Технологии бурения скважин на воду – советы профессионала
Организация автономного водоснабжения становится актуальным вопросом при удаленности участка от центральной магистрали. Существует несколько способов обеспечения водой: от сооружения колодца до применения специализированной буровой техники. Среди них имеются такие, которые позволяют построить скважину своими силами, и она будет давать воду высокого качества в необходимом количестве.
Виды скважин на воду
Скважина на песок
Бурение в этом случае производится на глубину 15-30 метров до момента достижения горизонта, содержащего воду. Чаще всего, для этого применяется шнековый способ. Труба, имеющая диаметр более 100 мм, оснащенная фильтром, является скважиной. В качестве фильтра используют перфорированную трубу. Его устанавливают в песках крупной фракции, имеющих примесь гальки. Дебет таких скважин находится в пределах 0,6-1,2 куб. м. в час, что дает возможность обеспечить водой дом с двумя точками забора.
Срок эксплуатации скважин на песок находится в пределах 5-10 лет при постоянном использовании. В случае нерегулярной эксплуатации скважины этот срок существенно снижается и составляет 2-3 года. После чего заилившуюся скважину очищают под напором воды, имеющим сильное давление. При отсутствии требуемого эффекта от промывки требуется бурение новой скважины.
Артезианская скважина
Французская провинция Артуа дала имя этому виду бурения. Это связано с тем, что именно там было осуществлено первое бурение на известняк, где имело место явление саморазлива воды из скважины. Практика показывает, что не все скважины такого типа способны фонтанировать. В процессе бурения необходимость в установке сетчатого фильтра отпадает. Воды в этом случае залегают в известняке, однако не в каждом из них может присутствовать вода. Дебит скважины на известняк находится в пределах 3-10 куб. м. в час. Количества воды достаточно на минимум 60 лет, а ее качество находится на высоком уровне. Для производства буровых работ требуется применение специальной техники, что подразумевает потребность в пространстве для ее заезда и развертывания.
Стоимость работ по бурению артезианской скважины достаточно высока, но качество и больше, чем достаточное количество воды, а также долговечность ее компенсируют затраты.
Способы бурения
Шнековое бурение
Шнековое бурение скважин характеризуется простотой и относительно небольшими затратами. Многие малогабаритные установки для бурения работают с применением этого способа. Для выемки грунта используется архимедово колесо, в технике оно именуется шнеком. Глубина скважин, получаемых таким образом, менее 10 метров. В этом случае нет необходимости в воде или буровом растворе, используемых при промывке.
Применение шнекового бурения ограничено характеристиками грунта. Способ широко используется при сухом или мягком грунте. Работать шнеком в плавунах или скальных породах не представляется возможным. Для проведения буровых работ требуется соответствующая квалификация, так как помимо умения пробивки отверстия необходимо уметь проводить мероприятия по защите водоноса от проникновения верховодки и сточных вод.
Роторный способ бурения
Таким способом получают скважины большой глубины. В качестве инструмента для бурения скважин используют специальную бурильную трубу. В ее полости располагается вал, оснащенный на конце долотом, работающем от гидравлической установки. Таким образом можно достичь любой глубины скважины. С целью промывки скважины от грунта используется бурильный раствор. Подача его может происходить следующим образом:
- прямой промывкой, при которой происходит подача насосом раствора, и он выводится на поверхность самотеком;
- обратной промывкой, когда раствор попадает самотеком, а откачивается вместе с породой насосом.
Промывка обратным способом дает возможность иметь значительный дебит скважины. Это связано с существенным повышением качества вскрытия горизонта, содержащего воду. При этом стоимость работ значительно возрастает вследствие применения дорогостоящего сложного оборудования. В этом отношении прямая промывка предпочтительнее.
Бурение ударно-канатным способом
Бурение на воду таким способом производится уже длительный период времени. Характеризуют его высокая трудоемкость и малая скорость производства работ. При этом качество скважины находится на высоком уровне, она может эксплуатироваться до пятидесяти лет.
Технология бурения состоит в дроблении грунта путем воздействия снаряда, обладающего значительной массой. Снаряд поднимают на определенную высоту, и при его падении происходит разрушение грунта. Для удаления породы, подвергшейся разрушению, применяется желонка.
Бурение, происходящее таким образом, не требует промывки водой или бурильным раствором. Такая специфика технологии позволяет произвести точное вскрытие водоносного слоя, что обеспечивает максимальный дебит и эксплуатационный срок скважины.
Стоимость буровых работ ударно-канатным способом значительна. Трудоемкость в этом случае существенно выше, чем при роторном методе. Помимо этого при выходе на последующие слои водоносного грунта необходимо использование обсадных колонн для изоляции более высоких горизонтов.
Технология ручного бурения скважин на воду
Шнековый способ бурения
Процесс производства буровых работ этим способом происходит с достаточно высокой скоростью. В его ходе одновременно ведутся работы по продавливанию и укладке стен скважины, что не допускает обрушения почвы. Скважина оборудуется бетонными или металлическими стенками.
