Способы бурения скважин на воду: лучшие методы и их полное описание

Скважина и колодец

Устройство скважины на воду связано с применением разных способов бурения. Рыхлый и водонасыщенный грунт удаляют с помощью желонки. Для проходки глинистых и каменистых пород применяют методы бурения скважин, основанные на принципе вращения и вибрации.

В работе задействованы механизмы, позволяющие разрабатывать грунты разных типов и на разной глубине. Мы расскажем, как выбрать оптимальную технологию бурения, которая позволит быстро и без нареканий пройти разработку водозаборного устройства.

Для наглядности предложенной нами информации текст дополнен полезными схемами, фотоподборками и видеогидами.

Виды методов бурения

В прошлом бурение водоносных горизонтов для личного пользования в основном производилось вручную. Это был кропотливый и длительный процесс, поэтому не каждый владелец участка или дачи мог похвастаться наличием собственного источника водоснабжения.

Постепенно механизированное бурение вытеснило ручные методы из-за значительного упрощения и ускорения процесса.

На сегодняшний день почти все водоносные скважины бурятся механизированным способом, в основе которого лежит разрушение грунта, вывод его на поверхность одним из двух способов: сухим, когда отработанный грунт выносится из скважины с помощью механизмов, и гидравлический, когда он промывается водой, подаваемой под давлением или самотеком.

Существует три основных метода механического бурения:

  • Ротация (почва разрабатывается ротацией).
  • Ударные (бурснаряд разрушает землю ударами).
  • Вибрационный (земля развивается за счет высокочастотных колебаний).

Вращательный метод считается наиболее производительным, в 3-5 раз эффективнее ударного и в 5-10 раз вибрационного. Кроме того, роторный способ самый дешевый и доступный, его часто используют как основной метод ручного бурения.

Вращательные методы бурения

Механические роторные способы бурения скважин на воду пришли на смену неэффективным ручным методам

В свою очередь вращательный метод бурения, широко применяемый для строительства скважин на воду, подразделяется на четыре основных вида бурения:

  • основной;
  • винт;
  • ударная веревка;
  • вращающийся.

Каждый вид вращательного бурения имеет свои особенности и осуществляется специально предназначенным для этого оборудованием. Рассмотрим эти виды бурения подробнее, выясним, в чем их отличия и какой метод следует использовать в каждом конкретном случае.

Специфика колонкового бурения

Колонковое бурение — механический вращательный метод, при котором глинистый или густопесчаный грунт извлекается в виде цилиндрического керна. Инструмент для колонкового бурения представляет собой толстостенную металлическую трубу.

В верхней части колонкового бура находится устройство для крепления стержней, необходимых для наращивания бурильной колонны. Ниже расположена коронка, тип которой выбирается в зависимости от категории грунта, подлежащего бурению.

Галерея изображений Фото из При колонковом бурении разрушение породы производится полой трубой с подошвой, снабженной режущей коронкой. Колонковое бурение применяют для опускания глинистых связных пород: супеси с глиной, глины. Такой бур не держит рыхлый песок, водонасыщенный песок, гравий, гальку и т.п

При проходке керновым способом грунт разрушается кольцеобразным венцом. При этом внутренняя часть сердечника остается неповрежденной. Для облегчения процесса бурения на твердые и полутвердые глины, глины, горные породы на забой подается промывочная жидкость.

Колонковый способ бурения скважин на воду

При колонковом бурении грунт не разрушается, а «выбуривается» долотом и захватывается колонковой трубой. Пробуренная порода извлекается на поверхность в виде керна — монолитного каменного столба цилиндрической формы

Шлам со дна иногда удаляют промывкой — нагнетанием в шахту большого количества воды. Чаще всего промывку заменяют продувкой сжатым воздухом, подаваемым компрессором внутрь трубы. Этот вид бурения позволяет бурить скважины глубиной до 1000 метров и диаметром от 8 до 20 см.

Механическое колонковое бурение осуществляется буровыми установками типа ЗИФ, УГБ, УКБ, устанавливаемыми на автомобили типа КАМАЗ, КрАЗ, трелевочный и др. в варианте для ручного бурения ход керна укорочен, называется раструбом или стаканом. С последним, перевернутым бытовым предметом, трубка сердечника конструктивно аналогична.

