- Види бурових способів
- Специфіка колонкового буріння
- Особливості шнекового буріння
- Характеристика роторного буріння
- Какой способ бурения выбрать?
- Висновки і корисне відео по темі
Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!
Пристрій водозабірної свердловини пов'язане із застосуванням різних методів буріння. Пухкі і насичені водою грунти витягають за допомогою желонки. Для проходки по глинистих і скельних порід використовують способи буріння свердловин, засновані на обертальному і вібраційному принципі.
В роботі задіяні механізми, що дозволяють виробляти розробку грунтів різних типів і на різну глибину. Ми розповімо, як підібрати оптимальну технологію буріння, що дозволяє швидко і бездоганно пройти вироблення для пристрою водозабору.
Для наочного уявлення запропонованої нами інформації текст доповнений корисними схемами, фото-добірками, відео-посібниками.
Види бурових способів
Раніше буріння водоносних свердловин для особистого користування здійснювалося в основному ручним способом. Це було трудомісткий і тривалий процес, тому не кожен власник ділянки або дачі міг похвалитися наявністю власного джерела водопостачання.
Поступово механізоване буріння витіснило ручні методи завдяки значному полегшенню і прискоренню процесу.
Сьогодні практично всі водоносні свердловини буряться механізованим способом, який заснований на руйнуванні грунту, подачі його на поверхню одним з двох способів: сухим, коли відпрацьований грунт забирається зі свердловини за допомогою механізмів і гідравлічним, коли він вимивається водою, поданої під напором або самопливом.
Розрізняють три основних способи механічного буріння:
- Обертальний (грунт розробляється обертанням).
- Ударний (бурснаряд руйнує грунт ударами).
- Вібраційний (грунт розробляється високочастотними коливаннями).
Обертальний спосіб вважається самим високопродуктивним, в 3-5 разів перевищує по ефективності ударний і в 5-10 вібраційний. Крім цього обертальний спосіб найдешевший і доступний, його нерідко застосовують в якості основного методу ручного буріння.
Механічні обертальні способи буріння свердловин на воду прийшли на зміну малоефективним ручних методів
У свою чергу обертальний спосіб буріння, широко застосовуваний для спорудження свердловин на воду, підрозділяється на чотири основних види буріння:
- колонкове;
- шнекове;
- ударно-канатне;
- роторное.
Кожен вид обертального буріння має свої особливості і виконується спеціально призначеним для цього обладнанням. Розглянемо ці види буріння більш детально, визначимо, в чому їх відмінності і який метод необхідно застосовувати в кожному конкретному випадку.
Специфіка колонкового буріння
Колонкове буріння - механічний обертальний метод, при здійсненні якого глинистий або щільний піщаний грунт витягується у вигляді керна циліндричної форми. Буровий снаряд для колонкового буріння є товстостінну металеву трубу.
Вгорі колонкового бурового снаряда розташоване пристосування для приєднання штанг, необхідних для нарощування бурової колони. Внизу - коронка, вид якої підбирається в залежності від категорії підлягає буріння грунту.
При колонкового буріння руйнування породи ведеться порожнистої трубою з підошвою, оснащеної ріжучої коронкою 
Снаряд здійснює обертально-поступальні рухи: вирізає грунт коронкою, поглиблюється і утримує в порожнині труби захоплену породу 
Снаряд з захопленої ним породою витягають на поверхню і звільняють від ґрунту, постукуючи кувалдою по стінках труби 
Колонкове буріння використовується для проходки глинистих зв'язкових порід: супесей з суглинками, глин. Такий бур не утримує пухкі піски, водонасичені піски, гравій, гальку і т.д.
При проходці колонковим методом грунт руйнується кільцеподібної коронкою. Внутрішня частина керна при цьому зберігається в не руйнування вигляді. Для полегшення процесу буріння по твердим і напівтвердих суглинках, глин, скельним породам на забій подається промивна рідина.
При колонкового буріння грунт не руйнується, а "висвердлюється" коронкою і захоплюється колонкової трубою. На поверхню разбуренной порода витягується у вигляді керна - монолітного циліндричного стовпа гірської породи
Шлам з забою іноді видаляють промиванням - нагнітанням в стовбур вироблення великої кількості води. Найчастіше промивку замінюють продуванням стисненим повітрям, яке поставляється компресором всередину труби. Даний тип буріння дозволяє бурити свердловини глибиною до 1000 метрів і діаметром від 8 до 20 см.
