Способы бурения скважин: технологические принципы и отличия

Приспособление скважины для водозабора соединенно с использованием разных способов бурения.  Рыхлые и сочные водой грунты вынимают при помощи желонки.   Для проходки по глинистым и плотным горным породам применяют способы скважного бурения, сформированые на вращательном принципе.

В работе использованы механизмы, разрешающие делать разработку грунтов разных типов и на самую разнообразную глубину.

Виды буровых способов

Раньше бурение водоносных скважин для собственного пользования осуществлялось как правило ручным способом. Это было трудоёмкий и продолжительный процесс, благодаря этому не любой хозяин участка или дачи мог похвалиться наличием своего источника водообеспечения. Потихоньку механизированное бурение вытеснило ручные способы благодаря существенному облегчению и ускорению процесса.

Сегодня почти что все водоносные скважины бурятся механизированным способом, который построен на разрушении грунта, подаче его на поверхность одним из 2-ух способов: сухим, когда отработанный грунт убирается из-под земли с помощью скважин с помощью механизмов и на гидравлике, когда он смывается водой, поданной под напором или самотёком.

Отличают три ключевых способа механического бурения:

  • Вращательный (грунт разрабатывается вращением).
  • Ударный (бурснаряд разрушает грунт ударами).
  • Вибрационный (грунт разрабатывается высокочастотными колебаниями).

Вращательный метод считается самым высокопроизводительным, в несколько раз превышающий по эффективности ударный и в 5-10 вибрационный. Плюс ко всему вращательный метод очень доступный и доступный, его часто используют в качестве основополагающего способа ручного бурения.

бурение, скважина, технологический, колонкового бурения, водоносных скважин

Механичные круговые способы скважного бурения на воду пришли на смену неэффективным ручным способам

Со своей стороны вращательный метод бурения, повсеместно используемый для строения скважин на воду, делится на три главных вида бурения:

  • колонковое;
  • шнековое;
  • роторное.

Любой вид вращательного бурения имеет собственные специфики и исполняется намерено приготовленным для этого оборудованием. Рассмотрим такие варианты бурения более детально, определим, в чём их различия и какой способ стоит использовать в каждом определенном случае.

Характерность колонкового бурения

Колонковое бурение — механический вращательный способ, при выполнении которого глинистый или плотный грунт из песка достается в виде керна формы в виде цилиндра. Буровой снаряд для колонкового бурения собой представляет толстостенную трубу из металла.

Вверху колонкового бурового снаряда расположено устройство для присоединения штанг, нужных для наращивания буровой колонны. Внизу — коронка, вид которой выбирается в зависимости от категории подлежащего бурению грунта.

При проходке колонковым способом грунт разрушается кольцеобразной коронкой. Внутренняя часть керна при этом сберегается в не разрушенном виде. Чтобы процесс сделать легче бурения по твёрдым и полутвердым глинистым грунтам, глинам, плотным горным породам на забой подается промывочная жидкость.

бурение, скважина, технологический, колонкового бурения, водоносных скважин

При колонковом бурении грунт «высверливается» коронкой и захватывается колонковой трубой в виде керна (кликните с целью увеличения)

Шлам с забоя порой убирают промывкой — нагнетанием в ствол выработки большого числа воды. Очень часто промывку подменяют продувкой сжатым воздухом, поставляемым компрессором в середину трубы. Этот тип бурения дает возможность пробурить скважины глубиной до 1000 метров и диаметром от 8 до 20 см.

Механическое колонковое бурение выполняется буровыми установками типа ЗИФ, УГБ, УКБ, монтированных на машины типа КАМАЗ, КРаЗ, трелевочные тракторы и т.д. В варианте для ручного бурения колонковую трубу делают короче, называют колоколом или стаканом. С заключительным, перевернутым вверх дном объектом быта, конструктивно схожа колонковая труба.

