Важные особенности роторного бурения

Чем скважина лучше колодца

Раньше вопросы решались только одним способом – копался колодец, вода в дом носилась ведрами. В дальнейшем начали использовать простейшие погружные насосы, они опускались в колодцы и накачивали воду в большие емкости, а уже из них она самотеком подавалась в дом. Но такая технология имеет много недостатков.

Скважина имеет весомые преимущества перед колодцем

1. Зимой емкости приходилось очень качественно утеплять, и даже такие мероприятия не гарантировали сохранность воды.
2. Незначительное давление не позволяло пользоваться стиральными автоматами и другой бытовой техникой, использующей воду под давлением.
3. В колодце находится вода с мелкозалегающих слоев. Она по многим параметрам не отвечает существующим требованиям СанПиН. Особенно сегодня, когда экологическая обстановка значительно ухудшилась.
4. Во время паводков, обильного таяния снега, сильных ливней грязная вода с поверхности земли попадала в колодец, что делало невозможным длительный период времени использовать ее не только для приготовления пищи, но и для бытовых нужд. Приходилось несколько раз полностью откачивать воду и делать дезинфекцию.
5. В колодец попадает грязь, он заиливается, его приходится периодически очищать. Это физически очень трудные работы, выполнять их могут только профессионалы.

Основные недостатки колодца обусловлены его небольшой глубиной

Сегодня есть отличный способ решения всех проблем – пробурить скважину, и чем больше ее глубина – тем лучше качество воды.

Это интересно: Счетчик на воду — какой прибор рекомендуется для установки

Обсадные трубы

После бурения скважины важно укрепить ее стенки. Грунт является ненадежным и может сместиться, что негативно отразится на забое. Чтобы земная порода не обвалилась, устанавливается обсадная колонна

Она помогает предотвратить обсыпание грунта и препятствует просачиванию воды. Первую колонну называют «кондуктором». Она монтируется для перекрытия неустойчивых пород. Установка происходит на расстоянии не раньше отметки в 30 метров и не позже 600 метров. Для нефтяной скважины колонна ставится на расстоянии, максимально приближенном к поверхности

Чтобы земная порода не обвалилась, устанавливается обсадная колонна. Она помогает предотвратить обсыпание грунта и препятствует просачиванию воды. Первую колонну называют «кондуктором». Она монтируется для перекрытия неустойчивых пород. Установка происходит на расстоянии не раньше отметки в 30 метров и не позже 600 метров. Для нефтяной скважины колонна ставится на расстоянии, максимально приближенном к поверхности.

Поскольку роторное бурение применяется практически для любых типов грунта, то в процессе установки колонн рабочие ориентируются на геологические условия. Иногда приходится использовать несколько обсадных колонн, чтобы укрепить забой.

Наименьшая по диаметру из них опускается глубже, чем остальные и называется – эксплуатационная. Перфорация производится снизу, именно через эти отверстия масса газа, воды или нефти будет в нее поступать.

Оборудование для роторного бурения скважин

Ротор является основным механизмом станка для одноименного метода бурения. Вращатели различают по мощности, статической нагрузке, диаметру отверстия под колонну из труб. По конструкции роторы бывают неподвижными или перемещающимися в вертикальной плоскости. Они рассчитаны на бурение скважин глубиной 100-1500 м, выдерживают нагрузку 10-500 т.

Кроме основного предназначения (вращения инструмента), ротор служит удерживающим устройством бурильных и обсадных труб при выполнении спуско-подъемных операций. Еще ряд механизмов и устройств обеспечивают продвижение породоразрушающего снаряда в горный массив.

В состав роторной буровой установки входят:

1. Вышка — на ней размещаются и подвешиваются бурильные трубы. Сооружение устраивается в виде мачты на 1-2 опорах или каркаса башенного типа на 4 опорных точках.
2. Буровой насос поршневой — служит для закачки в скважину промывки. Работает в составе комплекса оборудования для приготовления раствора и его очистки.
3. Вертлюг — через него промывочный раствор от насоса попадает в буровую колонну. Устройство крепится на крюке в верхней части вышки.
4. Талевая система с лебедкой и блоками — обеспечивает спуск и подъем колонны.
5. Элеватор — с его помощью производятся захват и удержание труб.

В состав оборудования входят долота шарошечные и алмазные, стропы для присоединения элеватора к талевому блоку, переходники различных типов, грязевые насосы для откачки пульпы. Промывка при роторном бурении — прямая или обратная с применением глинистого раствора, воды.

Преимущества роторной технологии

В чем же преимущества именно роторного бурения перед возможными альтернативами? Их несколько.

Во-первых, используя роторное долото, можно создавать скважины большого диаметра, которые в полном объеме смогут удовлетворить потребности в воде сразу нескольких домохозяйств.

