Способы бурения скважин: технологические принципы и особенности основных методов

Устройство и схема

На схеме показаны водяные пласты. Верховодка подпитывается осадками и залегает на глубине до 10 метров. Качество воды позволяет сразу ее использовать для питья. Источник с межпластовыми водами делается самостоятельно. Чтобы получить более качественную воду, изготавливается артезианская скважина.

Согласно СНиПам и установленным нормам источник защищается от любого рода загрязнений. От септика расстояние 15 метров. Выгребные ямы минимум за 50 м. От складских помещений, промышленных предприятий более 100 метров. Также учитывается расстояние от соседнего источника, жилых построек, курятников и хлевов.

Технологии бурения

Для того, чтобы обустроить собственную скважину на воду, необходимо отыскать нужный водный пласт, определить глубину его залегания и пробурить в земле канал (ствол скважины), входящий в этот продуктивный слой. Ниже рассмотрены основные способы бурения.

Шнековый метод

Для такого бурения используется бур (шнек) в виде стержня с резцом на торце и лопастями, расположенными по винтовой линии. Элементарными шнеками можно считать садовые или рыболовные буры.

Суть технологии состоит во вкручивании инструмента в грунт путем его вращения и извлечении земли при его подъеме. Процесс может осуществляться вручную или механическим способом. Вручную шнековым способом можно пробурить скважину до глубины 8-10 м.

Такая методика считается наиболее простой и доступной, но ее можно использовать только при наличии достаточно мягкого или сыпучего грунта. Нельзя ее использовать и при наличии плывунов и скальных выходов. При наличии более твердой почвы или при более глубоком бурении необходима механизация вращения инструмента. По мере углубления ствола шнек прикручивается к секции бурильной трубы (колонны).

Гидробурение (гидродинамическое бурение)

Технология основывается на объединении традиционного бура и гидравлического воздействия. При этом в зону бурения постоянно подается под давлением промывочная жидкость, которая:

• помогает разрушать землю;
• вымывает выбуренную почву, вынося ее на поверхность;
• охлаждает буровой инструмент;
• выравнивает стенки всего ствола по мере своего продвижения.

Она представляет собой воду, утяжеленную глиной, а подается в скважину при помощи помпы. При помощи гидробурения обычно делаются скважины глубиной 30-50 м, но с принципе, можно пробурить ствол и глубже 200 м. Для увеличения глубины бурения собирается бурильная колонна из штанг — труб длиной 1,3-2 м, диаметром 45-75 мм.

Пневмобурение (пневмоударное бурение)

Относится к ударно-вращательной технологии. При такой методике разрушение породы происходит путем ударного воздействия пневматическим инструментом (пневмоударником), при этом всей буровой колонне придается вращательное движение.

Для пневмобурения не страшны твердые породы, а проблемы возникают при глинистых, вязких грунтах, которые быстро забивают инструмент. Глубина бурящихся скважин невелика – до 50 м (обычно 15-25 м)

Важное преимущество – большая скорость проходки

Алмазный инструмент

Самым эффективным, но очень дорогим способом бурения скважин считается колонковая проходка с использованием насадок с алмазными коронками. Такие буровые установки способны осуществлять бурения с очень большой скоростью в грунте любой твердости. Основные недостатки – малый диаметр ствола (до 15-17 см) и стоимость проходки до 500-700 руб на 1 м.

Турбинная технология

Способ основан на продольном продвижении бурового долота, вращательное движение которому обеспечивает турбобур. Все это располагается на погружаемой колонне, которая наращивается штангами по мере углубления ствола.

Основной элемент – турбобур представляет собой двигатель, который погружается в забойную зону, т.е. не вращает всю бурильную колонну. Бурение может обеспечиваться малоскоростными (120-300 об/мин) и высокоскоростными (450-600 об/мин) двигателями, при этом в движение их приводит гидродинамическая сила, создаваемая потоком жидкости, действующим на лопасти двигателя.

Рекомендуем: Все этапы подготовки участка к строительству — от расчистки до рытья котлованов. Как правильно подготовить земельный участок

Электробур

Эта технология принципиально не отличается от турбинного бурения. В данном случае вместо турбобура с лопастями в зону забоя погружается электродвигатель асинхронного типа. Использование электрического привода позволяет отказаться от бурильной колонны в виде труб и опускать электробур на кабель-канате.

Основной недостаток – пониженная работоспособность кабеля в скважинных условиях при частых спуско-подъемных операциях.

Винтовые двигатели

Это современные, усовершенствованные привода, опускаемые в забойную зону. Они представляют собой объемные, гидравлические установки роторного типа. Их вращение обеспечивается буровым раствором, а эффективность повышается использованием камер низкого и высокого давления.