Бурение колонковым способом применяется в таких вариантах:

  • геологоразведка полезных ископаемых;
  • бурение разведочных скважин;
  • приспособление водоносных скважин любой глубины, плюс к этому безфильтровых скважин в плотных горных породах.

Для устройства приватных скважин на воду в большинстве случаев колонковый метод применяется прежде чем начать шнековое или роторное бурение, исполняя одновременно разведывательную и подготовительную роль.

В устройстве приватных скважин колонковое бурение применяется в сочетании с ударно-канатным. Глинистые слои проходят колонковой трубой. Пески неплотного сложения, гравий и галечник с песчаным заполнителем, которые не останавливаются в колонковой трубе, вынимают из ствола желонированием.

По эффективности колонковый способ несколько уступает шнековому виду бурения артезианских скважин. Шнеком бурят быстрее, однако он не дает возможность полноценно высвободить ствол от пробуренной породы. Их нечасто применяют в паре. А уж если приведется, то шнеком проходят первые пару метров.

бурение, скважина, технологический, колонкового бурения, водоносных скважин

Коронки не разрушают грунт, а бережно режут его вдоль периметра, образовывая «столбы» — керны, изучая которые можно составить гидрологический разрез участка

Применяемое оборудование и инструменты

Для колонкового бурения применяются такие инструменты:

  • буровые коронки из алмазного или иного твёрдосплавного материала (сталь, вольфрам, победит);
  • колонковая труба;
  • отводная труба шлама;
  • штанги, требующиеся для наращивания буровой колонны;
  • муфтовые соединения, переходники между трубами, промывочный сальник.

При бурении в плотных горных породах буровая коронка изнашивается очень быстро и подлежит замене. Материал коронки — очень дорогой, выдерживающий большие нагрузки, самое большое распространение получили алмазные буровые варианты. Все используемые во время бурения инструменты должны подходить соосности, т.е. находиться ровно относительно оси бурения.

Методика колонкового бурения

Основная особенность колонкового бурения — прохождение породы с полным её сохранением в колонковой колонне. Т.е., во время работы бурильного оборудования коронка по кольцу разрушает грунт, который по мере заглубления проталкивается в колонковую трубу и держится в ней за счёт своей плотности. При извлечении наполненной трубы из ствола выработки, ее освобождают от керна путем простукивания кувалдой.

Постепенный процесс колонкового бурения выглядит так:

  • бурильную коронку объединяют с колонковой трубой;
  • колонковая труба совмещается со штангами, которые наращиваются по мере углубления;
  • верхняя штанга крепится в буровом станке;
  • бурильный станок вращает буровую колонну и потихоньку «ввинчивает» ее в почву;
  • колонковая труба потихоньку наполняется керном — заклинившим в ее пустоты грунтом;
  • после проходки 50 — 70 см буровая колонна достается на поверхность, штанги попеременно отсоединяются до той поры, пока не извлечется колонковая труба;
  • трубу освобождают от выбуренной породы;
  • опорожненный снаряд опять опускают на забой, наращивая буровую колонну штангами.

Действия производятся в описанном порядке до той поры, пока скважина не вскроет горизонт воды и не заглубится на 50 см в нижележащую водоустойчивую породу.

Если фиксация верхнего горизонта воды не оказывается поводом проходки, то верхние слои можно пробурить с промывкой. В данном варианте насос продаёт промывочный раствор через шланг в середину труб. Потом раствор выносит выработанный грунт на поверхность.

бурение, скважина, технологический, колонкового бурения, водоносных скважин

Если целью устройства скважины не считается слой воды в песчаных отложениях, бурение до достижения пород скалы может проводиться с промывкой

Веские плюсы и минусы

Если сравнивать с ударно-канатным и роторным способом механического бурения колонковое выполняется очень быстро, существенно уменьшая время выполнения работ. Главный его недостаток — невозможность подъема рыхлых грунтов и сочных водой галечников. Потихоньку продвигается по плотным горным породам, для проходки валунов требуется долото.

