Андрей Смирнов
Время чтения: ~15 мин.
Просмотров: 0

Особенности технологии колонкового бурения скважин

Разновидности бурового инструмента

Основным рабочим инструментом для бурения скважины и подъема грунта является бур. Для различных способов бурения применяются:

  1. Шнек, или змеевик, применяется для роторной бурильной установки при прохождении грунтов средней плотности – суглинков, супесей, глины и земли. Оснащается металлической насадкой с заточенными кромками, выполняющими сверление грунта.
  2. Стакан, или снаряд Шитца, применяется для вязких и плотных грунтов в канатно-ударных буровых установках.
  3. Ложка используется для сыпучих и подвижных грунтов – песчаных, щебеночных. Способ бурения – вращательный и ударно-вращательный.
  4. Желонка применяется для очистки скважинного канала от полужидких и сыпучих грунтовых смесей, оставшихся после прохождения долота. Предназначается для канатно-бурильной установки.
  5. Долото используется для прохождения твердых и каменистых пород. Представляет собой специальную пластину с округленными гранями калибром, равным внутреннему диаметру обсадной колонны минус 5 мм. Предназначается для канатно-ударного способа бурения.

Режущие элементы буров изготавливаются из закаленных стальных листов толщиной 3–5 мм.

Характеристика способа

Извлекаемый на поверхность керн – цилиндрический столбик материала, его отбирают на пробу и транспортируют наверх с помощью шнекового подъемника – много способен сказать исследователям недр.

Пласты видны в разрезе, подобных точных показателей не сможет дать ни один из ныне существующих способов бурения.

Кольскую сверхглубокую скважину пробурили этим способом. Была достигнута отметка 12,262 тыс. метров – уникальный результат в разведывательном бурении.

А еще колонковый способ незаменим при бурении скважин для поиска воды, технология дает надежный результат – 100%. Стоит разобраться и в тонкостях самой технологии, в инструменте для ее реализации, изучить все плюсы и минусы.

Использовать колонковую технологию несложно, специалисты могут работать со всеми видами пород, вплоть до глубины 1 тыс. метров, когда срезы пластов подаются на поверхность с определенной периодичностью.

Как пробурить скважину для воды своими руками

Говоря о том, как пробурить скважину, обычно подразумевают абиссинскую или песчаную разновидность, поскольку артезианские варианты сооружений выполняются только профессионально.

Для работ необходимо:

  • подготовить место бурения. На участке выкорчевываются корни деревьев (при необходимости подрубаются, для работ на глубине лучше использовать топор с удлиненным топорищем), удаляется любая растительность;
  • выкопать яму глубиной 1…1,5 м, сечением не менее 1х1 м. Она необходима для удаления верхних рыхлых слоев грунта, удобства выполнения дальнейших работ и обустройства приямка или кессона;
  • установить бурильную установку.

Бур для скважины может быть самодельным. Для этого подготавливаются несколько труб с диаметром 120 мм (они в дальнейшем будут выполнять роль обсадных). Нижний конец нижней трубы оснащается зубъями или буром, противоположный и оба конца последующих труб – резьбой для соединения.

При использовании промышленного бура вначале выполняется «прокол» грунта, потом в него опускаются обсадные трубы.

Для небольших по глубине «проколов» достаточно согласованной работы двух исполнителей. Шнековый бур извлекается после прохода каждых 10…15 см грунта, в противном случае избыточный вес налипшей земли может привести к поломке бура. По мере заглубления можно навесить груз на ручки ворота, в этом случае рабочим придется прикладывать меньше усилий.

Данный метод работ считается ответом на вопрос: как пробурить одному, без оборудования, скважину небольшой глубины? Это действительно реально, но все же работать лучше с помощником.

Гидробурение

Если для бурения используются трубы, дополнительно потребуется емкость для воды (бочка) объемом не менее 200 литров и насос. После первичного заглубления трубы в землю к ней подключается насос и под давлением подается вода. Жидкость постепенно размывает грунт возле нижнего конца трубы, позволяя постепенно заглублять ее методом вращения.

При этом разрушенный грунт вымывается наружу струей воды, которая откачивается из приямка помпой (ручной или механизированной). Поэтому метод получил название гидробурения скважин на воду. Своими руками сделать пробой нужной глубины проще и быстрее, чем другими способами. При небольшой глубине колонны можно исключить сращивание труб резьбовым методом.

Приведенная схема относится к профессиональному буровому оборудованию. При самостоятельном проведении работ достаточно обеспечить подачу воды в будущую скважину и ее естественный отток наружу.

Важно: выясняя, можно ли зимой бурить скважину под воду, следует учитывать температуру воздуха. В морозы работа с влажным грунтом и водой невозможна

Даже подача горячей жидкости не всегда решает проблему. Работы допустимы при отсутствии промерзания грунта.

Бурение ударно-канатным методом

Для этого необходимо использовать специальную вышку.

Она может быть выполнена из металлического профиля или бревен (брусьев) подходящего сечения. Обязательно устройство лебедки или противовеса для извлечения обсадной трубы, располагается вышка так, чтобы ее вершина находилась точно над местом бурения.