Важно. Выбор способа бурения зависит от глубины залегания продуктивного, водного пласта, характеристик грунта и наличия сложных участков в зоне проходки, а также планируемого дебита скважины и наличия оборудования и финансовых возможностей

Ударный метод

Этот способ относится к сухому бурению скважин на воду. Впервые его применили в Китае.

Ударный способ реализуется таким образом:

1. Выкапывают в грунте ствол глубиной примерно 1,5 метров. Оптимальные размеры – 1,5х1,5 м.
2. Посредине выборки забуривают место под первый модуль обсадной трубы глубиной 2 м.
3. Монтируют буровую вышку. Она имеет вид треноги высотой от 3-х м. На ее точные параметры влияет длина обсадных модулей (максимальное значение – 6 м).
4. Вводят ударный модуль в отверстие обсадной трубы и отпускают в свободное падение. Взаимодействуя с породой, она начинает активно разрушать породу. Измельченный грунт оказывается внутри полости ударной части. Для большей эффективности конец ударника оснащают специальными зубьями.
5. Внутри ударной трубы имеется клапан. Он пропускает измельченную породу внутрь, и не дает ей высыпаться во время очередного подъема. При работе на глинистых влажных грунтах насадной стакан обычно снимают, т.к. влажная глина начинает налипать на его стенки. Согласно правилам бурения скважин на воду, чистку ударника нужно проводить после прохождения каждого метра породы.

Какой способ бурения выбрать

Выбор метода зависит от типа грунта, диаметр сечения шахты, глубины бурения. Кроме того, учитываются следующие критерии:

• объем воды, необходимый для обеспечения домовладения;
• частота использования скважины;
• качество жидкости;
• стоимость монтажа глубинного колодца.

Колонковый способ хорошо подойдет при работе с пластичными глинистыми породами. Роторное бурение применяется в том случае, если участок находится на скальном грунте. Если требуется неглубокая скважина с небольшим дебетом, разрешается применять шнек.

При обустройстве неглубоких скважин нужно учитывать внешние факторы: условия климата и погоды, сезонные изменения водного горизонта. Влияние оказывает близкое нахождение сельскохозяйственных полей, вредных производств. Если планируется обустройство артезианской скважины, то требуется разрешение санэпидстанции, оформление соответствующих документов.

Основные способы бурения глубоких скважин

Особенность разработки месторождений глубокого заложения – наличие нескольких сопутствующих проблем. Среди них специалисты выделяют высокое давление, температуру, наличие зон с аномальными характеристиками. Глубокое бурение скважин часто сопровождается различными осложнениями: прихват буровой трубы, сильное сопротивление продвижению механизмов, ухудшение подачи бурового раствора. Большая протяженность приводит к осыпаниям, появлению на стенках желобов, каверн.

Разработку скважин глубокого заложения преимущественно ведут способами механического бурения. Популярность заслужило бурение вращательными (добыча газа или нефти) и колонковыми (разработка твердых ископаемых) установками. Грунт режут, дробят, скалывают, уплотняют, истирают.

Особенности бурения скважин в море

Развитие газо- и нефтедобычи на суше очень часто становиться нерентабельным из-за высокой стоимости строительства объектов инфраструктуры. Газопроводы, дороги, доставка грузов и транспортировка оборудования делают нерентабельными вложения в разведку и освоение. Другое дело технология бурения и добычи на морском шельфе. Конечно, как показывает практика стоимость оборудования здесь выше, но освоение морского дна более выгодное за счет снижения дополнительных расходов.

Для добычи на морском шельфе устанавливается сначала плавучая буровая вышка, а после того как будет введена в эксплуатацию устанавливается стационарная платформа, которая и обеспечивает добычу нефти и газа.

Сам процесс бурения не отличается от подобного процесса на суше, за исключением того, что доставка всего оборудования осуществляется морскими судами, а платформа представляет собой плавучий остров со всеми элементами, начиная от системы электрообеспечения и заканчивая жилыми модулями для персонала.  Разведывательные платформы устанавливаются на дно при помощи ферм, а после оборудования оголовка и стен скважины заменяются на стационарные, которые служат одновременно резервуарами для добытой нефти. В оборудовании платформы входит сепараторы для того чтобы отделить газовый конденсат из нефтяного сырья.

Забой колодца

Абиссинский колодец можно забить без специальных бурильных устройств. Для этого понадобится:

• Металлическая или ПВХ-сетка с мелкими ячейками;
• Толстостенные металлические трубы с диаметром, как у насоса, и по длине в глубину забоя;
• Дрель;
• Трубы с резьбой;
• Наконечник острый конусообразный.

