Инструменты для бурения скважин своими руками и профустановок

Достоинства и недостатки метода

Простота технологии понятна на примере льдобура, которым пользуются любители зимней рыбалки. Снаряд представляет собой стержень, обвитый лентой и армированный резцами или долотом. Вращение осуществляется ручным способом или посредством механического, электрического, пневматического привода.

Достоинства шнекового метода бурения скважин:

высокая скорость проходки выработок — до 300 м за смену;
непрерывный отбор грунта от забоя ствола и доставка его на поверхность;
не нужно готовить буровой раствор для организации выноса шлама;
возможность строительства скважин глубиной до 50 м диаметром <1500 мм;
проходка выработок с углом наклона от вертикального до горизонтального;
бурение стволов различного назначения — геологоразведочных, водозаборных, под свайный фундамент;
приемлемость для самостоятельной проходки скважины с помощью использования ручного инструмента.

Есть у шнекового метода и недостатки: попадание под резцы камня или валуна приводит к прекращению бурения. Для эффективной работы шнека необходимо создавать давление на трубную колонну.

Преимущества эксплуатации техники для ГНБ и технологии горизонтального бурения

Производственно-технические особенности бурения

Благодаря данной технологии можно без проблем прокладывать трубопровод даже в самых непростых случаях и без разработки траншей.

в плавунах, скальных породах и прочих сложных грунтах;
под сельхоз объектами, а также водоемами, оврагами и другими природными объектами;
под автомобильными трассами, железнодорожными путями и взлетно-посадочными полосами, рабочими и нерабочими;
при большой плотности строений в городах, в том числе крупных: под автодорогами, скверами, а также трамвайными путями;
на охраняемых зонах, где располагается трубопроводный транспорт или ЛЭП;
на территории, где расположено пром.предприятие, в том числе во время непрекращающегося производства.

Данная технология имеет множество преимуществ: Так как данный вид работ не требует приостановки работы движения или перекрытия транспортных путей, это значительно сокращает время работ.

Сокращение времени работы, благодаря современным технологиям бурения и использованию современной техники.

Для выполнения работы требуется минимальное количество единиц техники и людей.

Минимальный риск возникновения аварийной ситуации, гарантия того, что трубопровод останется в сохранности.

Благодаря автономной работе бурового комплекса, никакие дополнительные источники питания не нужны.

Обход препятствий — благодаря гибкости буровых штанг, о которой говорилось выше. Нет необходимости понижать уровень грунтовых вод.

Финансово-экономический аспект бурения

Из выявленных ранее преимуществ технологии следуют следующие аспекты: Общие затраты на трубопровод уменьшатся, благодаря более быстрому выполнению строительных работ, а также минимальному количеству единиц привлеченных работников и техники.

Вся техника ГНБ автономна, а значит, не надо тратиться на энергоресурсы.

Если работы проводятся в городе, не придется тратиться на восстановление дорог, парков и пр., так как работа гарантированно будет выполнена качественно и аккуратно.

Использование только высококачественного оборудования и растворов позволяет сократить расходы на ремонт и эксплуатацию трубопроводов.

Социально-экономический аспект

Проводимые работы практически не оказывают влияние на экологию и население: Отсутствие пагубного влияния на окружающую среду.

Отсутствие ущерба сельскому хозяйству.

Хотя проведение подобных работ всегда негативно влияет на жителей, здесь негативное влияние сводится к минимуму.

Прокладка коммуникационных линий традиционным способом требует задействования специальной техники, разрушающей грунтовый массив до уровня закладки. В свою очередь, горизонтально направленное бурение (ГНБ) ориентируется на метод бестраншейного формирования канала или шахты, в которую проводится труба или кабель. Конечно, применяемые в данном случае установки выполняют технологически более сложные действия и требуют больше энергетических затрат. Однако есть и множество преимуществ, оправдывающих методику ГНБ. Технология бурения без создания траншеи позволяет осуществлять прокладку коммуникаций в условиях, когда не допускается разрушение поверхности грунта. Особенно это актуально в городских районах, но на этом особенности данного метода бурения не заканчиваются.