Колонковое бурение применяют в следующих случаях:

  • геологическая разведка полезных ископаемых;
  • бурение разведочных скважин;
  • устройство водоносных скважин любой глубины, в том числе безфильтровых скважин в скалах.

Для строительства частных скважин на воду в ряде случаев применяют колонковый метод перед началом бурения или вращательное бурение, выполняя как разведочную, так и подготовительную роль.

При строительстве частных скважин колонковое бурение применяют в сочетании с ударным. Слои глины проходят через трубку керна. Рыхлый песок, гравий и заполненная песком галька, не оставшиеся в колонковом стволе, удаляются из скважины методом гелеобразования.

По эффективности колонковый метод несколько уступает буровому методу бурения скважин на воду. Шнек используется для более быстрого бурения, но он не позволяет полностью освободить ствол скважины от выбуриваемой породы. Они редко используются парами. А если так, то винт проходит первые несколько метров.

Интересно:  Где и когда лучше бурить скважину на участке: советы экспертов-буровиков

Корончатые сверла

Кроны не разрушают почву, а аккуратно разрезают ее по периметру и образуют «столбы» — ядра, изучив которые можно составить гидрологическую часть участка

Используемое оборудование и инструменты

Для колонкового бурения используются следующие инструменты:

  • сверла из алмаза или другого твердосплавного материала (победит сталь, вольфрам);
  • колонная труба;
  • грязевая труба;
  • штанги, необходимые для сборки бурильной колонны;
  • соединительные муфты, переходники между трубами, плоская сальниковая коробка.

При бурении горных пород буровое долото быстро изнашивается и подлежит замене. Материал долот дорог и выдерживает огромные нагрузки; варианты алмазного бурения получили наибольшее распространение.

Все инструменты, используемые в процессе сверления, должны быть выровнены, т.е расположены точно по отношению к оси сверления.

Технология колонкового бурения

Главной особенностью колонкового бурения является проход породы с полным ее сохранением в колонковом стволе. При работе бурового оборудования коронка разрушает грунт по кольцу, которое по мере углубления проталкивается в колонковую бочку и удерживается в ней за счет собственной плотности.

При извлечении заполненной трубы из ствола шахты ее освобождают от керна путем постукивания кувалдой.

Пошаговый процесс колонкового бурения выглядит следующим образом:

  • буровое долото соединено с колонковым буром;
  • колонковая трубка соединена со стержнями, которые растут по мере углубления;
  • верхняя штанга закреплена в буровой установке;
  • буровая установка вращает бурильную колонну и постепенно «ввинчивает» ее в грунт;
  • колонковая труба постепенно заполняется керном – вклинившимся в полость грунтом;
  • после проходки 50 — 70 см бурильную колонну выводят на поверхность, штанги по очереди отсоединяют до извлечения колонкового ствола;
  • труба освобождается от бурового шлама;
  • пустой снаряд снова опускается на забой, дополняя бурильную колонну штангами.

Действия выполняются в описанном порядке до тех пор, пока скважина не вскроет водоносный горизонт и не проникнет на 50 см в нижележащую непроницаемую породу.

Если закрепление верхнего водоносного горизонта не является целью бурения, верхние слои можно бурить с промывкой. В этом случае насос подает промывочный раствор через шланг в трубы. Затем раствор выносит обработанный грунт на поверхность.

Схема колонкового бурения

Если целью устройства скважины не является водоносный горизонт в песчаных отложениях, бурение в горных породах может производиться с промывкой

Веские достоинства и недостатки

По сравнению с канатным и роторным способами механического бурения колонковое бурение осуществляется достаточно быстро, что значительно сокращает время работы. Главный его недостаток – невозможность подъема рыхлого грунта и гальки, пропитанной водой. Медленно передвигается по скалам, требуется долото, чтобы пробивать валуны.

К преимуществам колонкового бурения относятся:

  • высокая производительность и возможность бурения скважин глубиной более 100 м;
  • снижение нагрузок на буровое оборудование за счет разрушения аргиллита, сравнимого с резкой;
  • возможность использования мобильной буровой установки компактных размеров.