К плюсам колонкового бурения можно отнести:

  • большую производительность и возможность пробурить скважины глубиной более 100 м;
  • уменьшение нагрузок на бурильное оборудование за счёт разрушения глинистой породы, сравнимым с ее вырезанием;
  • возможность использования мобильной установки для бурения небольших габаритов.

Колонковое бурение — один из наиболее быстроходных способов устройства водозаборных выработок. Скважину на песок с его использованием можно пройти за один рабочий день.

Специфики бурения скважин шнековым методом

Данный тип бурения сегодня очень активно применяется при устройстве водоносных скважин в приватных хозяйствах. Спецификой бурения скважин шнековым методом считается то, что разрабатываемая порода полноценно убирается из створа скважины без вовлечения добавочного оборудования. Способ напоминает вкручивание, дает возможность пробурить на глубину и в то же время удалять лишний грунт.

Применяемый для бурения инструмент зовется шнек. Собой представляет пирон с лопастями. Завинчиваясь в почву, шнек разрушает породу, которая задерживается на его лопастях. Из-за особенности конструкции шнеком не получиться абсолютно высвободить забой от отвала. Благодаря этому его как правило используют для проходки верхних слоев.

бурение, скважина, технологический, колонкового бурения, водоносных скважин

Бурение с помощью шнека — быстрый и недорогой метод, который не требует организации резервуара для промывочной жидкости

Бурение с применением шнека не просит серьезных усилий и материальных затрат, благодаря этому область использования этого варианта очень широка: геологоразведочные скважины, коммуникационная укладка, приспособление бурозаливных скважин и отчасти бурение на воду. Его в настоящий момент широко используют для устройства забивных колодцев, дабы не заколачивать полноценно забивную скважину в плотный грунт, а немножко сделать легче процесс погружения ствола в заблаговременно разрушенную породу.

Способ подойдет для разработки водоносных скважин глубиной до тридцати метров на мягких и рыхлых грунтах и до двадцати метров на средне-плотных. После проходки шнеком и установки обсадки, ствол скважины в первую очередь очищается желонкой от неизвлеченной породы.

Шнек решительно не подойдет для работы в плотных горных породах! Его применяют для частичной проходки скважин до 120 м, при этом этот способ сочетается с другими: роторным, ударно-канатным, колонковым.

Задействованное оборудование и инструменты

Шнековое бурение выполняется буровой установкой, основным элементом которой считается бурильный инструмент винтового типа, сделанный из очень прочного металла. Буровую колонну по мере заглубления наращивают шнеками равного размера. В наборе порой используются лопастные долота, которые нужны для прохождения рыхлых пород, а еще долота с округлыми или коническими головками, которые применяются для разработки твёрдой породы.

бурение, скважина, технологический, колонкового бурения, водоносных скважин

Буровая установка на базе автомобиля, оборудованного мощным двигателем — идеальный вариант для бурения в тяжелодоступных и отдалённых местах

Большое количество современных установок для бурения оснащены пустотелыми снарядами, оборудованными реверсивными замками, которые не допускают движение инструмента назад. Режущие части шнека во время бурения охлаждаются за счёт разрабатываемого грунта, а разработанная порода подымается вверх по спиралям. Это дает возможность проводить бурения без остановок, намного делая меньше временные и энергетические расходы для создания водоносной скважины.

Методика бурения скважин шнековым методом

После выполнения проходки, глубина которой составляет 1,5 — 2,0 м, шнек достается, и в скважину ставятся обсадные трубы. Диаметр скважины для водозабора, пробуренной с помощью шнека, составляет 50 — 200 мм и зависит от размеров применяемого инструмента.

Падение скважных стен предохраняют обсадные трубы. Тем более это важно для рыхлых несвязных грунтов, благодаря этому у бурильщиков есть правило: применять при проходке супесей и глинистых грунтов шнеки с размещением лопастей под угол 30 — 60?, а при бурении песков плотного сложения инструмент с лопастями под угол 90?. При меньшем наклоне витков шнековой спирали больше несвязного отвала выносит на поверхность шнек.