Вначале в выкопанную яму устанавливается обсадная труба. Толщина ее стенки должна составлять не менее 5 мм, используется бесшовная труба. После чего в получившуюся направляющую конструкцию опускается желонка (стакан), который с помощью лебедки (ворота) поднимается и опускается (свободное падение) на высоту около метра. Таким образом грунт разбивается и заполняет внутреннее пространство обсадной трубы. После ее наполнения грунтом на 2/3 и более труба извлекается и освобождается на наполняющей ее земли. Процесс повторяется до достижения необходимой глубины – то есть водоносного песчаного слоя.

Важно: при бурении любой скважины верхняя ее часть существенно шире, чем диаметр обсадной трубы. Для укрепления и стабилизации конструкции зазор между обсадной трубой и стенками ямы засыпают щебнем.. Чтобы более детально разобраться в вопросе, мы предлагаем посмотреть несколько видео по теме:

Чтобы более детально разобраться в вопросе, мы предлагаем посмотреть несколько видео по теме:

Ударно-канатное бурение

Ручное гидробурение

Колонковое бурение скважин: технология и оборудование

Существует два способа применения подобного бура: работа на сухую и с промывкой.Поскольку не всегда есть возможность обеспечить достаточный объем воды, очень часто рабочий процесс осуществляется без применения жидкости. В этом случае углубление происходит не очень быстро. Кроме того, вероятность слома коронки является значительной, поэтому сухоебурениесчитается довольно затратным мероприятием.

Извлечение породы с использованием промывки– более надежный метод, который, к тому же, позволяет углубляться в грунт гораздо быстрее. Его часто используют, когда необходимо пробурить скважину большой глубины, затратив на это минимально возможное время.

Схема колонкового бурения скважиныс применением промывочного раствора

Принцип работы

Рабочий инструмент вращается на высоких оборотах, разрезая с помощью коронки горную породу. При этом частоту вращения можно регулировать: для мягкого грунта устанавливаются сравнительно небольшие обороты, для твердых пород – более высокие.

Посколькукоронка разрезает грунт только по краю,образовавшаяся в процессе внутренняя часть должна извлекаться на поверхность. Для этого существует два способа:

  1. Бур поднимается на поверхность, после чего из него извлекается керн.
  2. Используется специальная труба-подъемник, по которой порода транспортируется наверх.

Бурильный станок и инструмент

Бурильноеоборудование для колонкового бурения скважин, как правило, устанавливают на шасси классических автомобилей – Урал, КАМАЗ, МАЗ. Хотя дляработы в условиях сложных рельефов может использоваться гусеничная спецтехника.

Бурильные установки для реализации колонковой технологии

Для работ данного вида применяется такой инструмент:

  • Стандартные или тонкостенные снаряды (трубы). Первые могут использоваться как для вертикального, так и для горизонтального (углового) сверления. Вторые применяются исключительно для горизонтальных работ.
  • Породоразрушающий элемент – коронка. Наиболее универсальными считаются алмазные резцы, которые одинаково успешно разрушают твердый и рыхлый грунт.
  • Штанги для наращивания глубины скважинного отверстия.
  • Промывочные сальники, обеспечивающие подачу промывочного раствора и отвод потока жидкости с керном.
  • Переходники для стыковки буровых штанг, промывочных сальников, вращателей.
  • Долота, которые применяются для увеличения глубины скважины в особо сложных местах.

Бурильные трубы для приема керна и поддержания правильного направления скважинного отверстия

Этапы бурения

Технология колонкового бурения скважин реализуется следующим образом:

  1. Подготавливается поверхность, которая очищается от мусора и посторонних предметов.
  2. На небольшом расстоянииот планируемого отверстия роется яма глубиной около 2 м для промывочной жидкости.
  3. В земле пробивается небольшое отверстие для размещения бура.
  4. По мере углубления прохода в трубе скапливается грунт. При полном заполнении ееподнимают на поверхность.
  5. Порода из трубы извлекается с помощью молотка. Удары необходимо наносить методично и не слишком сильно, чтобы не повредить металл.
  6. После извлечения породы бур опускается обратно в скважину. Процесс повторяется до момента достижения необходимой глубины отверстия.

По составу извлеченного керна можно судить о структуре грунта на разной глубине

Способ шнекового бурения

Способ шнекового бурения очень часто используется в процессе создания скважин для питьевой воды. Для этой цели данный способ как раз идеально подходит. Все дело в том, что шнековое бурение в отличие от других его видов позволяет легко и быстро сделать проход на небольшую глубину в мягких породах и породах средней твердости. Особенно удобно и выгодно применять данный способ при работе с мягкими породами. В этом случае в работе специалистов возникает минимальное количество препятствий

Что очень важно, после окончания работ по бурению нет необходимости промывать готовую скважину на воду

Можно сказать, что на сегодняшний день шнековое бурения – это самый популярный и востребованный способ бурения скважин для питьевой воды.