Колонковое бурение – один из самых быстрых способов разработки водозаборов. Скважину на песок с его применением можно выполнить за один рабочий день. Разработанная вручную разработка водозабора займет гораздо больше времени.

Особенности шнекового бурения

Сегодня этот вид бурения чаще всего используется для строительства водоносных горизонтов в частных домовладениях. Особенностью скважинного бурения является то, что разрабатываемая порода полностью удаляется из скважины без привлечения дополнительной техники. Метод похож на завинчивание, позволяя бурить на глубину и при этом удалять ненужный грунт.

Инструмент, используемый для сверления, называется сверлом. Это металлический стержень с лезвиями. Ввинчиваясь в землю, бур разрушает породу, которая висит на лопастях. Из-за специфической конструкции шнека полностью освободить забой от отвала невозможно. Поэтому его в основном используют для опускания верхних слоев.

Шнековая буровая установка

Винтовое бурение – быстрый и недорогой метод, не требующий резервуара для бурового раствора

Бурение с помощью шнека не требует больших усилий и финансовых затрат, поэтому область применения этого метода достаточно широка: разведочные скважины, прокладка коммуникаций, обустройство буровых скважин и частичное бурение на воду.

Его сейчас активно используют для строительства абиссинских колодцев, не для того, чтобы полностью заткнуть накол в плотный грунт, а для облегчения процесса погружения ствола в предварительно разбитую породу.

Способ пригоден для разработки водоносных горизонтов глубиной до 30 м в мягких и рыхлых грунтах и ​​до 20 м в средней плотности. После бурения и установки обсадных труб ствол скважины необходимо очистить желонкой от неизвлекаемой породы.

Шуруп категорически не подходит для работы по камню! Применяется для частичного бурения скважин до 120 м, при этом этот способ комбинируют с другими: вращательным, ударно-канатным, колонковым.

Галерея изображений Фото из Шнек представляет собой буровой инструмент, конструктивно напоминающий винт. Бурят буром, «ввинчивая» его в землю. Бурение буром – самый быстрый способ обработки почвы. Однако бур не предназначен для захвата и удержания горной породы.Шнековый бур применяется для бурения скважин любого размера и назначения, часто применяется при самостоятельной разработке скважин проходка скважины дважды Принцип шнекового метода бурения Область применения шнековой механизации ручного бурения Недостатки бурения шнеком

Интересно:  Скважина своими руками без оборудования: как самостоятельно устроить источник воды

Задействованное оборудование и инструменты

Винтовое бурение осуществляется буровой установкой, основным элементом которой является винтовой сверлильный инструмент, изготовленный из высокопрочного металла. Бурильная колонна по мере ее углубления наращивается винтами такого же размера.

В набор иногда входят лопастные долота, необходимые для прохождения рыхлых камней, а также долота с круглыми или конусообразными головками, которые используются для разработки твердых камней.

Шнековый сверлильный станок

Буровая установка на базе автомобиля, оснащенного мощным двигателем – лучший вариант для бурения в труднодоступных и труднодоступных местах

Большинство современных буровых установок оснащены полыми обечайками, снабженными реверсивными замками, препятствующими движению инструмента в обратном направлении.

Режущие части шнека в процессе бурения охлаждаются разрабатываемым грунтом, а разрабатываемая порода поднимается по спирали. Это позволяет бурить без остановки, значительно сокращая временные и энергетические затраты на создание водоносного горизонта.

Технология шнекового бурения

После бурения, глубина которого составляет 1,5 — 2,0 м, винт извлекается и в скважину устанавливается обсадная труба. Диаметр буровой скважины на воду составляет 50 — 200 мм и зависит от размера используемого инструмента.

Обрушение стенок скважины предотвращается обсадной трубой. Это особенно важно для рыхлого несвязного грунта, поэтому у буровиков есть правило: при проходке песчаного грунта и глины использовать винты с лопастями под углом 30 — 60º, а при бурении плотного песка — инструмент с лопастями под углом 90º.

При меньшем шаге витков спирали шнека шнек выносит на поверхность более разрозненные лопасти.

Устройство для сверления винта

Винтовое бурение не требует применения промывочной жидкости, порода, разработанная долотом, выносится на поверхность на лопастях инструмента

Плюсы и минусы применения шнека

Винтовой метод бурения позволяет сделать скважину максимально быстро при условии правильного подбора размера шнека и угла наклона бурового долота.