Механічне колонкове буріння здійснюється буровими установками типу ЗИФ, УГБ, УКБ, монтованих на автомобілі типу КАМАЗ, КрАЗ, трелювальні трактори і т.д. У варіанті для ручного буріння колонкову трубу вкорочують, називають дзвоном або склянкою. З останнім, перевернутим догори дном предметом побуту, конструктивно схожа колонковая труба.
Буріння колонковим способом використовується в наступних випадках:
- геологорозвідка корисних копалин;
- буріння розвідувальних свердловин;
- пристрій водоносних свердловин будь-якої глибини, в тому числі безфільтрові свердловин в скельних породах.
Для пристрою приватних свердловин на воду в деяких випадках колонкові спосіб використовується перед тим, як почати шнекове або роторне буріння, виконуючи одночасно розвідувальну і підготовчу роль.
У пристрої приватних свердловин колонкове буріння використовується в комплексі з ударно-канатним. Глинисті шари проходять колонкової трубою. Піски нещільного складання, гравій та галечник з піщаним заповнювачем, які не затримуються в колонкової трубі, витягають зі стовбура желонірованіем.
За ефективністю колонковий метод дещо поступається шнековому способу буріння водозабірних свердловин. Шнеком бурять швидше, але він не дозволяє повністю звільнити стовбур від пробуреної породи. Їх рідко використовують в парі. А вже якщо доведеться, то шнеком проходять перші кілька метрів.
Коронки не руйнують грунт, а акуратно вирізують його по периметру, утворюючи "стовпчики" - керни, вивчаючи які можна скласти гідрологічний розріз ділянки
Обладнання, що використовується і інструменти
Для колонкового буріння використовуються наступні інструменти:
- бурові коронки з алмазного або іншого твердосплавного матеріалу (сталь, вольфрам, переможе);
- колонковая труба;
- труба для відводу шламу;
- штанги, що вимагаються для нарощування бурової колони;
- муфтові з'єднання, перехідники між трубами, промивний сальник.
При бурінні в скельних породах бурова коронка швидко зношується і підлягає заміні. Матеріал коронки - дорогий, що витримує колосальні навантаження, найбільшого поширення набули алмазні бурові варіанти.
Всі використовувані в процесі буріння інструменти повинні відповідати співвісності, тобто розташовуватися рівно щодо осі буріння.
Технологія колонкового буріння
Головна особливість колонкового буріння - проходження породи з повним її збереженням в колонкової трубі. Тобто при роботі бурильного обладнання коронка по кільцю руйнує грунт, який у міру заглиблення проштовхується в колонкову трубу і утримується в ній за рахунок власної щільності.
Під час вилучення наповненою труби зі стовбура вироблення, її звільняють від керна шляхом простукування кувалдою.
Поетапний процес колонкового буріння виглядає наступним чином:
- бурильну коронку з'єднують з колонкової трубою;
- колонковая труба з'єднується зі штангами, які нарощуються в міру поглиблення;
- верхня штанга закріплюється в буровому верстаті;
- бурильний верстат обертає бурову колону і поступово "угвинчує" її в грунт;
- колонковая труба поступово наповнюється керном - заклинили в її порожнині грунтом;
- після проходки 50 - 70 см бурова колона витягується на поверхню, штанги по черзі від'єднуються до тих пір, поки не витягне колонковая труба;
- трубу звільняють від вибуренной породи;
- спорожнену снаряд знову опускають на забій, нарощуючи бурову колону штангами.
Дії виробляються в описаному порядку до тих пір, поки свердловина не розкриє водоносний горизонт і не заглибити на 50 см в нижележащую водонепроникну породу.
Якщо фіксація верхнього водоносного горизонту не є метою проходки, то верхні шари можна бурити з промиванням. У цьому випадку насос продає промивний розчин через шланг всередину труб. Потім розчин виносить вироблений грунт на поверхню.