Нижняя часть колонны будет буром, потому на конце трубы, над наконечником, устанавливают фильтр. Длина его будет до метра. По окружности трубы нужно высверлить отверстия под углом 45о с диметром 5-8 мм в шахматном порядке. Сверху перфорированную часть трубы обматывают сеткой и крепят проволокой, хомутами или другим удобным способом.

Инструмент для бурения скважин углубляют на метр в грунт, проверяют строительным уровнем вертикальность, которая должна быть соблюдена.

Порядок приема скважины в эксплуатацию

Для этого необходимо выполнить следующие действия:

Компания, которая занималась бурением скважины, должна выдать Вам паспорт на скважину.

• проверить глубину скважины;
• посмотреть визуально на состояние воды, она должна быть чистой, а ее дебит соответствовать количеству, указанному в договоре;
• вам должны выдать паспорт скважины, гарантийный талон и реквизиты организации, что проводила работы;
• если сразу не планируется эксплуатация скважины, то ее надо законсервировать.

Как долго скважина будет работать? На это влияет ряд факторов: интенсивность и периодичность ее использования, наличие рядом других скважин, мощность водоносного слоя, природные условия.

Обычно фильтровая неглубокая скважина надежно работает на протяжении 7-15 лет. Артезианская конструкция может снабжать вас водой на протяжении 50 лет, но в каждом случае эти показатели могут меняться как в большую, так и в меньшую сторону.

Механическое бурение

Разрушение скальной породы происходит под воздействием разрушающего инструмента – бура. Достоинствами данного вида бурения являются возможность отбора образцов для изучения геологического разреза, бурение скважин в заданном направлении.

Недостаток – быстрый износ рабочих поверхностей буров, приводящий к необходимости его частой замены.

Горизонтальное бурение

Метод горизонтально направленного бурения предназначен для управляемого прокладывания коммуникаций без разработки траншей, основан на использовании специального оборудования.

Бурение происходит при помощи разрушающего породу наконечника — буровой головки, которая имеет несколько отверстий для подачи в скважину специального раствора.

Буровая головка соединена с гибкой штангой, что позволяет механизатору управлять процессом строительства скважины и обходить подземные препятствия.

Гидродинамическое бурение

Осуществляется при помощи сильного напора струи жидкости, при этом происходит разрушение или растворение породы. В одном случае происходит полное разрушение породы и формирование полой скважины.

Во втором варианте струя жидкости частично разрушает породу, и дальнейшее ее удаление производится долотом. Данный метод применим при разработке мягких и рыхлых пород.

Термическое или огнеструйное бурение

При помощи теплового высокотемпературного воздействия на породу. При этом используется горелка с горящей смесью керосина и кислорода при температуре около 2300 град, под воздействием которой происходит отслаивание частиц породы.

При котором порода предварительно нагревается, далее разрушается и удаляется с помощью механического бура.

Электротермическое бурение

Разработано для применения в условиях вечной мерзлоты в Антарктиде. Электротермобуром делают скважины глубиной до 1000 м.

Взрывное бурение

Разрушение породы при данном способе происходит под действием направленного взрыва. Капсулы с взрывчатым веществом подаются в забой по трубам с водой. При ударе они взрываются, и разрушенная порода вместе с водой подается наружу.

Электрофизическое бурение

Комбинированный способ с использованием электрического тока для непосредственного разрушения горных пород.

Различают электрогидравлический метод (создание высоковольтного разряда в воде – искры) и электроимпульсный (использование разницы электрического сопротивления породы и заливаемой в скважину жидкости, и подача тока высокого напряжения).

Специфика колонкового бурения

Колонковый метод является вращательным. Рабочий инструмент оснащен коронкой (твердосплавной или алмазной). Применяется этот способ редко. Он может быть задействован для подготовки к роторному или шнековому бурению. Иногда его применяют совместно с канатно-ударным методом.

Колонковое бурение — механический вращательный метод, при осуществлении которого глинистый или плотный песчаный грунт извлекается в виде керна цилиндрической формы.

Используемое оборудование и инструменты

Тут скважины бурятся при помощи специального оборудования: 3иФ 650, 3иФ 1200. Установку можно изготовить самостоятельно. Для этого необходимы такие инструменты:

• колонковая труба и штанги для ее наращивания;
• буровые коронки;
• труба для устранения шлама;
• муфты, переходники между фрагментами труб, промывочный сальник.

Технология колонкового бурения

Во время прохождения бура порода полностью сохраняется внутри трубы. Этот тип бурения предусматривает такие этапы работ:

1. Соединение колонковой трубы со штангами для наращивания бурильной коронки.
2. Закрепление рабочего инструмента в станке.
3. Постепенное ввинчивание коронки в грунт.
4. Очищение трубы от содержимого через каждые полметра.

Все действия проводятся до тех пор, пока не будет вскрыт водоносный слой. После этого следует углубиться еще на 50 см. Шлам удаляется промывкой с использованием большого объема воды или при помощи продувания.

