бурения работают на базе автомобилей, которые являются достаточно мобильными, и могут быстро приехать для проведения бурения даже в отдаленных местах.

В наше время всё чаще в бурильных установках используются полые снаряды с реверсивными замками. Благодаря наличию этих замков становится невозможным обратное вращение инструмента. Иногда в процессе работы для охлаждения инструмента подают воду, однако в данном случае используемый шнек охлаждается самим грунтом, который поднимается по спиралям винта. Соответственно, не нужно тратить время на подъем отработанных пород, и можно проводить бурение шнеком фактически без остановок. Это позволяет существенно экономить время, да и энергетические затраты также уменьшатся.

Как проходит шнековое бурение?

После полного углубления шнека в породу, а это 1,5-2 метра в зависимости от модели изделия, его извлекают, а в «просверленное» место устанавливают обсадку. Диаметр созданной скважины может существенно отличаться в зависимости от размеров самого инструмента. Этот параметр может варьироваться от 5 до 20 сантиметров. Обсадные трубы устанавливаются в обязательном порядке, чтобы избежать обрушения стенок, особенно если бурение происходит в сыпучих породах.

Работая с рыхлыми грунтами важно не только быстро устанавливать обсадку, но и использовать шнек с повернутыми на 30-600 лопастями. Если же происходит бурение песков плотного сложения, то лопасти должны располагаться под прямым углом. Здесь действует простое правило: чем меньше наклон витков, тем больше шнек поднимает наверх несвязного отвала.

Достоинства применения шнеков и его недостатки

Если правильно подобрать размеры шнека, а также углы наклона лопастей, шнековое бурение обеспечит быстрое и сравнительно лёгкое углубление в породу, и с помощью шнека можно быстро создать нужную скважину. К главным достоинствам такого метода можно отнести высокую скорость работы, причем бурить можно без фактически остановок, поскольку грунт будет подниматься по лопастям, что также можно записать в плюсы шнека. В процессе бурения нет нужды извлекать первое звено с обязательным сбором и разбором колонны, как это делается при использовании колонкового метода. В промывке ствола создаваемой скважины также нет нужды. В случае необходимости шнеком можно бурить даже дома, например, в подвале. Правда, при этом следует использовать компактные установки.

Однако есть у данного метода и свои весомые недостатки. Так этим методом невозможно разрабатывать твердые и сыпучие породы, тогда как для бурения в глинистых грунтах, смеси глины с супесью, суглинках шнековый способ является прекрасным вариантом. Ещё одним недостатком является необходимость чистки ствола от остатков разрушенных пород, что зачастую делается ударно-канатным методом.

Особенности роторного бурения

При использовании обычной роторной разновидности бурения порода разрушается с помощью вращающегося долота. Этот инструмент приводится в движение в самом забое от ротора установки. А ротор в свою очередь вращается благодаря автомобильному двигателю или же от отдельного электрического двигателя с помощью приводного вала. Срезаемый грунт не сможет в данном случае автоматически выводиться наружу, как при шнековом способе, поэтому для его поднятия используется метод промывки. Жидкость может в шахту подаваться как специальной насосной станцией, так и с помощью гравитации самотёком. Именно роторным способом довольно часто создаются артезианские скважины.

Роторное бурение успешно используется при работе с полускальными и скальными породами, и помогает создавать скважины до 150 метров глубиной. Не многие могут справиться со скальными породами, но если правильно подобрать долото и утяжелители, то данный способ сможет без особых трудностей справиться и с этой задачей. Однако из-за того, что в процессе бурения используется промывка, существуют ограничения на его использование. Так в условиях северного климата этот способ нужно использовать с осторожностью, поскольку промывочная жидкость может замерзнуть. Что касается южных районов, то такое бурение можно проводить фактически в любое время года.

Специалисты рекомендуют использовать такое бурение, если бесперебойная доставка жидкости для промывки не является проблемой, если подземные воды на участке имеют напор, который фиксируется в артезианских скважинах, и, если известно, что придется работать со скальными породами. Если все эти условия удовлетворяются, то роторный метод бурения будет прекрасным вариантом для создания скважины!

Оборудование для роторного типа бурения

Для проведения бурения ротором понадобится установка решетчатой или же рамной вышки. На ней можно разместить всё необходимое подъёмное специальное оборудование и разнообразные инструменты. Именно благодаря вышке мастерам не составит особого труда опускать в шахту и поднимать бурильные колонны. Кроме вышек в состав установки включается непосредственно сам ротор, двигатель с соответствующим приводом, насос или насосная станция, бурильная колонна, подъемное оборудование, система для очистки поступающей промывочного раствора, напорная магистраль и другие элементы. Для движения ротора может использоваться мобильный или более массивный стационарный электрический двигатель, а также разнообразные генераторы. Если буровой комплекс размещается на базе автомобиля, то она может черпать энергию с его ДВС. При этом, регулируя мощность двигателя можно управлять оборотами бура.