Не секрет, что бурение – процесс недешевый: для него требуется специализированное оборудование, а контролировать и управлять процессом должны опытные бурильщики. В конце концов, деятельность, связанная с бурением скважин, является лицензируемой. Отсюда и его высокая цена.

Объединение сразу нескольких домохозяйств для финансирования одной общей скважины для смежных участков – экономически выгодное предприятие. Но для этого требуется наличие значительного дебета. В большинстве случаев водоносные горизонты четвертичных отложений (песков) не могут их обеспечить.

Естественно, для коллективной эксплуатации водозаборную выработку лучше поставить на известняк. Извлекаемые из него подземные воды характеризуются бóльшей водообильностью и чистотой. На дебит скважин на известняк не оказывает малейшего влияния объем выпавших осадков. Чего нельзя сказать о скважинах на песок.

Во-вторых, убеждают относительно небольшие энергетические затраты. Рабочим элементом при роторном бурении является долото. Но в отличии от шнекового и колонкового бурения, буровой инструмент не взаимодействует со стенками пробуренной скважины

То есть, напрямую с грунтом контактирует только долото, высота которого ничтожно мала по отношению к высоте всей буровой колонны. Как следствие, данный метод формирования скважин является самым быстрым – до 1000 погонных метров в месяц!

В-третьих, коллективных заказчиков привлекает глубина бурения. Только роторным способом можно пробурить скважину, заглубленную в коренные метаморфические и магматические породы, из трещин которых можно качать воду, состав которой более всего подходит для питьевых целей.

Чаще всего из водозаборных выработок глубиной менее 30 м добывают лишь техническую воду. На ее состав влияют расположенные рядом водоемы, захламленные мусором речки, атмосферные осадки, да и просто пролитые на землю технические жидкости. Шнек и колонковая труба поможет получить только такой водозабор.

К тому же, роторное бурение позволяет пройти выработку на полную глубину без перехода на другой способ бурения. При разработке скважины шнеком, к примеру, в случае необходимости пробурить валун переходят прибегают к ударно канатной методике.

Для этого из ствола извлекают шнековый снаряд и бросают долото на забой, пока не разобьют валун. Затем забой расчищают желонкой. Ею же пользуются, если нужно поднять на поверхность водонасыщенный песок, который в колонковой трубе банально не удерживается.

Практика показывает, что скважины, пробуренные роторным способом, имеют более длительный срок эксплуатации. Технологически это объясняется тем, что после установки обсадной колонны, формирующей стенки скважины, затрубное пространство дополнительно укрепляют.

Гидробурение

Осуществляется мощной струей воды из специального бурового инструмента. Преимущество технологии в том, что возможно гидробурение скважин в каменистой почве.

Нагрузка струи обеспечивается весом штанги и бурильной оснастки. В установку заливают специальный раствор, который потом направляется в подготовленный приямок.

Последовательность гидробурения своими руками:

• В первую очередь устанавливается малогабаритная конструкция или МБУ для гидробурения.
• Начинать работы лучше всего с утра.
• Если бурение происходит в песчаной почве, то необходим большой запас жидкости.
• Перед работой глина смешивается в раствор в подготовленном приямке. Замес выполняется посредством строительного миксера. Консистенция должна напоминать кефир.
• Далее по шлангам подается раствор к работающему буру.
• Постепенно жидкость шлифует стенки и углубляется в почву. Раствор используется по кругу.

Эта технология содействует дополнительному усилению стенок образующегося источника.

Бурение своими руками

Ручным бурением невозможно проложить скважину на большую глубину, максимально доступный слой будет расположен на глубине не более 20 метров, и сделать такую скважину совсем не просто.

Необходимое оборудование

Поскольку самым известным распространённым способом ручного бурения является создание абиссинской скважины, то и оборудование под неё требуется соответствующее: для забива в грунт используется стальной стержень, снабжённый наконечником, диаметр стержня составляет несколько см, а глубина такого колодца не должна превышать 8 метров. Это достаточно простой способ добычи чистой воды, но, к сожалению, не во всех грунтах на этой глубине располагается слой чистой воды и можно много раз искать на участке воду с помощью абиссинского бурения и так и не найти.

Если водоносный слой будет найден, погружной насос в такую скважину невозможно установить ввиду её малого диаметра, пользоваться можно будет только поверхностным насосом. При ударно-катанном бурении, которое также можно проводить на участке самостоятельно, применяются: тренога, лебёдка и забивной стакан. Этот метод хорошо использовать, если грунт довольно вязкий и хорошо схватывается стаканом.

Роторное бурение также можно проводить самостоятельно, но необходимо иметь не только хорошую лебёдку, бур с соответствующим наконечником – долотом или ложкой в виде цилиндра с отверстиями, ротор, вертлюг и насос для вымывания отработанного грунта.

Создание вертикального скважинного канала предполагает не только бурение и вынос породы, но также и укрепление стенок будущего колодца. При роторном бурении насос вымывает породу глиняным раствором и с его же помощью укрепляет стенки колодца.

Рекомендуем ознакомиться с видео, в котором рассказано о шнековом, роторном и других технологиях бурения скважины под воду своими руками:

Любые скважины необходимо ежегодно промывать, так как чаще всего со временем происходит заиливание скважины, что приводит к её потере. При неисправностях в водоснабжении специалисты осматривают водораспределительное оборудование, а далее изучают состояние скважины, труб и фильтров и чистят их ершом, химическими реагентами или применяют гидроудар.

Возможности и преимущества

Не требуются обсадные трубы или бурение скважин с промывкой

Полые шнеки позволяют полностью заменить обсадные трубы, и выполнять бурение с одновременной непрерывной обсадкойвертикальных и наклонных скважин в сложных геологических условиях без использования очистного агента или обсадных труб.

— Безопасная работа вблизи существующих зданий, без «подсаживания грунтов»

Полые шнеки компании «СБТ» обеспечиваютминимальное «подсаживание грунтов»за счет резкого уменьшения подъема выбуренной породы, поднимаемой спиралью шнеков при бурении скважины в обводненных грунтах, благодаря оптимизации шага и высоты спирали шнеков.

— Повышенная несущая нагрузка свай

В процессе бурения происходит уплотнение стенок скважины, что оказывает положительное влияние на несущую способность свай, по сравнению со сваями, выполненными по технологиям с обсадными трубами или с промывкой.

— Высокое качество свай, безопасное и гарантированное погружение армокаркаса до забоя

Оригинальная конструкция полых шнеков ШГ обеспечивает спуск армокаркаса в скважину под собственным весом, заполненную цементно-песчаным раствором. Это позволяет гарантированно и безопасно погрузить армокаркас до забоя. В отличии от других технологий, при использовании полых шнеков компании «СБТ» на армокаркас не прилагаются внешние усилия для его погружения, что гарантирует его концентричное расположение в скважине, погружение на проектную глубину, и сохранность конструкции и прямолинейности каркаса.

— Эффективное бурение в сложных грунтах

Полые шнеки ШГ оснащаются оригинальным баровым долотом со сменными твердосплавными резцами, позволяющее производить бурение скважины с высокой механической скоростью при минимальной осевой нагрузке, а также обеспечивают проходку более сложных грунтов с прослойками известняка и других включений.

— Снижение требований к буровым установкам

Отпадает необходимость использования дорогих мощных буровых установок с обсадным столом-осциллятором и обсадными трубами, что резко снижает себестоимость работ, и повышает производительность.

— Производство работ в помещениях

Полые шнеки обеспечивают производство работ внутри зданий и подвальных помещений без организации «мокрых процессов» для бурения скважин с промывкой.

— Снижение себестоимости метра бурения и затрат при производстве свай

Использованию полых шнеков компании «СБТ» позволяет существенно снизить затраты при производстве буроинъекционных свай с непрерывной обсадкой по сравнению с другими технологиями. Применение полых шнеков ШГ позволит избежать:

• Финансовых затрат и времени на организацию «мокрых процессов» при бурении скважин с промывкой под защитой глинистого раствора, что влечет за собой выкапывание приямков, доставку воды, обязательное наличие бурового насоса на буровой установке и затраты на его обслуживание, затраты на утилизацию бурового раствора в конце работ. С учетом низкой эффективности и производительности указанных работ, себестоимость увеличивается в разы. При этом качество и несущая способность свай хуже. В условиях помещений данных процесс усложняется в разы.

• Больших финансовых затрат на покупку дорогостоящих буровых установок, оснащенных буровым столом-осциллятором и инвентарных обсадных труб. Как правило, помимо высокой стоимости, подобное оборудование имеет большую массу и габариты, что также повлечет повышенные затраты на транспортировку и содержание. Чаще подобное оборудование используется при производстве буронабивных свай (БНС).

• Больших финансовых затрат при использовании альтернативных технологий (типа CFA), которые влекут за собой приобретение дорогостоящей буровой техники с большим ходом подачи вращателя. Подобное оборудование также имеет большую массу и габариты, требует подготовки строительной площадки, и высокие затраты на доставку оборудования на трале. Сюда же входят дополнительные затраты на покупку или аренду вибропогружателя, и бетононасоса. При этом не гарантируется погружение армокаркаса на всю глубину сваи, и нежелательна работа вблизи существующих зданий.