Все работники, которые профессионально занимаются бурением скважин для различных целей, имеют в своем «арсенале» данный способ и активно его используют, несмотря на все особенности и некоторые недостатки процесса такого бурения. Для специалистов особенно значимым и привлекательным является тот факт, что при шнековом бурении из скважины разрушенная порода сразу полностью удаляется. В результате работникам не приходится тратить свое дополнительное время и силы на то, чтобы удалить из ее из полости скважины.

Данный способ бурения при создании скважин, предназначенных для добычи чистой питьевой воды, является самым быстрым и производительным.

Так опытные специалисты, работающие на участке, за один день способны углубить проход на 8-10 метров. При этом все специальное оборудование, которое необходимо для процесса шнекового бурения, можно смонтировать на обычных автомобилях, а управлять шнековыми буровыми установками довольно легко.

Недостатки шнекового бурения скважин

Но, несмотря на все достоинства данного способа, есть у него и несколько недостатков, о которых также очень важно знать каждому хозяину

  1. Ограничение максимально возможной глубины бурения скважины в данном случае. Глубина скважины, которая создается методом шнекового бурения, может быть не более 50-80 метров.
  2. Невозможность работать с породами высокой твердости. Как уже было сказано выше, методом шнекового бурения можно создать скважину лишь в мягких породах и породах средней твердости. А вот работать с породами высокой твердости таким образом не получится.
  3. Осложнения в ходе бурения при работе с липкими и вязкими глинами. В данном случае на шнеки может налипать глина, что значительно осложняет процесс бурения скважины. В этом случае вся процедура займет гораздо больше времени, так как устройство придется регулярно поднимать на поверхность, для того чтобы очистить лопасти шнека и далее беспрепятственно продолжить работу.
  4. Большие мощности, потребляемые в процессе шнекового бурения.
  5. Сложность геологической документации. Выбрав способ шнекового бурения, необходимо будет собрать все необходимые документы и разрешения от соответствующих служб.
  6. В процессе шнекового бурения специалисты также могут столкнуться с некоторыми препятствиями. Как правило, это зависит от качества и особенностей грунта. Так, например, подземный валун зачастую является непреодолимым препятствием для любой установки для бурения. Часто с ним не может справиться даже самая мощная и усовершенствованная установка.
  7. В процессе работы с твердыми и абразивными породами значительно увеличивается расход сопутствующих материалов – долот и шнеков и, соответственно, возрастает стоимость всего процесса.

Но, несмотря на все перечисленные выше недостатки данного способа бурения скважин, он все равно остается одним из самых удобных и часто используемых при бурении скважин для питьевой воды. Узнайте о других видах бурения, к примеру бурение скважин на известняк.

Особенности ручного бурения

Способ ручного бурения требует больших затрат физической силы, но позволяет сэкономить на оборудовании. Применяется при монтаже скважин глубиной не более 25 метров и проводится до тех пор, пока бур не дойдёт до водоупорного слоя.

В случае с ручным бурением используют:

  • комплект буровых головок (бур-долото, бур-ложка, змеевики, желонки);
  • штанги;
  • лебёдка или электрическая таль;
  • обсадные трубы;
  • для работы на большой глубине – бурильная вышка.

Процесс проходки ствола состоит из следующих этапов:

  1. Выкапывается небольшая яма глубиной в 40-50 см, в которой разместится бур.
  2. Затем один человек начинает вращение бура; когда он войдёт достаточно глубоко, вращать придётся вдвоём, потом – вчетвером.
  3. Через каждые 50-70 см вхождения в землю, бур необходимо вытаскивать и прочищать, чтобы грязь не залепила всю головку.
  4. Если грунт слишком жёсткий, получившееся отверстие нужно необходимо заливать водой.

В момент заполнения шахты водой изнутри, работа прекращается. Теперь остаётся только откачать грязную воду с примесями – примерно 5-7 литров. Для этого понадобится насос.

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.

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

Достоинства и недостатки колонкового бурения

Эта технология может применяться для пород 12-й категории. Используется она как под углом, так и перпендикулярно грунту.

К достоинствам способа можно отнести тот факт, что технология осуществляет вынос на поверхность кернового материала. Это позволяет определить состояние геологии в данной местности, что поможет обосновать наличие или отсутствие здесь месторождений полезных ископаемых.

Важным преимуществом технологии считается и то, что скорость работы очень высока.

Кроме того, выделяют следующие преимущества:

Объем бурения с использованием промывки технической воды достигает 85%.
Использование в составе раствора активных эмульсий позволяет удерживать стенки скважины в первоначальном состоянии, что немаловажно для работы.
Технология довольно экономичная. При работе энергетические затраты меньше, чем в других случаях, так как осевые нагрузки меньше и процесс осуществляется периодами.
Метод применим при работе с любыми породами.. Колонковое бурение имеет также несколько недостатков:

Колонковое бурение имеет также несколько недостатков:

  1. При использовании его под углом в трещинах породы может возникнуть заклинивание керна. Это приведет к необходимости его выбивания, для чего используется колонковая труба.
  2. Кроме того, в ходе процесса колонка затупляется очень быстро, так как она сильно перегревается при работе с твердыми породами.
  3. Малое сечение бурения. В связи с этим использование мощных погружных насосов исключается.

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

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Степан Волков
Наш эксперт
Написано статей
141
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации