Принцип колонкового бурения скважины на воду

Что необходимо учесть при работе?

Для начала не помешает предусмотреть возможные проблемы. Конечно, каждая скважина обладает индивидуальными характеристиками.

Бурение на расстоянии всего пары десятков метров может проходить по разному сценарию. Но знание примерного состава грунта и слоев, которые он включает, позволит составить предварительный план, запастись необходимыми инструментами и т.п.

Чем более тяжелое и вязкое вещество нужно вынуть на поверхность, тем сложнее будет работать желонкой. Проще всего справиться с сухим песком. А вот на плывунах работа может длиться бесконечно, при этом скважина почти не углубляется. Некоторые мастера рекомендуют в этом случае выполнять бурение с одновременной промывкой, погружая обсадную трубу как можно быстрее вперед желонки.

Практически невозможно преодолеть с помощью желонки слои тяжелой глины. На грунтах такого типа бурение эффективнее выполнять другими способами.

Чтобы выбрать слой суглинков, используют стакан: узкий длинный инструмент с острой нижней кромкой и без клапана. Его также бросают в шахту с высоты в несколько метров. Затем стакан вынимают и очищают через узкое вертикальное отверстие, сделанное в его боку. Иногда такое отверстие делают и в желонке.

Для бурения особо вязких пластов грунта ударно-канатным методом используют стакан – длинную трубу с заостренной нижней кромкой и узким отверстием, проделанным вдоль стакана

Такая работа по суглинку продвигается тяжело и медленно. Стоит оценить затраты труда и времени, возможно, имеет смысл предпочесть шнековое бурение ударному методу. Чтобы оценить состав грунта, на котором будет выполнено бурение, есть два способа. Дешевый – расспросить соседей, у которых уже есть скважина, и дорогой – заказать буровые работы у специалистов.

Обычно для скважины выбирают место, где рельеф понижается, считается, что так будет ближе к водоносному слою. Некоторым умельцам с помощью желонки удалось пробурить вполне приличную скважину прямо в подвале своего дома, поскольку станок или тренога для желонки – сооружение относительно компактное.

Следует помнить, что подобные работы можно проводить только в достаточно просторном подвале с высоким потолком. В этом пространстве предстоит не только поместить буровую установку, но и выполнять наращивание обсадной трубы.

Если пол и потолок пока отсутствуют, лебедку можно закрепить на стропилах. Кроме того, следует считаться с большим количеством грязной воды, которая будет поступать из скважины во время бурения и может залить все вокруг. Бурение разумнее проводить в сухое время года.

Бурение желонкой – работа довольно грязная, нужно предусмотреть место, в которое будет высыпан вынутый из устройства отработанный грунт

Чаще всего это делают летом. Вполне эффективны буровые работы и в зимний период, хотя преодолеть слой промерзшего грунта может быть не просто. А вот весной во время паводка бурить скважины не рекомендуется. Мокрый грунт вынимать сложнее, да и определить момент появления воды в скважине будет труднее. Осенью работы обычно приходятся на ноябрь.

Какой способ бурения выбрать?

Все рассмотренные способы механического бурения широко применяются для устройства водоносных скважин.

Подводя итоги, можно сказать, что:

1. Колонковое бурение целесообразно использовать для проходки в пластичных глинистых грунтах. Колонковый способ подходит для устройства большинства водозаборных выработок, при необходимости используется в паре с ударно-канатным.
2. Шнековое бурение по сфере применения схоже с колонковым методом. От него отличается некачественной очисткой ствола, требует обязательного использования желонки или долгосрочной промывки скважины перед эксплуатацией.
3. Роторное бурение – оптимальный вариант для пробивки стволов скважин в скальных грунтах.

Стоимость разработки скважины с использованием того или иного метода бурения во многом зависит от того, какое оборудование применяется, а также от категорий пройденных пород по буримости.

Правильно выбранный способ бурения скважины поможет не только снизить временные затраты на бурение, но и позволит в будущем эксплуатировать водоисточник без проблем

Способы самостоятельного бурения

На сегодняшний день мастерами-самоучками на дому разработано несколько способов бурения скважин на воду вручную. Рассмотрим самые действенные из них.

Ручной шнековый метод

К способам самостоятельного бурения относят бурение шнеком, которое пользуется популярностью за счет доступности выполнения. Благодаря шнеку удается пробурить неглубокую скважину (до 40 м), воды из которой хватит на целый дом.

Шнековое бурение скважин основано на применении винтообразного стержня (шнека), на который крепятся стальные лопасти с буровым наконечником. Рабочие внедряют шнек в почву подобно штопору. Постепенно углубляясь, винтообразный стержень разрушает многочисленные почвенные горизонты. Отработанная земля выносится наверх металлическими лопастями.

Различают следующие разновидности шнеков:

• конструкции с углом от 30 до 60 градусов;
• стержни с режущими лопастями.

Первый вид шнеков удобнее для использования, так как лопасти с меньшим углом препятствуют опаданию измельченного грунта. В результате не происходит засорения скважины.

Работа малогабаритных шнековых конструкций схожа с работой ручного бура, но в движение их приводит электродвигатель.

Технология колонкового бурения

Колонковая технология бурения скважины отличается быстротой выполнения работ. Благодаря специальному оборудованию (похожему на трубу с колонкой) удается пробурить не один метр почвенного горизонта. 16-ти сантиметровая в диаметре труба способна быстро внедряться внутрь, подтягивая за собой специальный шланг.

Верх такой трубы имеет узел крепления, на который в процессе погружения наращивают полутораметровые штанги. Поэтапно наращивая технологическую колонну, получают необходимой глубины скважину.

Прочный металлический сплав составляет основу коронки с заточенными краями для резки плотных вкраплений. В зависимости от физико-механического состава почвенного слоя выбирают соответствующие размеры и формы коронок. При вращении трубы в почве формируется небольшое отверстие.

Долото помогает разбить на осколки структуру сверхтвердых скальных пород, после чего погружают трубу с коронкой.

Установка после бурения скважины колонковым способом обсадных труб укрепляет стенки конструкции. Чтобы не допустить поломки прибора, систематически глиняным раствором либо чистой водой заполняют снаряд.

Далее показано, какие инструменты понадобятся для колонкового бурения скважины под воду:

Ударно-канатный способ

Ударно-канатный метод основан на разбивании грунта за счет тяжелого бурового прибора, опущенного с высоты в 200 м. При этом следует использовать специальный буровой инструмент, включающий в себя:

• трос с забивным стаканом;
• лебедку, прикрепленную к другому краю троса;
• треногу.

Благодаря лебедке уменьшается прилагаемая сила, а редуктор с мотором позволяет автоматизировать всю работу. Основу забивного стакана составляет металлическая труба с заточенной кромкой для резки. Такая установка разбивает породы любой твердости. Желонка помогает извлекать рыхлые породы при бурении водоскважины.

Канатно-ударное бурение выглядит как разбивание специальным инструментом почвенного горизонта с удалением режущей желонкой захваченного хлама. Последний поднимается на поверхность. После освобождения стакана от хлама начинают очищать снаряд желонку.

Алгоритм работы выглядит так:

1. Копка ямы (1×1 м) глубиной около 0,5 м.
2. Установка в ее центре садового бура с последующим его заглублением до появления влажного песка.
3. Установка на его место конструкции с обсадными трубами с последующим фиксированием ее в почве кувалдой.
4. Извлечение желонкой обрушенной обсадки.
5. Наращивание обсадной трубы соответствующими отрезками с последующим их свинчиванием.

За несколькими ударами на поверхность обязательно поднимают желонку либо стакан для очищения их от грунта. Далее можно увидеть, как происходит бурение скважины под воду ударно-канатным методом:

Ударно-вращательный метод

Бурение скважины данным методом основано на использовании инструмента, способного одновременно выполнять вращение и удары. Благодаря этому работа протекает быстрее и в течение короткого времени удается обустроить необходимое гидротехническое сооружение. Особенно эффективна установка при неоднородности геологии.

Бурение ударно-вращательным методом возможно с задействованием треноги, благодаря которой погружение и извлечение бура происходит быстрее. Методика незаменима на рыхлых почвенных горизонтах, а также при извлечении глинистых включений – суглинков с супесями.

Источник за периметром или скважина в доме?

Владельцы загородных участков, которые все еще не определили для себя наилучший вариант, должны рассмотреть способы размещения со всех позиций.

1. Жилое здание: есть или только планируется? В первом случае лучше предпочесть уличную конструкцию, так как работа и сооружение ничем не ограничены: ни площадью, которая нужна для техники, ни глубиной скважины.
2. Выбор вида источника. Идеальной для дома остается минимально глубокая абиссинская игла, которую сравнительно легко можно устроить на «ПМЖ» в подвале. Более серьезные скважины все-таки лучше сооружать на улице.
3. Расходы. Если жилое здание еще не построено, то внутренние работы обойдутся вдвое дешевле наружных. Когда оно уже полностью готово, ситуация противоположная: сооружение в доме будет в 2 раза дороже, чем вне его.
4. Возможность использования специальной техники: как «сей момент», так и в дальнейшем, для обслуживания. Самое лучшее место — у ворот, рядом с автомобильным проездом. В этом случае можно предусмотреть в ограждении съемную секцию.

Срок эксплуатации — еще один важный критерий. Считается, что уличные скважины долговечнее тех, что находятся под защитой дома. Есть и еще один вариант — скважина, расположенная под постройкой, но не под жилой (мастерская, гараж, отдельный погреб, теплица). Лучше, если будет возможность конструкцию частично демонтировать, чтобы обеспечить источнику воды беспроблемное плановое обслуживание или ремонт.

Сферы использования подобной технологии

Подъем керна.

Подъем скального материала с глубоких горизонтов — главная область применения способа.

С его помощью решаются следующие задачи:

1. Поиски и геологическая разведка. Подъем керна выполняется с целью описания строения продуктивных пластов твердых полезных ископаемых, нефти, воды, газа и вмещающих горных пород. Керновый столб отражает последовательность и мощность слоев, что необходимо для построения геологического разреза. Скважины используют и для проведения геофизических исследований.
2. Изыскания гидрогеологические. При инженерных работах имеет значение, на какой глубине залегают грунтовые воды. Скальные промежутки преодолеваются с отбором проб или бескерновым способом.
3. Строительство скважин на воду. Направлений использования 2: увидеть гидрогеологический разрез будущего водозабора и использовать пройденную выработку небольшого диаметра для последующего расширения шнековой установкой.
4. Возведение свайных фундаментов. Применение колонкового бурения обосновывается так же, как при строительстве водяных скважин.
5. Разработка месторождений твердых полезных ископаемых. Для уточнения контуров рудного тела из подземных выработок осуществляется колонковая проходка разведочных скважин с отбором керна.
6. Устройство цилиндрических проходов в бетонных сооружениях и кирпичных конструкциях. При сверлении алмазной коронкой получают отверстия в перегородках и перекрытиях зданий, имеющие ровные стенки и заданный размер.
7. Проходка шурфов Ø 400-1500 мм при строительстве колодцев различного назначения. Строительство шахтных стволов диаметром ≥4 м.

Керновое бурение используется также при изучении многослойных ледников Антарктиды, для определения возраста старых деревьев по годовым кольцам.

Основные способы забуривания скважин

В зависимости от вида и состояния горных пород в приповерхностном слое, диаметра и типа породоразрушающего инструмента, способа бурения, вида очистного агента и бурильной колонны применяют следующие основные способы забуривания скважин.

• 1. Установка трубы-направления скважины в шурф, предварительно выкопанный вручную. После установки в шурф трубу-направление или цементируют или закапывают. Этот способ применяется при бурении скважин большого диаметра шарошечными долотами с промывкой скважины глинистым раствором (в основном скважины на нефть и газ) и при бурении геологоразведочных скважин ударно-канатным способом.
• 2. Забуривание скважины «всухую», т. е. без промывки или продувки. Этот вариант находит применение при бурении с поверхности земли в тех случаях, если верхний интервал геологического разреза представлен осадочными породами при использовании обычных снарядов (без съемного керноприемника). Для бурения колонковый набор оснащают твердосплавной коронкой типа СМ или СА, а забуривание производят при медленном вращении колонны и повышенных нагрузках на глубину 2-3 м до коренных пород. Если коренные породы залегают глубже, то «всухую» бурят до предельно возможной глубины, а затем устанавливают трубу-направление и ведут бурение до коренных пород уже с промывкой инструментом меньшего размера.

Возможен вариант забуривания «всухую» посадкой обсадной колонны, оснащенной коронкой или башмаком в рыхлые сыпучие породы с вращением и под действием повышенной осевой нагрузки на предельно возможную глубину. Обсадную колонну после этого не извлекают, а породу внутри колонны разбуривают уже с промывкой колонковым набором меньшего размера.

3. Забуривание с продувкой пневмоударником или шарошечным долотом может применяться по любым, в том числе твердым, выветрелым породам, породам, насыщенным крупными обломками и на значительные глубины. Этот способ рекомендуется для различных условий бурения, но только в том случае, если не требуется керн в интервале забуривания. Для забуривания может использоваться, например, пневмоударник П-105 (диаметр долота 105 мм) и компрессор, обеспечивающий давление воздуха 0,2-0,5 МПа. Для оперативного забуривания целесообразно иметь в организации мобильный компрессор с комплектом бурового инструмента именно для осуществления операций забуривания.

При бурении по неустойчивым, аллювиальным, сыпучим породам бурение пневмоударником может осуществляться с поверхности с опережающим креплением ствола скважины, когда разрушение породы на забое сопровождается забиванием и обсадной колонны, оснащенной башмаком или специальным долотом. По данной схеме реализуется бурение в соответствии с методами OD, ODEX и DEPS компании Atlas Copco.

4. Забуривание с промывкой алмазным или твердосплавным инструментом проводят при бурении из подземных горных выработок без установки обсадных труб, если породы устойчивые и несклонные к набуханию и обваливанию.

Техническая вода в этом случае удаляется из скважины изливом и попадает в зумпф по канавке.

Устье скважины при бурении горизонтальных или восстающих скважин, буримых из подземных горных выработок, обязательно оборудуется специальным герметизирующим устье скважины патрубком при использовании для бурения снаряда ССК. Тогда доставка и извлечение керноприемника и овершота производится за счет регулируемого гидравлического напора в герметичном пространстве ствола скважины.

Вариант забуривания с промывкой практикуется и при бурении скважин с поверхности ССК. В этом случае забуривание производят с промывкой водой колонковым набором ССК с твердосплавной или алмазной коронкой до предельной глубины и извлекают на поверхность керноприемник с керном. Техническая вода, на начальном этапе, изливается из скважины и удаляется за пределы буровой установке по канавке. Далее производят обуривание оставленной в скважине и выходящей на поверхность колонковой трубы обсадной трубой большего размера, оснащенной армированным башмаком. После обуривания обсадной трубой бурение снарядом ССК продолжается, а обуривание обсадной колонной проводят до тех пор, пока обсадная колонна не войдет в плотные коренные породы.

Забуривание с промывкой производят и при бурении двойной колонной КГК (гидротранспорт керна). В этом случае вода циркулирует через зазоры в колонне и попадает в зумпф не изливаясь и не контактируя со стенками скважины.

Типы скважин

Перед началом буровых работ следует изучить состав грунта на участке, чтобы хотя бы примерно представить свою будущую скважину.

В зависимости от особенностей пролегания водоносного слоя различают три вида скважин:

• абиссинский колодец;
• фильтровая скважина;
• артезианская скважина.

Абиссинский колодец (или скважина-игла) может быть устроен практически повсеместно. Пробивают его там, где водоносный слой залегает относительно близко к поверхности и приурочен к пескам.

Для ее бурения используют технологию забивки, которая не подходит для сооружения скважин других видов. Все работы обычно можно выполнить в течение одного рабочего дня.

Эта схема позволяет изучить особенности устройства различных скважин, чтобы лучше понять технологию их бурения и выбрать подходящий метод (кликните для увеличения)

Но дебит таких скважин невелик. Чтобы обеспечить дом и участок достаточным количеством воды, иногда имеет смысл сделать две такие скважины на участке. Компактные размеры оборудования позволяют без особых проблем устроить такую скважину прямо в подвале.

Обычно это песчаные грунты, которые хорошо поддаются бурению. Глубина фильтровой скважины обычно варьируется в пределах 20-30 метров.

На этой схеме наглядно представлено устройство фильтровой скважины. В нижней ее части необходимо установить фильтр, чтобы предотвратить попадание песка и ила в воду

Работы при хорошем раскладе отнимут два-три дня. Фильтровая скважина нуждается в хорошем обслуживании, поскольку постоянное присутствие в воде частичек песка и ила может вызвать заиливание или запесочивание.

Обычный срок эксплуатации такой скважины может составлять 10-20 лет. Срок может быть больше или меньше в зависимости от качества бурения скважины и ее дальнейшего обслуживания.

Артезианские скважины, они же скважины “на известняк”, самые надежные, поскольку водонос приурочен к коренным отложениям. Воду вмещают многочисленные трещины скальной породы.

Заиливание такой скважине обычно не грозит, а дебит может достигать примерно 100 куб.м/ч. Но и глубина, на которую предстоит провести бурение, обычно оказывается более чем солидной – от 20 до 120 метров.