Ручное бурение скважины под воду

Бурение скважины вручную только для неподготовленного человека покажется процессом крайне сложным, требующим больших физических затрат. При определенных знаниях и подготовке изготовить бур для скважины своими руками реально и посильно. В зависимости от условий залегания грунтовых вод можно воспользоваться несколькими способами самостоятельного бурения скважин.

Для проведения работ по бурению обычно приглашают специалистов, но при желании их можно выполнить самостоятельно

Ударный способ

Данным способом устанавливается самая простая скважина-игла – абиссинский колодец. Этим методом активно пользуются домашние умельцы, пробивая скважину на воду на даче. Конструкция «буровой установки» представляет собой ствол, состоящий из отрезков трубы, и наконечник, который разрезает пласты грунта. Молотом служит увесистая баба, которая поднимается и опускается с помощью веревок: при натяжении своеобразный молот поднимается на верх конструкции, при ослаблении падает на подбабок – устройство из хомутов, расположенных симметрично. После вхождения ствола в грунт он наращивается новым отрезком, подбабок прикрепляется уже к новой части, и забивание продолжается до тех пор, пока наконечник не войдет в водоносный слой на 2/3 пласта.

Ствол-труба служит отверстием для выхода воды на поверхность.

Достоинство данной скважины заключается в том, что пробурить ее можно в подвале или другом подходящем помещении. Это создает удобство при пользовании. Привлекает и цена, пробить скважину для воды таким способом стоит недорого.

Ударный способ бурения можно применять на любых типах почвы

Канатно-ударное бурение

Наиболее часто используемый способ. Данный метод предполагает разбивание грунта посредством опускания с двухметровой высоты тяжелого бурового инструмента. Конструкция, используемая при таком виде бурения, состоит из элементов:

треноги, которую размещают над местом бурения;
блока с лебедкой и тросом;
забивного стакана, штанги;
желонки (для прохождения по сыпучим слоям грунта).

Стакан представляет собой отрезок стальной трубы, скошенный вовнутрь, имеющий прочную нижнюю режущую кромку. Сверху забивного стакана идет наковальня. По ней производит удары штанга. Опускание и подъем забивного стакана осуществляют с помощью лебедки. Порода, которая попадает в стакан, удерживается в нем за счет силы трения. Для того чтобы проникнуть в грунт максимально глубоко, используют ударную штангу: ее бросают на наковальню. После заполнения стакана грунтом его поднимают наверх, после чего очищают. Операция повторяется до того момента, пока не будет достигнута необходимая глубина.

Бурение скважины на сыпучих грунтах производится с использованием желонки. Последняя представляет собой стальную трубу, на нижнем конце которой установлен задерживающий капан. После попадания желонки в почву клапан открывается, вследствие чего грунт попадает внутрь трубы. При подъеме конструкции происходит закрывание клапана. После извлечения на поверхность желонка очищается, действия повторяются снова.

Канатно-ударное оборудование для бурения скважин

Эффективно применяется при самостоятельном бурении и описанный выше шнековый способ. Как пробурить скважину своими руками с помощью шнека, объяснять дополнительно не имеет смысла – основной принцип сохраняется.

Преимущества ручного бурения:

экономичный способ в финансовом отношении;
ремонт и профилактику ручного бура производить несложно;
оборудование негромоздкое, поэтому нет необходимости задействовать тяжелую технику;
способ применим в труднодоступных местах;
эффективен, не требует большого количества времени.

Основными недостатками ручного бурения можно считать опускание на небольшую глубину (до 10 м), где в основном проходят пласты, вода которых требует очистки, и невозможность дробить твердые породы.

Ударно-канатная схема с желонкой и пробойным долотом

Бурильный инструмент при колонковом способе

В качестве грунторазрушающего устройства применяется специальный инструмент с твердосплавными режущими частями или алмазными вставками.

Бурильная коронка с твердосплавными сменными резцами для колонкового бурения.

На кольцеобразном корпусе из легированной стали крепятся специальные замки для установки режущих пластин из твердого сплава. Пластины крепятся винтами и, по мере износа или притупления, заменяются на новые. На корпусе выполняется трапецеидальная многозаходная резьба для установки на бурильную колонковую трубу.