Якщо метою влаштування свердловини не є водоносний шар в піщаних відкладеннях, буріння до досягнення скельних порід може проводитися з промиванням
Вагомі переваги та недоліки
У порівнянні з ударно-канатним і роторним способом механічного буріння колонкове проводиться досить швидко, значно скорочуючи час проведення робіт. Головний його недолік - неможливість підйому пухких грунтів і насичених водою галечників. Повільно просувається по скельним породам, для проходки валунів потрібно долото.
До переваг колонкового буріння відносять:
- високу продуктивність і можливість бурити свердловини глибиною понад 100 м;
- скорочення навантажень на бурильне обладнання за рахунок руйнування глинистої породи, яке можна порівняти з її вирізанням;
- можливість застосування мобільного бурової установки компактних габаритів.
Колонкове буріння - один з найбільш швидкісних методів розробки водозабірних виробок. Свердловину на пісок з його застосуванням можна пройти за один робочий день. Розробляється вручну водозабірна вироблення відніме набагато більше часу.
Особливості шнекового буріння
Цей тип буріння сьогодні найбільш часто використовується при влаштуванні водоносних свердловин в приватних господарствах. Особливістю шнекового буріння є те, що розробляється порода повністю видаляється з створу свердловини без залучення додаткового обладнання. Метод нагадує вгвинчування, дозволяє бурити на глибину і одночасно видаляти непотрібний грунт.
Використовуваний для буріння інструмент називається шнек. Являє собою металевий стрижень з лопатями. Загвинчуючи в грунт, шнек руйнує породу, яка затримується на його лопатях. Через специфіку конструкції шнеком неможливо повністю звільнити забій від відвалу. Тому його в основному застосовують для проходки верхніх шарів.
Буріння за допомогою шнека - швидкий і недорогий спосіб, що не вимагає організації резервуара для промивної рідини
Буріння з використанням шнека не вимагає великих зусиль і фінансових витрат, тому сфера застосування даного способу достатня широка: геологорозвідувальні свердловини, прокладка комунікацій, влаштування буронабивних свердловин і частково буріння на воду.
Його зараз активно застосовують для пристрою абиссинских колодязів, щоб не забивати повністю свердловину-голку в щільний грунт, а злегка полегшити процес занурення стовбура в заздалегідь зруйновану породу.
Метод підходить для розробки водоносних свердловин глибиною до 30 м на м'яких і пухких грунтах і до 20 м на середньо-щільних. Після проходки шнеком і установки обсадки, стовбур свердловини обов'язково очищається желонкою від витягуванні її породи.
Шнек категорично не підходить для роботи в скельних породах! Його використовують для часткової проходки свердловин до 120 м, при цьому даний метод комбінується з іншими: роторним, ударно-канатним, колонковим.
Шнек - буровий інструмент, конструктивно нагадує гвинт. Бурят шнеком, "загвинчуючи" його в землю 
Шнекове буріння - найшвидший метод проходки грунтів. Однак бур не призначений для захоплення і утримування породи 
Шнек використовують для буріння свердловин будь-яких габаритів і призначення, часто застосовують в власноручного розробці свердловин 
Мінус буріння шнеком полягає в тому, що після шнека стовбур вироблення доводиться чистити желонкою, тобто двічі проходити свердловину
Реальна обладнання та інструменти
Шнекове буріння виробляється буровою установкою, головним елементом якої є бурильний інструмент гвинтового типу, виконаний з високоміцного металу. Бурову колону по мірі заглиблення нарощують шнеками рівного розміру.
У комплекті іноді застосовуються лопатеві долота, необхідні для проходження пухких порід, а також долота з круглими або конусоподібними головками, які використовуються для розробки твердих порід.
Бурова установка на базі автомобіля, оснащеного потужним двигуном - оптимальний варіант для буріння в важкодоступних і віддалених місцях
Більшість сучасних бурильних установок обладнані порожнистими снарядами, оснащеними реверсивними замками, які не допускають рух інструменту в зворотну сторону.
Ріжучі частини шнека в процесі буріння охолоджуються за рахунок розробляється грунту, а розроблена порода піднімається вгору по спіралях. Це дозволяє проводити буріння без зупинок, значно зменшуючи тимчасові і енергетичні витрати на створення водоносної свердловини.