К преимуществам винтового бурения относятся:

  • грунт поднимается на поверхность сразу во время бурения;
  • высокая скорость углубления грунта без технологических остановок;
  • промывать скважину не нужно;
  • компактная винтовая установка или ручной шуруп можно засверлить внутри дома (в подвале);
  • нет необходимости поднимать первый стык на поверхность и разбирать/собирать бурильную колонну, как при колонковом методе.

Основным недостатком бурения шнеком можно считать невозможность работы на рыхлом и очень твердом грунте, но в то же время бур является идеальным инструментом для бурения в глинистых, смешанных (глинистые и супесчаные) и мягких глинистых грунтах.

Другим недостатком, ограничивающим применение шнекобуров на водоносных горизонтах, является необходимость применения канатного способа очистки ствола от пустой породы.

Подобно шнековому — катушка широко используется в ручном бурении. Точно так же он разрушает камень и хватает его своими лезвиями, чтобы тянуть вверх.

Характеристика роторного бурения

Вращательное бурение — способ вращательного вибрационного бурения, при котором разрушение грунта осуществляется с помощью бурового долота, забиваемого в забой от ротора буровой установки. Ротор приводится в движение двигателем транспортного средства или отдельно установленным электродвигателем через карданный вал.

Разработанный грунт вымывается из ствола скважины прямой или обратной промывкой. Промывочный раствор может подаваться самотеком или насосной станцией.

Вращательное бурение скважин

Большинство артезианских скважин бурят методом вращательного бурения: с помощью бурового долота, вращаемого ротором, с последующей промывкой скважины и фиксацией обсадной колонны

Вращательное бурение применяют для разработки скальных и полускальных грунтов глубиной скважин до 150 м. С скальными породами отлично справляется роторная буровая установка с правильно подобранным буровым долотом и УБТ.

Буровики рекомендуют использовать этот метод бурения при следующих условиях:

  1. Гидрогеологическая часть участка изучена достаточно хорошо. Известно, что горные породы подлежат бурению. Уровень залегания водоносного горизонта в коренных породах известен.
  2. Подземные воды имеют напор, характерный для артезианских скважин
  3. Есть возможность бесперебойной подачи технической воды для промывки скважины.

В южных районах роторное бурение можно вести круглый год, а в северном климате применение этого метода ограничено из-за возможности замерзания бурового раствора.

Применяемое оборудование и инструменты

Вращательное бурение водоносных скважин осуществляется с помощью рамной или решетчатой ​​башни, на которой размещается грузоподъемное оборудование и другие элементы буровой установки. Башня позволяет поднимать и опускать бурильные колонны в скважину.

В состав роторной буровой установки входят:

  • каркасная или решетчатая башня;
  • двигатель;
  • ротор и бурильная колонна;
  • насосное оборудование и моющая система очистки жидкости;
  • подъемное оборудование, напорная линия, вертлюг, сальники и т д

В самоходных установках в качестве двигателя используется двигатель внутреннего сгорания автомобиля, на базе которого размещается буровой комплекс. При этом мощность двигателя регулирует скорость бурового инструмента.

Интересно:  Что лучше - скважина или колодец? Сравнительный обзор

Роторная буровая установка

В качестве источника энергии для вращающейся буровой установки может работать стационарный или передвижной электродвигатель, двигатель внутреннего сгорания в автомобиле, генераторы

Ротор с помощью зубчатого устройства передает вращение на проводящую трубу, которая в свою очередь передает его основному буровому инструменту — малому. Долото может иметь различную форму и изготавливается из высокопрочных материалов: композитов, стали с алмазным покрытием и др.

Для каждого типа грунта подбирается определенный размер и форма бурового долота, что обеспечивает высокую эффективность и скорость проходки.