бурение, скважина, технологический, колонкового бурения, водоносных скважин

Шнековое бурение не просит применения промывочной жидкости, разработанная с помощью долота порода выносится на поверхность на лопастях инструмента

Преимущества, и недостатки использования шнека

Шнековый способ бурения дает возможность сделать приспособление скважины очень быстро, при условиях, что размер шнека и наклонный угол долота были выбраны правильно. К плюсам бурения скважин шнековым методом можно отнести:

  • грунт подымается на поверхность сразу во время бурения;
  • большая скорость углубления в почву без инновационных остановок;
  • нет потребности делать промывку ствола скважины;
  • небольшой шнековой установкой или ручным шнеком можно пробурить в середине дома (в подвальном помещении);
  • нет потребности приподнимать на поверхность первое звено и демонтировать/собирать буровую колонну как при колонковом методе.

Основным минусом бурения скважин шнековым методом можно считать невозможность работы на сыпучих и очень твёрдых грунтах, но одновременно шнек — замечательный инструмент для бурения в суглинистых, смешанных (глина и супесь) и мягких грунтах глинистого происхождения. Ещё единственный минус, ограничивающий использование шнека для устройства водоносных скважин — надобность использовать ударно-канатный метод для очищения ствола от отваленной породы.

Характеристика роторного бурения

Роторное бурение — способ вращательного бурения, при котором разрушение грунта выполняется с помощью долота, приводимого в движение в забое скважины от ротора установки для бурения. Ротор крутится от автомобильного двигателя или отдельно поставленного электрического двигателя при помощи приводного вала. Разработанный грунт смывается из шахты скважины способом прямой или обратной промывки. Промывочный раствор подается как самотёком, так и станцией с насосом.

бурение, скважина, технологический, колонкового бурения, водоносных скважин

Большое количество водозаборных скважин буриться с применением способа роторного бурения: с помощью бурильного долота, вращаемого ротором, с дальнейшей промывкой скважины и креплением обсадочных труб

Роторное бурение используется для разработки скальных и полускальных грунтов при устройстве глубоких скважин до 150 м. Роторная буровая установка с правильно выбранным долотом и утяжеленными бурильными трубами замечательно справляется со плотными горными породами.

Специалисты-буровики советуют применять данный метод бурения при воплощении следующих условий:

  1. Гидрогеологический разрез участка изучен особенно хорошо. Известно, что пробурить предстоит плотные горные породы. Известен уровень залегания водоносной зоны в коренных породах.
  2. Грунтовая вода владеет отличительным для водозаборных скважин напором
  3. Есть возможность безотказной доставки технической воды для промывки скважины.

В районах юга роторное бурение можно делать целый год, а в северном климате использование данного способа ограничено благодаря возможности замерзания промывочной жидкости.

Применяемое оборудование и инструменты

Роторное бурение водоносных скважин выполняется с использованием рамной или решётчатой вышки, на которой расположено оборудование для подъема и другие детали установки для бурения. Вышка предоставляет возможность приподнимать и опускать в скважину бурильные колонны.

В состав установки для бурения роторного типа входит:

  • рамная или решётчатая вышка;
  • мотор с приводом;
  • ротор и бурильная колонна;
  • оборудование насоса и очистная конструкция промывочной жидкости;
  • оборудование для подъема, напорная магистраль, вертлюг, сальники и т.д.

В самоходных установках в качестве мотора применяется ДВС автомобиля, на базе которого размещен буровой комплекс. В таком случае мощностью мотора регулируются обороты бурового инструмента.

бурение, скважина, технологический, колонкового бурения, водоносных скважин

В качестве энергетического источника для роторной установки для бурения как правило выступает стационарный или мобильный элекрический двигатель, ДВС автомобиля, резервные электростанции

Ротор с помощью зубчатого устройства передаёт вращение на ведущую трубу, которая в свою очередь сообщает его на ключевой бурильный инструмент — долото. Долото может иметь самую разнообразную форму и делается из очень прочных материалов: композиты, сталь с алмазным напылением и др. Для любого типа грунта выбирается специальный размер и форма долота, обеспечивая таким образом большую эффективность и скорость проходки.