Технологія шнекового буріння
Після виконання проходки, глибина якої становить 1, 5 - 2, 0 м, шнек витягується, і в свердловину встановлюються обсадні труби. Діаметр водозабірної свердловини, пробуреної за допомогою шнека, становить 50 - 200 мм і залежить від розміру використовуваного інструменту.
Обвалення стінок свердловини запобігають обсадні труби. Особливо це важливо для пухких незв'язних грунтів, тому у бурильників існує правило: використовувати при проходці супесей і суглинків шнеки з розташуванням лопатей під кутом 30 - 60º, а при бурінні пісків щільного складання інструмент з лопатями під кутом 90º.
При меншому нахилі витків шнековой спіралі більше незв'язного відвалу виносить на поверхню шнек.
Шнекове буріння не вимагає використання промивної рідини, розроблена за допомогою долота порода виноситься на поверхню на лопатях інструменту
Плюси і мінуси застосування шнека
Шнековий метод буріння дозволяє зробити пристрій свердловини максимально швидко, за умови, що розмір шнека і кут нахилу долота були підібрані правильно.
До переваг шнекового буріння відносять:
- грунт піднімається на поверхню відразу в процесі буріння;
- висока швидкість поглиблення в грунт без технологічних зупинок;
- немає необхідності робити промивання стовбура свердловини;
- компактної шнековой установкою або ручним шнеком можна бурити всередині будинку (в підвалі);
- немає необхідності піднімати на поверхню перша ланка і розбирати / збирати бурову колону як при колонковому методі.
Головним недоліком шнекового буріння можна вважати неможливість роботи на сипучих і дуже твердих грунтах, але в той же час шнек - ідеальний інструмент для буріння в суглинистих, змішаних (глина і супесь) і м'яких глинистих ґрунтах.
Ще один недолік, що обмежує застосування шнека для пристрою водоносних свердловин - необхідність застосовувати ударно-канатний спосіб для очищення стовбура від відвалений породи.
Подоба шнека - змійовик широко застосовується в ручному бурінні. Він так само руйнує породу і захоплює лопостями її для вилучення наверх.
Характеристика роторного буріння
Роторне буріння - метод вращательно-вібраційного буріння, при якому руйнування грунту здійснюється за допомогою долота, що приводиться в рух в забої свердловини від ротора бурової установки. Ротор обертається від двигуна автомобіля або окремо встановленого електродвигуна за допомогою приводного валу.
Розроблений грунт вимивається з шахти свердловини методом прямої або зворотної промивки. Розчин для промивання може подаватися як самопливом, так і насосною станцією.
Більшість артезіанських свердловин буритися з використанням методу роторного буріння: за допомогою бурильного долота, що обертається ротором, з наступним промиванням свердловини і кріпленням обсадних труб
Роторне буріння застосовується для розробки скельних і напівскельних ґрунтів під час улаштування глибоких свердловин до 150 м. Роторна бурова установка з правильно підібраним долотом і обтяжені бурильними трубами відмінно справляється зі скельними породами.
Фахівці-буровики рекомендують використовувати цей метод буріння при дотриманні наступних умов:
- Гідрогеологічний розріз ділянки вивчений досить добре. Відомо, що бурити належить скельні породи. Відомий рівень залягання водоносної зони в корінних породах.
- Підземна вода має характерний для артезіанських свердловин напором
- Є можливість безперебійної доставки технічної води для промивки свердловини.
У південних районах роторне буріння можна виробляти цілий рік, а в північному кліматі застосування цього способу обмежене через можливість замерзання промивної рідини.
Обладнання, що застосовується і інструменти
Роторне буріння водоносних свердловин здійснюється із застосуванням рамної або гратчастої вишки, на якій розташовано підйомне устаткування і інші елементи бурової установки. Вишка дає можливість піднімати і опускати в свердловину бурильні колони.
До складу бурової установки роторного типу входить:
- рамна або решітчаста вишка;
- двигун з приводом;
- ротор і бурильна колона;
- насосне обладнання і система очищення промивної рідини;
- подъёмное оборудование, напорная магистраль, вертлюг, сальники и т.д.
В самоходных установках в качестве двигателя используется ДВС автомобиля, на базе которого размещен буровой комплекс. В данном случае мощностью двигателя регулируются обороты бурового инструмента.