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:

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

Артезианские скважины

Отличие такого устройства от «песчаной» скважины состоит в том, что бурение осуществляется до известковых пластов (глубина 40…200 м), а не песчаных. В такие слои грунтовые воды не просачиваются, как следствие, вода более чистая. Кроме того, в известняке давление жидкости выше, что обеспечивает быстрый ее подъем на нужную высоту (вплоть до создания естественного фонтана).

Обустройство скважины артезианского типа ведется ступенчато, поскольку обсадная труба требуется только на рыхлых слоях почвы и не может быть слишком длинной. Диаметр отверстия сокращается дважды: после окончания обсадной трубы и в середине (на некотором углублении) известкового слоя. Это связано с технологией бурения.

Внимание: использование артезианских вод нормируется и контролируется государством, поэтому устройство такого сооружения на частной территории – редкое явление. Стоимость оформления разрешительных документов, бурения, устройство «санитарной зоны» составляют 8…12 тыс

долларов.

Кроме того, для бурения необходима площадка 12х9 м без расположенных рядом линий электропередач, а также тяжелая крупногабаритная техника. Поэтому устройство таких скважин в частных владениях сильно ограничено.

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:

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

Преимущества и недостатки

Что касается преимуществ технологии роторного бурения, то здесь выделяю следующее:

1. Высокая скорость работы. Скважина до 100 метров может быть пробурена за 2-3 дня. Лучше бурить неплотный грунт, поскольку он меньше изнашивает инструмент, позволяет повысить эффективность работы и снизить сроки сдачи объекта.
2. Универсальность. Здесь снова затрагивается возможность бурить разные породы грунта. Это позволяет создавать скважины, предназначенные для забора технической воды, например, неглубокие, а также артезианские, когда приходится бурить “на известняк”. Помощью для работы роторной установки может стать глинистый раствор. Он используется в вопросах промывки скважин.
3. Размер. Благодаря тому, что установка помещается на грузовой автомобиль, ее можно доставлять в самые разные уголки, даже по непроходимым дорогам. Есть возможность подъезда в труднодоступные места, что актуально при бурении на территории частных участков. Все это добавляет мобильности, позволяя быстро раскладываться на новом объекте и сразу приступать к выполнению задачи.

Среди прочих недостатков нужно выделить сложность бурения в зимний период времени.

Бурильная установка может быть разрушена под действием замерзшего грунта (рекомендации о том, в какое время года лучше всего бурить скважину, а также преимущества и недостатки каждого сезона для начала бурительных работ, найдете в нашем специальном материале).

Что касается мощности, то здесь все зависит от роторной части.

Обсадные трубы

Пересекаемые скважиной породы частично укрепляются за счет применения глинистого раствора, но полноценное предотвращение осыпания стенок выработки достигается их обсадкой стальными трубами. Закончив бурение в заданном интервале, проходку скважины приостанавливают для монтажа обсадной колонны. Ближайшая к поверхности часть конструкции называется кондуктором.

При укреплении стенок выработки придерживаются следующих правил:

• диаметр обсадной трубы должен быть меньше сечения выработки: колонна опускается в скважину свободно;
• глубина, начиная с которой делают перерыв в бурении для установки обсадной крепи, находится в пределах 30-600 м;
• стенки водозаборных выработок обсаживают цельнотянутыми трубами длиной 6-13 м, для изготовления кондуктора используют сварные стояки Ø426-478 мм;
• затрубное пространство заполняется цементной тампонажной смесью.

В сложных геологических условиях устанавливают несколько обсадных колонн разного диаметра. Трубы меньшего размера располагаются в глубоких горизонтах.

Обсадные трубы

Роторное бурение

Буровое долото

Для бурения таким способом используется непрерывно вращающееся долото и глинистый промывочный раствор. Долото разбивает породы, в том числе и скальные, на мелкие фрагменты, а раствор выносит эти куски грунта на поверхность.

Чтобы бурение было эффективным, требуется грязевой насос. Он будет перекачивать глинистый раствор и обеспечит его непрерывное поступление.

При роторном бурении может применяться обратная промывка. Она позволяет ускорять процесс. Водоносный пласт достигается гораздо быстрее и качественнее. При обратной промывке раствор подается в затрубное пространство, а возвращается по трубе.

У метода роторного бурения имеется несколько преимуществ. Помимо того, что этим способом можно бурить скальные породы, следует отметить более высокую скорость прохождения. Несколько ниже стоимость работ.

Среди недостатков метода отмечают сложности работы в холодное время года. Требуется утепление системы циркуляции промывочной жидкости. Пробу с водоносного слоя можно снять только после обсадки и пуска скважины. Известковые пласты загрязняются глиной и водой раствора.

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