Работа установки выглядит примерно следующим образом с возможными некоторыми дополнениями и модернизацией. Вещающийся ротор посредством зубчатого устройства вращает трубу, которая придает вращательное движение непосредственно бурильному инструменту, коим является долото. Этот инструмент испытывает немалые нагрузки, поэтому изготавливается исключительно из материалов, которые отличаются повышенной прочностью. Размеры инструмента могут значительно изменяться, поэтому для каждого конкретного случая подбирается наиболее подходящий вариант долота. И в таком случае можно будет обеспечить хорошую скорость бурения и эффективность установки.

Технология роторного бурения

Технология бурения роторного типа имеет довольно простую структуру и состоит из 3-х основных этапов. Вначале долото, совершая вращательные движения, разрушает породу. Вторым этапом является нагнетание промывочной жидкости в скважину, которая выносит разрушенную породу наружу. Заключительным этапом является погружение обсадных труб, которые укрепляют стенки скважины и делают невозможными обрушения.

Промывка, то есть извлечение грунта наружу, может осуществляться либо прямым, либо обратным способом. Выбор того или иного способа зависит от типа породы, в которой ведется бурение, глубины, на которую необходимо углубиться, и возможности доставки к месту разработки достаточных объемов промывочной жидкости. Зачастую в бытовых условиях используется прямой вариант промывки. Бурение в данном случае производится так. Вначале с помощью долота, которое вращается благодаря движущемуся ротору, происходит углубление в грунт. Далее устанавливаются бурильные трубы, между которыми и долотом в случае необходимости дополнительно устанавливаются утяжелительные трубы. Выводится отработанная порода наружу благодаря подаче воды под напором. Нагнетание обеспечивается насосным оборудованием или целой насосной станцией. После проделанных работ проводится бурение с помощью долота уже меньшего диаметра. Далее цикл повторяется.

В процессе обратной промывки вода заливается в просвет между трубами и стенками создаваемой скважины, а выводится жидкость вместе с отработанным грунтом по трубам. Жидкость из скважины попадает в специальный резервуар, который подготавливается заранее. Здесь жидкость очищается от шлама и пород, после чего вновь поступает в систему и подается в колонну для продолжения промывки. Иногда для вывода отработки используется не жидкость, а воздух. В данном случае компрессор нагнетает под большим давлением воздух, который и осуществляет продувку.

Роторное бурение: сильные и слабые стороны

Метод обеспечивает быстрое бурение при сравнительно малых расходах энергоресурсов. Благодаря роторному методу можно создавать глубокие скважины даже больших диаметров, вплоть до двух метров. Таким бурением можно без особых трудов проходить трещиноватые известняки и вскрывать коренные твёрдые скальные породы. Среди недостатков можно отдельно выделить необходимость проведения промывочных работ для вывода из скважины грунта.

Как определиться со способом бурения?

Для проведение механического бурения используются все вышеупомянутые методы, но какой из них будет оптимальным именно для вас? Подведем итоги! Итак, если необходимо проходить пластичные глинистые породы, то прекрасным вариантом станет колонковый тип бурения. Этот способ успешно используется для создания многих водозаборных скважин, иногда его используют вместе с ударно-канатным способом.

Шнековая разновидность бурения в целом напоминает колонковое, однако в процессе работы извлекается не вся отработанная порода. Поэтому после выполнения всех работ приходится дополнительно проводить промывку ствола, или же использовать желонку для чистки. Для работы в скальных породах идеально подходит роторное бурение, но в случае его использования потребуется организовать промывку. На стоимость создания скважины во многом влияет характер залегающих пород, а также используемое в работе оборудование. Крайне важно правильно выбрать подходящий именно для конкретных условий способ бурения и оборудование, поскольку в таком случае можно существенно снизить и стоимость всех работ, и время их проведения, и гарантировать долгую и беспроблемную эксплуатацию созданной скважины.

Краткие выводы

Бурение скважины является довольно сложным и трудоёмким процессом, именно поэтому так важно правильно подобрать наиболее подходящий вид бурения, и всё необходимое оборудование, и предусмотреть все возможные нюансы. При этом нужно опираться на тип грунта, который нужно будет проходить, и на глубину залегания водоносного пласта. Если вам удастся правильно оценить ситуацию и выбрать подходящий вариант бурения, то можно существенно снизить общую стоимость выполнения работ и получить хорошую скважину за сравнительно короткий временной промежуток.

Мы прекрасно понимаем, что разобраться во всех вышеописанных нюансах человеку, который никогда с этим не сталкивался, а тем более провести необходимые работы, будет довольно непросто. К тому же, если на любом этапе допустить даже небольшую ошибку, создание скважины может превратиться в настоящий кошмар. Поэтому компания «ВОКСДОМ» предлагает взять решение все вопросов на себя! Наши опытные высококвалифицированные мастера проконсультируют вас, подскажут наиболее подводящие именно для вас и вашего участка варианты бурения и обустройства скважины, и смогут качественно и быстро провести все работы, причем недорого и гарантией качества! Обращайтесь к нам, и вы несомненно останетесь довольны результатом работ наших мастеров!