Основным инструментом является шнек для бурения, в качестве которого используется труба с навивкой из металлической ленты. Для осуществления технологических операций используется механизмы, оборудованные подвижным вращателем. Соединение его со шнеком происходит при помощи резьбы или за счет сопряжения элементов фигурного сечения. Максимальный шаг подачи составляет 15 м.
Конструктивно шнек выполняется полым и снабжается реверсивным замком и разными долотами.
Высококачественная сталь замков износоустойчива, что дает возможность уменьшить производственный цикл.
В случае ведения работ на грунте, имеющем повышенную мягкость и рыхлость, лопасти располагают под углом к забою 30-60 градусов. Буровые работы в плотных породах или на гальке и гравии производятся с расположением долота под прямым углом. Показатель твердости почвы определяет соответствующий угол.
В ходе бурения за счет трения рабочих частей долота и почвы происходит их значительный разогрев. Спиральная поверхность шнека способствуют перемещению отработанного грунта на поверхность.
Шнек для бурения скважин, имеющий центральный канал является наиболее эффективным. С его помощью происходит подача при помощи насоса воды или воздуха, что существенно снижает коэффициент трения. Применение этой технологии дает возможность заглубляться на уровень 50 м. При необходимости обустройства скважин большей глубины, шнековое бурение комбинируется с другими способами выполнения буровых работ.
Станки, служащие для выполнения этого вида работ, оборудуются литыми головками, элементами, производящими резание и хвостовиком. Нередко на лопастях производится наплавка специальными сплавами, обладающими высокой твердостью, или оснащаются техническими алмазами.
Шнековое бурение производится с глубиной, соответствующей габаритам штанги. Достигнув ее, происходит отключение станка и отсоединение штанги для ее извлечения и наращения еще одной штангой. После этого работы возобновляются.
Роторное бурение
Для осуществления буровых работ требуется применения фрезерных двух- или трехлопостных долот. Долото срезает породу, находясь под воздействием колонн. Этот инструмент применим при сооружении колодцев трубчатого типа с мягким грунтом. Для твердых пород следует использовать долота с алмазной рабочей поверхностью. Универсальным инструментом является шарошечное долото, которое может работать с различными по твердости видами пород.
В основу процесса бурения положена передача от двигателя вращения ротору. Начальный этап требует применения долота с большими размерами. Нагрузка, направленная вертикально, передается от бурового снаряда инструменту, который производит работу по срезанию и раскрашиванию грунта. При окончании работ, достигнув определенного участка, производят монтаж обсадной трубы. При проходке очередного участка применяется инструмент и труба с меньшим диаметром по сравнению с предшествующим участком.
Бурение с обратной промывкой
Для удаления отработанной породы происходит подача воды самотеком. В процессе стекания по трубе и поверхности стенок ствола осуществляется вымывание измельченного грунта. Образующийся раствор из выработанной почвы и воды откачивают сквозь отверстие бурильного инструмента при помощи насоса или эрлифта. Жидкость, поднятая на поверхность, по трубе или лотку перемещается для очистки в специальную емкость. При подаче воды также происходит охлаждение инструмента. Глубина скважин при использовании этого способа достигает одного километра.
Бурение с прямой промывкой
В этом случае применяется глинистый раствор, который закачивают в шахту по буровым колоннам. В процессе данного мероприятия происходит вымывание выработанного грунта, его подъем на поверхность вместе с водой. После чего раствор передается на отстой в емкость.
Ударно-канатное бурение
Для разрушения породы используется забивной стакан, который обладает существенной массой. С целью создания необходимого усилия для бурения, инструмент понимается на некоторую высоту, после чего опускается. При соприкосновении с грунтом происходит его забор полостью стакана, а при подъеме осуществляется удаление породы. Трудоемкость таких работ значительна, но при этом обслуживание такой установки возможно одним человеком. Подобная технология широко применяется в мягком грунте.
Конструкции буровых вышек для роторного и ударно-канатного бурения аналогичны. Она представляет собой треногу, которая имеет высоту больше длины стакана на 1,5 м. На вершине устройства зафиксирован блок лебедки. К тросу прикрепляется забивной стакан или ударная штанга. При применении стакана выемка грунта происходит за счет собственной массы. Использование штанги подразумевает дополнительное усилие при осуществлении забивания.
Стакан изготавливается из трубы с длиной 0,7-3 м, для выполнения режущей кромки которой применяется сталь высокой прочности. Кромку подвергают заточке внутрь стакана на конус. Если применяется ударная штанга, то ее конструкция выполняется из трубы, вверху которой приварена наковальня. В процессе погружения происходит заполнение стакана породой, а при подъеме через отверстие сбоку его очищают.
В случае буровых работ в грунте, который обладает повышенной сыпучестью или влажностью, обычный забивной стакан заменяют желонкой. В ее конструкции предусмотрен клапан, который открывается в момент врезания в грунт и закрывается при его подъеме.