В качестве источника энергии для роторной буровой установки может выступать стационарный или мобильный электродвигатель, ДВС автомобиля, генераторы
Ротор при помощи зубчатого устройства передаёт вращение на ведущую трубу, которая в свою очередь сообщает его на основной бурильный инструмент – долото. Долото может иметь различную форму и изготавливается из высокопрочных материалов: композиты, сталь с алмазным напылением и др.
Для каждого типа грунта подбирается особый размер и форма долота, обеспечивая тем самым высокую эффективность и скорость проходки.
Шнек - наиболее подходящий бур для ручного бурения. Ручным станком со шнековым снарядом можно пройти скважину до 10 -12 м 
Шнек поступательными движениями завинчивается в грунт, отвал выносится на лопастях снаряда. Одновременно с проходкой устанавливается обсада 
Для наращивания высоты буровой колонны применяются штанги, соединяемые друг с другом резьбовыми муфтами 
Обсадку подбирают в зависимости от диаметра шнека. Вручную обычно бурят узким буром, в который устанавливается колонна ВГП труб. Для откачки используют ручной или электрический поверхностный насос
Своеобразие роторной технологии
Роторное бурение скважин на воду осуществляется в три этапа:
- Разрушение породы при помощи долота.
- Вынос разрушенной породы на поверхность потоком нагнетаемой воды.
- Укрепление стенок скважины обсадными трубами.
Вынос разрушенного грунта производится путём обратной или прямой промывки. Выбор способа промывки зависит от конкретных условий: глубины скважины, типа грунтов, наличия необходимого объёма промывочной воды.
Как правило, в частных хозяйствах используется технология бурения с прямой промывкой, которая включает в себя следующие этапы:
- заглубление в грунт долота большого диаметра;
- вращение долота под воздействием ротора;
- установка бурильных труб и монтаж утяжелённых труб между ними и долотом;
- удаление отработанного грунта напором жидкости при помощи насоса;
- монтаж обсадной трубы, чтобы предотвратить обсыпание грунта внутри скважины;
- бурение долотом меньшего диаметра и повторение всего цикла.
При обратной промывке грунт выносится из скважины по трубам бурильной колонны, а промывочная жидкость заливается между стенками скважины и трубами.
Вода самотёком поступает в предварительно подготовленный резервуар, где происходит её очистка от грунта и шлама, и возвращается в бурильную колонну за новой порцией отработанной породы.
В некоторых случаях при осуществлении роторного бурения применяют не прямую или обратную промывку, а продувку воздухом под давлением, созданным при помощи компрессора
Достоинства и недостатки роторного бурения
Главным достоинством роторного способа является возможность бурить глубокие скважины с забором воды в трещиноватом известняке.
Кроме этого данный метод бурения имеет следующие преимущества:
- высокое качество вскрытия водоноса в коренных скальных породах;
- возможность устройства скважины большого диаметра до 200 см;
- высокая скорость бурения, небольшие затраты энергоресурсов.
Существенным недостатком роторного бурения можно назвать необходимость организации промывки скважины.
Какой способ бурения выбрать?
Все рассмотренные способы механического бурения широко применяются для устройства водоносных скважин.
Подводя итоги, можно сказать, что:
- 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.
- 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.
- 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
О том, как сделать буровой станок своими руками, вы сможете прочитать в другой популярной статье нашего сайта.
Висновки і корисне відео по темі
Відео # 1. Демонстрация принципа классического колонкового бурения с извлечением керна напором воды:
Відео # 2. Особенности бурения скважины шнеком:
Відео # 3. Колонковое бурение скважины с промывкой забоя и установкой двойной обсадки, наружная часть которой выполнена стальными трубами, внутренняя полимерными:
Бурение водоносной скважины – трудоёмкий процесс. От правильности выбранного метода бурения зависит не только скорость устройства автономного источника воды, но и финансовые затраты.
Первое, на что стоит обратить внимание при выборе метода бурения, это тип грунта и глубина залегания водоносного слоя. Исходя из этих параметров, вы сможете выбрать оптимальный вариант, который позволит вам пробурить скважину быстро и недорого.
Хотите поделиться историей бурения скважины на собственном участке или полезной информацией по теме статьи? Залишайте, будь ласка, коментарі в розташованому нижче блоці. Здесь же можно задать вопрос или указать на спорные моменты в тексте.