Галерея изображений Фото из Шуруп – наиболее подходящая дрель для ручного сверления. Ручная машина винтовым снарядом может пройти скважину до 10 -12 м. Винт ввинчивается в грунт поступательными движениями, отвал выполняется на лопастях снаряда. Монтаж обсадной колонны производится одновременно с забивкой. Для увеличения высоты бурильной колонны используются штанги, которые соединяются между собой резьбовыми соединениями. Обсадную трубу подбирают в зависимости от диаметра бурового долота. Вручную бурят обычно узким сверлом, в которое устанавливается колонна с трубами ВГП. Для откачки используется ручной или электрический поверхностный насос

Своеобразие роторной технологии

Вращательное бурение скважин на воду осуществляется в три этапа:

  1. разрушение камня долотом.
  2. Вынос разрушенной породы на поверхность потоком нагнетаемой воды.
  3. Укрепление стен колодца обсадной трубой.

Удаление поврежденного грунта осуществляется обратной или прямой промывкой. Выбор способа промывки зависит от конкретных условий: глубины скважины, типа грунта, наличия необходимого объема промывочной воды.

Как правило, в частных хозяйствах применяется технология бурения заподлицо, которая включает следующие этапы:

  • заглубление в землю кусков большого диаметра;
  • вращение долота под действием ротора;
  • установка бурильных труб и установка утяжеленных труб между ними и буровым долотом;
  • удаление отработанного грунта напором жидкости с помощью насоса;
  • установка кожуха для предотвращения пролива грунта внутрь колодца;
  • просверлите сверлом меньшего диаметра и повторите весь цикл.

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

Вода самотеком поступает в заранее подготовленный резервуар, где очищается от грунта и бурового шлама, и возвращается в бурильную колонну за новой порцией пустой породы.

Схема вращательного бурения

В ряде случаев при выполнении роторного бурения используют не прямую или обратную промывку, а продувку сжатым воздухом, создаваемым с помощью компрессора

Достоинства и недостатки роторного бурения

Самым большим преимуществом роторного метода является возможность бурения глубоких скважин с водозабором в трещиноватых известняках.

Кроме того, этот метод бурения имеет следующие преимущества:

  • высокое качество вскрытия водоноса в породе;
  • возможность обустройства колодца большого диаметра до 200 см;
  • высокая скорость бурения, низкие энергозатраты.

Существенным недостатком вращательного бурения является необходимость организации промывки скважин.

Какой способ бурения выбрать?

Все рассмотренные способы механического бурения широко применяются при строительстве водоносных горизонтов.

Подводя итог, мы можем сказать, что:

  1. Колонковое бурение целесообразно использовать для проходки в пластичных глинистых грунтах. Ядерный способ подходит для организации большинства водозаборных работ, при необходимости его применяют совместно с ударно-канатным способом.
  2. Шнековое бурение аналогично колонковому бурению. Отличается от того, что при некачественной очистке ствола требует обязательного применения желонки или длительной промывки скважины перед эксплуатацией.
  3. Вращательное бурение – лучший вариант для пробивки скважин в скальном грунте.

Стоимость разработки скважины тем или иным способом бурения в значительной степени зависит от используемого оборудования, а также от категорий разбуриваемых пород.

выбор метода бурения – важное решение

Правильный способ бурения скважины поможет не только сократить затраты времени на бурение, но и позволит в дальнейшем без проблем эксплуатировать источник воды

О том, как сделать дрель своими руками, вы можете прочитать в другой популярной статье на нашем сайте.

Выводы и полезное видео по теме

Видео №1 Демонстрация принципа классического колонкового бурения с извлечением керна напором воды:

Видео №2 Особенности бурения скважины шнеком:

Видео №3 Колонковое бурение скважины с промывкой забоя и установкой двойной обсадной колонны, внешняя часть которой выполнена из стальной трубы, внутренняя часть из полимера:

бурение водоносного горизонта является трудоемким процессом. От правильности выбранного способа бурения зависит не только скорость устройства автономного источника воды, но и финансовые затраты.

Первое, на что следует обратить внимание при выборе метода бурения, это тип грунта и глубина залегания водоносного горизонта. Исходя из этих параметров, можно выбрать оптимальный вариант, который позволит быстро и дешево пробурить скважину.

Хотите поделиться историей бурения скважины на своем участке или полезной информацией по теме статьи? Оставляйте комментарии в блоке ниже. Здесь же можно задать вопрос или указать на спорные моменты в тексте.

Оцените статью
SV-Aqua.ru