Принцип колонковой методики

Основным элементом при колонковом бурении является разрушающая режущая деталь, установленная на подошву колонковой трубы. Называют ее коронкой. Для проходки скальных пород применяют особые коронки, оснащенные алмазными резцами.

Именно алмазная коронка обеспечивает практически беспрепятственное прохождение бура на большую глубину при проходке водозаборных выработок на известняк. То есть при разработке скважин, заглубленных в коренные породы, в трещинах которых в результате многовековой конденсации формировались запасы наиболее чистой подземной воды.

Горная порода разрезается с помощью коронки, вращающейся на высоких оборотах. Скорость вращения бура можно регулировать в зависимости от плотности разрабатываемого грунта. Коронка “вырезает” грунт только по краю своеобразного цилиндра, центральная часть которого продавливается в колонковую трубу.

Для извлечения керна буровой снаряд поднимают на поверхность. Захваченный им грунт буквально выдувают из колонкового бура струей воздуха, поданной в верхнюю часть трубы. Процесс выдува ускоряют, простукивая снаряд кувалдой.

В процессе колонкового бурения выбуренный конусообразный сегмент горной породы проталкивается в колонковую трубу. Для его извлечения колонковый снаряд достают из ствола путем разбора колонны бурильных штанг. Керн выдувают и выколачивают из трубы.

Вдобавок, долота полностью разрушают породу, которую нужно будет “вычерпывать” желонкой или подавать воду с напором для промывки забоя. По сути придется дважды, а то и трижды проходить один и тот же отрезок: сначала разрушать, затем расчищать. Колонковая технология позволяет пройти и расчистить забой за один прием.

Станки и буровые установки

Выбор станка или буровой установки определяется назначением скважины и ее диаметром. Популярность способа колонкового бурения обуславливает производство буровых установок и станков во всем мире. Тяжелые трактора, грузовики и вездеходы подходят для установок, предназначенных для разведочного бурения.

Использование тяжелых гусеничных тягачей позволяет производить работы по колонковому бурению скважин в районах с бездорожьем, поверхностным заболачиванием, нестабильным рельефом

Чаще всего бурильное оборудование монтируется на классические автомобили марок МАЗ, КАМАЗ, Урал. Однако есть варианты монтажа и на более легкую технику, которая применяется для бурения скважин на воду в частном строительстве.

При ручном вращательном бурении колонковую трубу заменяет его исторический предшественник – стакан. Этот снаряд представляет собой укороченный вариант колонковой трубы с заостренной кромкой на подошве. Стакан вручную или с использованием мотобура закручивают в землю и извлекают на поверхность все, что в него набилось.

Для механизации ручного бурения неглубоких скважин и формирования лунок для установки оград и опор ЛЭП применяются бензиновые и электродвигатели. Они сообщают вращающие движения шнеку или колонковой трубе

Способы и типы бурения скважин

Выбор способа бурения скважин для организации водоснабжения зависит от особенностей грунта, залегания водоносного слоя и от ряда иных факторов.

Какие существуют способы бурения

Эти работы производятся при помощи разных инструментов (долота и коронок, которые крепятся на буровую колонну). Это позволяет пробурить скважину нужного размера. По принципу работы бурового инструмента бурение можно разделить на следующие категории:

1. Вращательный способ бурения. Этот способ сооружения скважин производится путем вращения породаразрушающего инструмента вокруг своей оси. Этот способ высокопроизводителен, буровые работы стоят ниже, этим способом можно пробурить наклонные, горизонтальные и вертикальные скважины.

2. Вращательно-ударный способ бурения. Эффективный способ прохождения крепких горных пород. Принцип действия основан на том, что на вращательный элемент дополнительно воздействует пневмоударник, который крепится на буровую колонну.

3. Ударно-вращательный способ бурения. При этом способе основную функцию выполняет ударный компонент, а вращательный играет вспомогательную роль. Интенсивность и частота ударов здесь выше, а вращение – ниже, чем ц предыдущего способа.

4. Вибрационный способ бурения. При этом способе бурение производится путем передачи вибрационных или виброударные импульсов породоразрушающему инструменту. Этот способ применяется для бурения мягких рыхлых пород.

5. Вибрационно-вращательный способ бурения. Этот способ подразумевает наряду с вибрационным воздействием на породу оказывается вращательное воздействие и осевая нагрузка. Этот метод применяется для разрушение более плотных пород.

6. Способ бурения задавливания. Породоразрушающий инструмент погружается в мягкий грунт, и бурение производится за счет осевой нагрузки установки.

В основном, для бурения скважин на воду, применяется вращательный метод. Этот способ экономичен, и позволяет соорудить скважину в любом грунте. В зависимости от вида породы и глубины скважины применяются три разных типа бурения.

Колонковое бурение

Этот вид буровых работ производится на песчаных и мягких глинистых грунтах. Бурение скважины на песок производится при помощи долота или коронки, которая крепится на трубу. Этот вид применяют и на более твердых породах, но в таком случае необходимо подавать промывочную жидкость. Иногда для очистки скважины применяется продувка воздухом, который подается при помощи компрессора.

Шнековое бурение

Этот вид применяется для сооружения скважин для целей водоснабжения в частных хозяйствах. Бурение скважины на воду производится с помощью шнека. Шнек представляет собой стержень с лопастями. Шнек так ввинчивается в породу, что вместе с погружением происходит извлечение грунта. Такой вид рекомендован в среднеплотных грунтах на глубину не более 30 метров. На более глубоких уровнях порода перестает извлекаться, поэтому этот метод применять для более глубоких слоев нецелесообразно.

Роторное бурение

Роторное бурение применяется для сооружения скважин до 130 метров в глубину. Этим способом можно произвести бурение артезианской скважины для воды высокого качества. Роторная установка справляется с грунтами любой плотности. Использование ротора подразумевает обязательную подачу промывочной жидкости. Именно поэтому роторное бурение невозможно применять при низких температурах.

Современные технологии позволяют решить любую задачу, связанную с бурением. Нужно только определиться с видом работ.

Обустройство скважины

Обустройство кессона. Кессон представляет собой пластиковый или металлический резервуар, внутри которого располагается устье скважины. Благодаря кессону грунтовые воды в источнике не замерзают даже в сильные морозы, и такая скважина без проблем работает в любое время года. Кроме того, в кессоне может находиться насосное оборудование и автоматика.

Обустройство скважины внутри дома – отличный вариант, если речь идет об отапливаемом помещении. В данном случае на скважину устанавливается специальный адаптер.

Испытание скважины

На этом этапе специалисты вызывают приток воды из водоносного слоя. Чтобы скважина и водоносный горизонт сообщались друг с другом, скважину перфорируют – делают отверстия в обсадной колонне. Прокачка скважины продолжается до того момента, пока вода не станет чистой. После этого опробуются различные режимы работы скважины. В качестве материала для обсадной колонны, как правило, применяются стальные, чугунные или пластиковые трубы. В завершение скважину тестируют – проводят пробную прокачку воды.

Механическое бурение скважин на воду ↑

Из разновидностей бурения для артезианских скважин наиболее часто применяют вращательное роторное

Оно относится к бескерновым (используют шарошечные долота), и важной задачей становится своевременный вынос на поверхность разрушаемой по всей площади забоя породы. Способ этот скоростной, экономичный, но подходит не для всех пород, поэтому его комбинируют с другими видами, когда это требуется. Для устройства фильтровых скважин часто применяют шнековый метод

Для устройства фильтровых скважин часто применяют шнековый метод.

Метод шнекового бурения скважины на воду применяют, когда не требуется глубокий проход, а породы не являются твердыми (глубоко и в камнях бур попросту не пройдет: резец не справится). Фильтровые скважины на воду неглубоки (бурят только до песка), твердые породы располагаются ниже, поэтому шнековое бурение применяют чаще всего. Шнек — транспортер измельченной породы на поверхность, что делает этот вид бурения рациональным: не нужны дополнительные оборудование и мероприятия для подъема грунта; сразу видно, какой пласт проходит бур.

С применением шнекового способа бурения скважину на воду устраивают за один день в подавляющем большинстве случаев.

Установка для шнекового бурения скважины на воду

Этот метод бурения применяют для проходки глубоких скважин (в основном артезианских). Используют тяжелую технику: буровые агрегаты, смонтированные на базе грузовых автомобилей «Урал», «КамАЗ», «МАЗ», «ЗИЛ». Разрушение породы проводят вращающимся долотом. Крутящий момент от двигателя (маршевый двигатель автомобиля или палубный, установленный на платформе) посредством сцепления и карданного вала передается ротору, ротор вращает бурильную трубу. Шарошечное долото соединено с бурильной трубой УБТ (утяжеленная бурильная труба), увеличивающей нагрузку на забой.

Буровая установка на базе ЗИЛа

Бурение с промывкой (вращательное роторное) активно применяют в устройстве артезианских скважин. В процессе проходки верхних слоев используют глинистый раствор, в процессе проходки известнякового слоя — чистую воду. Задачи промывочной жидкости — охлаждение рабочего элемента, вывод на поверхность разрушаемой породы, закрепление стенок скважины в процессе работ, снижение силы трения, создание давления на продуктивный горизонт. Циркуляцию промывочной жидкости обеспечивает либо насос, либо компрессор, либо оба устройства.

Промывка бывает прямой и обратной. Применяя прямой способ, промывочный агент закачивают внутрь трубы, а обратно он поступает через затрубное пространство. Применяя обратный способ, промывочный агент закачивают в затрубное пространство, а на поверхность он поступает непосредственно через трубу. Выбор способа промывки каждый раз индивидуален (зависит от параметров скважины, результатов геологических исследований). Промывочный агент не только выносит на поверхность породу (что позволяет делать забор керна в процессе работ), но и помогает определить дебит будущей скважины (его прогнозируют по поглощению раствора).

Метод бурения с промывкой настолько прост и универсален, что его применяют в устройстве скважин всех типов

Обратную циркуляцию часто используют в бурении крупных скважин (большой диаметр кондуктора/обсадных труб) при проходе неустойчивых пород, в бурении с выносом керна. Продувка — то же, что промывка, но в качестве агента используют газ (скважину не промывают, а продувают).

Технология проведения работ и оборудование

Известны два метода использования колонкового бура: работа с подачей жидкости на забой или на сухую, то есть без бурового раствора.

Бурение без использования бурового раствора применяется в случае, если несвязные грунты пропитаны естественной влагой в достаточном для проходки и извлечения количестве. Воду также не подают в ствол выработки при проходке по текучепластичным, мягкопластичным и тугоппластичным суглинкам/глинам, твердым и пластичным супесям.

Жидкость в обязательном порядке применяют при разбуривании скальных и полускальных горных пород. При отсутствии воды в этом случае углубление происходит значительно медленнее. Помимо этого существенно возрастает вероятность преждевременного выхода из строя коронки, в связи с чем бурение на сухую считается более затратным.

При бурении с буровым раствором скорость углубления существенно возрастает. Чаще всего данный способ применяется при бурении скважин значительной глубины. Это позволяет выполнить работы в кратчайшие сроки с минимальным риском повреждения коронки.

Еще воду под высоким напором подают на забой в процессе разработки скважины в рыхлых несвязных грунтах, если отбор керна не является задачей. Струей воды в данном случае просто промывают забой, освобождая ствол выработки от разрушенного грунта.

Принцип колонковой методики

Колонковые буры при прохождении прочных пород обладают большей производительностью, чем матричные и шарошечные долота. Это обусловлено высокой скоростью вращения бура, благодаря чему снижается степень прикладываемых усилий на разработку.

Станки и буровые установки

Шнековое бурение

На трубу навариваются лопасти по спирали, которая погружается в грунт вращательными движениями. Подходит не всем типам почв. Идеальное решение для мягких и средних грунтов.

Шнековый способ:

Выкапывается шурф 1,5 на 1,5 м, глубиной до 2 метров. Позднее в нем будет кессон.
Если грунт сыпучий, то стенки усиливаются деревянными щитами.
Шнековый бур проворачивается при помощи специального хомута или ключа.
Если грунт неустойчив, то при бурении сразу выполняется обсадка ПВХ-трубой.
Если на шнеке грунт будет извлекаться непосредственно через трубу, то ПВХ не подойдет — используется металлическая.
По мере продвижения шнек и обсадная труба наращиваются с помощью соединительных муфт.
За один проход рекомендуется делать не более 5 оборотов. В противном случае поднять почву наверх будет сложно.
Чтобы облегчить ход бура в источник, можно подливать воду.
Устанавливается тренога с блоком для подъема бура.
Бурение проходит вплоть до водоупора. Если пошел песок крупной фракции и влажный, то водоупор отличный.

1 Какие особенности технологии роторного бурения?

Роторное бурение скважин это технология, подходящая в том случае, когда необходимо получение большого объема наиболее экологически чистой воды, со стабильной, долговечной работой всей системы. В таких условиях роторный способ бурения находится вне конкуренции.

В целом, роторные буровые установки при их эксплуатации имеют следующие преимущества перед аналогами:

Добыча воды в большом объеме;
Ротор-бурение имеет длительный срок эксплуатации;
Большие объемы воды поставляются стабильно, без перебоев и проблем;
Высокое качество добываемой воды.

Роторы буровых установок способны добывать из источника такое количество воды, что ее хватит не только на водоснабжение дома, но и на наполнение различных резервуаров (таких, как бассейн), полив и на нужды еще пары-тройки других зданий. Благодаря этому можно находиться с соседями в условиях кооперации, тем самым не затрачивая колоссальные деньги на обустройство водозабора.

Технология роторного бурения зарекомендовала себя как долговечную и стабильную. Соблюдая все инструкции по работе с роторной системой бурения, и эксплуатации пластиковых труб в ее конструкции, пользователь может быть уверен в том, что срок эксплуатации такой системы будет не менее двух десятков лет.

При необходимости бурения глубоких скважин на воду обычно применяют ротор-бурение. Механизм работы такой системы выглядит так: в бурильную трубу загружают вращающийся вал, который имеет прочный наконечник — долото (например, долото PDC). Нагрузка на долото достигается работой гидравлической установки.

Благодаря данному механизму работы можно достигнуть любой глубины скважины для добычи воды. Промывают скважину от находящегося в ней грунта специальным бурильным раствором, который по трубам подается двумя различными способами:

Процесс бурения

Закачивается с помощью специального насоса в бурильную трубу, а затем самотеком попадает наружу через затрубное пространство (так называемая «прямая промывка»);
Раствор самотеком проходит в затрубное пространство, а потом с помощью насоса выкачивается вместе с грунтом из бурильной трубы (так называемая «обратная промывка»).

Ротор-бурение такими методами используют даже на нефтяных скважинах.

При этом обратная промывка хороша тем, что благодаря ней добывается больший дебит скважины, потому как водоносный горизонт вскрывается наиболее качественно. Впрочем, без привлечения сложнейшего и высокотехнологичного оборудования при таком методе работы не обойтись, и такое ротор-бурение выйдет весьма затратным по деньгам.

Ротор-бурение прямой промывкой несколько дешевле первого варианта, и именно поэтому для большинства владельцев своих участков данных метод наиболее приемлем и адекватен в ценовом вопросе.

1.1 Оборудование для проведения работ

Оборудование, которое применяется при роторном бурении, включает следующие компоненты:

Вышка;
Буровая установка и привод к ней;
Ротор;
Поршневые насосы;
Буровой вертлюг;
Талевая система из кроноблока;
Система очистки специальными жидкостями;
Вибросито;
Желоб;
Гидроциклоны (необходимые наиболее часто для нефтяных скважин).

Важно отметить, что существуют не только стационарные роторные установки (такие, как на нефтяных скважинных добычах). Существуют и передвижные версии, что оборудованы специальной платформой, крепящейся на прицепе

Компактная буровая установка роторного бурения

При этом в передвижной версии присутствуют всё перечисленное оборудование кроме системы жидкостной очистки. Благодаря данному варианту роторной установки, обладающей маневренностью и способностью изменять свое положение в кратчайшие сроки, можно сэкономить деньги на этапе выбора необходимой скважины.