Своеобразие роторной технологии

Роторное бурение скважин на воду выполняется в три момента:

  1. Разрушение породы с помощью долота.
  2. Вынос разрушенной породы на поверхность потоком нагнетаемой воды.
  3. Укрепление скважных стен обсадными трубами.

Вынос разрушенного грунта выполняется путём обратной или прямой промывки. Подбор способа промывки зависит от определенных условий: глубины скважины, типа грунтов, наличия достаточного объёма промывочной воды. В основном, в приватных хозяйствах применяется методика бурения с прямой промывкой, которая в себя включает такие этапы:

  • заглубление в почву долота крупного диаметра;
  • вращение долота под влиянием ротора;
  • установка бурильных труб и монтаж утяжелённых труб между ними и долотом;
  • убирание отработанного грунта напором жидкости с помощью насоса;
  • монтаж обсадной трубы, дабы устранить обсыпание грунта в середине скважины;
  • бурение долотом небольшого диаметра и повторение всего цикла.

При обратной промывке грунт выносится из-под земли с помощью скважин по трубам бурильной колонны, а промывочная жидкость заливается между стенками скважины и трубами.

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

бурение, скважина, технологический, колонкового бурения, водоносных скважин

В большинстве случаев при выполнении роторного бурения используют не прямую или обратную промывку, а продувку воздухом под давлением, созданным с помощью нагнетателя воздуха

Плюсы и минусы роторного бурения

Основным положительным качеством роторного способа имеется возможность пробурить глубокие скважины с забором воды в трещиноватом известняке. Плюс ко всему этот способ бурения имеет такие плюсы:

  • большое качество вскрытия водоноса в коренных скальных породах;
  • возможность устройства скважины крупного диаметра до 200 см;
  • большая скорость бурения, минимальные затраты энергоносителей.

Серьезным минусом роторного бурения можно именовать надобность организации промывки скважины.

Какой метод бурения подобрать?

Все рассмотренные способы механического бурения повсеместно используются для устройства водоносных скважин. Подводя итоги, необходимо заявить, что:

  1. Колонковое бурение лучше применять для проходки в пластичных грунтах глинистого происхождения. Колонковый метод подойдет для устройства множества водозаборных выработок, если понадобится применяется в паре с ударно-канатным.
  2. Шнековое бурение по области использования похоже с колонковым способом. От него различается плохой очисткой ствола, требует обязательного применения желонки или долговременной промывки скважины перед эксплуатацией.
  3. Роторное бурение — идеальный вариант для пробивки стволов скважин в скальных грунтах.

Стоимость благоустройства скважины с применением того либо другого способа бурения сильно зависит от того, какое оборудование применяется, а еще от категорий пройденных пород по буримости.

бурение, скважина, технологический, колонкового бурения, водоносных скважин

Уместно подобранный метод скважинные бурения поможет не только уменьшить временные расходы на бурение, но и даст возможность в дальнейшем эксплуатировать водоисточник легко

Нужное видео по теме

Ролик с демонстрацией принципа традиционного колонкового бурения с извлечением керна водным напором:

Специфики скважинные бурения шнеком:

Колонковое бурение скважины с промывкой забоя и установкой двойной обсадки, внешняя часть которой сделана трубами из стали, внутренняя полимерными:

Бурение водоносной скважины — сложный процесс. От правильности подобранного способа бурения будет зависеть не только скорость устройства независимого водного источника, но и материальные затраты. Во первых, на что необходимо обращать свое внимание во время выбора способа бурения, это вид грунта и глубина залегания слоя воды.

Исходя из таких параметров, вы сможете подобрать идеальный вариант, который даст возможность вам пробурить скважину недорого и быстро.

Технология бурения скважин часть 1


Оставить комментарий

Яндекс.Метрика