• Скважину глубиной 10 — 15 м можно пробурить без привлечения буровиков и техники, используя несложный буровой инструмент.
• Вручную без проблем бурятся осадочные несвязные и пластичные породы. К первым относятся пески разной крупности, щебень, дресва, гравий, ко вторым — суглинки с супесями.
• Механизация ручного бурения позволяет значительно повысить темпы выполнения буровых работ. Ускорят процесс двигатели и подъемные устройства.
• Для бурения грунтов, различающихся по физико-механическим свойствам, потребуется разные снаряды и технологии. Чаще всего для устройства одной выработки применяется несколько буровых способов в комплексе.

Разумеется, бурить такие скважины сложнее, а времени и материалов на выполнение работ уйдет значительно больше. Профессиональная бригада может справиться с работами дней за 5-10. А вот если мы бурим скважину на участке своими руками, может понадобиться и несколько недель, и даже месяц или два.

Но усилия стоят того, ведь артезианские скважины могут без проблем прослужить полвека, а то и больше. Да и дебит такой скважины позволяет снабжать водой не только один дом, но и небольшой поселок. Только для устройства подобной выработки не подходят ручные методы бурения.

Физико-механические свойства грунтов также имеют большое значение при выборе метода бурения.

В ходе работ может понадобиться пройти самые различные пласты, например:

• влажный песок, который поддается бурению практически любым способом относительно легко;
• водонасыщенный песок, извлечь который из ствола можно только с помощью желонки;
• крупнообломочные породы (гравийные и галечниковые отложения с песчаными и глинистыми заполнителями), бурят которые желонкой или стаканом в зависимости от заполнителя;
• плывун, представляющий собой мелкодисперсный песок, перенасыщенный водой, вычерпать его можно только желонкой;
• суглинок, т.е. песок с обильными включениями глины, пластичный, хорошо поддающийся бурению шнеком или колонковым стаканом грунт;
• глина, пластичная порода, с бурением которого справится шнек или стакан.

Как узнать, какие грунты залегают под поверхностью, и на какой глубине находится водоносный слой? Конечно, можно заказать геологические исследования грунта, но это процедура не безвозмездная.

Бурение новой скважины на небольшом расстоянии от уже существующего сооружения может и не пойти по точно такому же сценарию, но скорее всего, будет очень похожим.

Пошаговая инструкция по разработке скважины на воду

Теперь разберемся как сделать скважину в песчаном грунте с использованием малогабаритной техники.

Разработка нового гидросооружения начинается с подготовки рабочего проекта. Чтобы не допустить серьезных ошибок в проектировании, эту работу лучше поручить специалистам.

Далее выбирается место под разработку скважины на основании геологических изысканий. Когда план бурения составлен, можно приступать к основному процессу.

Технология самостоятельного бурения предусматривает следующие этапы:

1. Нанесение разметки на выделенную зону под бурение скважины.
2. Выкапывание по готовой разметке шурфа размером 150 × 150 см для погружения бурильного инструмента – желонки, шнека или бура. Шурф представляет собой специальное углубление в грунте, которое предназначено для разработки скважинного канала.
3. Установка рабочего инструмента.
4. Осуществление бурения с учетом выбранного способа.
5. После завершения проходки монтаж фильтровой установки – конструкции, которая состоит из донного фильтра, отстойника и подающей трубы.
6. Засыпка затрубного пространства песчано-щебеночной смесью. Это позволит закрепить обсадку в скважинном канале.
7. Герметизация верхней части трубы и заполнение полости водой при помощи насоса для прочистки фильтра.
8. Откачка жидкости из скважины желонкой или шнековым насосом.
9. После полной прочистки гидросооружения и водоносного слоя спуск насосного оборудования в обсадку при помощи металлического троса.
10. Подключение шланга и водопроводной трубы к насосному оборудованию.
11. Монтаж вентиля на трубе для регулировки напора воды.
12. Установка гидроизоляции надземной части обсадной трубы для защиты от повышенной влажности и перепадов температур.
13. Монтаж на скважинном устье кессона с фиксацией на оголовок.
14. Прокладка водопроводных труб от дома в земляных траншеях.
15. Выполнение наружной обсыпки кессона землей и обустройство бетонной отмостки.

Это общая схема того, как самому можно осуществить бурение водоносной скважины для организации автономного водоснабжения.

При самостоятельном проведении работ главное – не спешить и соблюдать все основные этапы технологического процесса разработки скважины. При этом не стоит забывать, что применение качественных и долговечных комплектующих (насосного оборудования, фильтра и труб) является гарантией надежной и безопасной эксплуатации скважины.