Веские достоинства и недостатки

Если целью устройства скважины не является водоносный слой в песчаных отложениях, бурение до достижения скальных пород может проводиться с промывкой.

Данная технология изготовления скважины имеет такие преимущества:

• высокая скорость проведения работ;
• возможность применения на твердых породах;
• изготовление скважин глубиной до 100 м;
• компактность, что позволяет использовать установку в труднодоступных районах;
• мобильность.

Недостатки метода таковы: быстрый выход из строя рабочей поверхности, небольшой диаметр шахты (нельзя использовать погружные насосы высокой мощности). Такой способ изготовления глубинного колодца считается самым быстрым.

Инструкция по установке скважины

Бурение скважин самостоятельно требует усилий и труда. Инструкция по бурению скважин:

• Вы должны выбрать подходящее место. Желательно по ближе к дому. Также, место должно иметь хотя бы 4 метра в длину и ширину, дабы вам было удобно провести работу.
• Выбираем необходимый инструмент для бурения, к таким относятся: бур-долото, бур-ложка, шнек, ударно-канатная конструкция. Приступаем к работе, пробуриваем скважину, используя вышеописанные методы.
• Установка труб и насосов. Засыпаем дно скважины песком или мелкой щебёнкой. Оно должно быть очищено желонкой. Готовим первую трубу заранее, ибо опускать её придётся сразу после завершения бурения, иначе стенки шурфа рассыпятся. Высверливаем отверстия в нижней части трубы, примерно на высоту 15-ти сантиметров о края. Это помогает ей «впитать» больше воды. На торец прикрепляется сетка фильтрации.
• Одного колена сто процентов не хватит, его длина достигает 2 – 2,5 метров. Монтаж и обслуживание, станет трудным с трубами больших размеров. Поэтому, они свинчиваются и соединяются по резьбе. Нижняя должна упираться в самый низ шурфа. После монтажа труб во внутрь их опустите насос.
• Монтаж кессона и оборудования. Оголовок скважины должен быть обязательно укрытым, утеплённым. В кессоне вы ставите оборудование уже на своё усмотрение. На практике всё монтируем в камере, что более компактно, упрощённо в обслуживание и ремонте.

Фильтрация воды из скважины

Процесс бурения можно считать оконченным только после выполнения регламента завершающего этапа. Здесь надо будет позаботиться о защите обсадной трубы специальным оголовком. Пространство между обсадной трубой и грунтом заполняем жидкой глиной, это предотвратит попадание бактерий, защитим ее от атмосферных осадков и промерзания. И конечно же, оборудуем водоподающую трубу фильтрами. В системе водоподготовки воды из скважины используется фильтры грубой и тонкой очистки по выбору:

• Сетчатые фильтры. В таком фильтре посторонние частицы задерживаются сеточкой. Она пропускает воду и задерживает на поверхности сетки все лишнее. Периодически сеточку нужно очищать, это не трудно, если знать, как. Просто разбираем фильтр, убираем грязь с сетки, ставим ее на место и собираем фильтр.
• Дисковые фильтры. В них все постороннее улавливается пакет дисков из синтетической ткани. Эффективность дискового фильтра в сравнении с сеточным выше, промыть диски при чистке тоже проще, разбирается он точно так же, как и сеточный, понять, как несложно, достаточно взять фильтр в руки.
• Катриджные фильтры — это фильтры тонкой очистки в отличие от сеточного и дискового. Такой фильтр работает уже не только против механических взвесей в воде, но и борется с ее бактериальным загрязнением, меняет ее химическую природу, удаляя, например, хлор и другие вредные вещества. Очищают воду в таких фильтрах сменные катриджи, через которые проходит вода. Заполнение катриджей справляется с задачей глубокой очистки воды, разница между ними в свойствах избирательности к разным загрязнителям воды. Катриджи требуют периодической замены. И эту работу при желании можно выполнить самому. Вместе с катриджным фильтром идет специальный ключ, которым и выкручиваем колбу, в которой находится катридж. В стандартном фильтре их три. Удаляем из колбы катридж, моем колбу, вставляем другой и собираем обратно, не об уплотнительной прокладке в соединении колбы и корпуса фильтра. Так поочередно меняем все три катриджа. Смотрим, нет ли пропусков воды, при необходимости подтягиваем, все, фильтр снова, как новый.
• Напорные фильтры. Самые технически сложные из всех их видов, которые нашли применение в быту, хотя еще недавно работали только в сложных химических производствах. Этот фильтр уже стационарная установка со сложной автоматикой, где вода под напором и с подачей воздуха очищается специальными заполнителями до предельно чистой. Это устройство требует обслуживания только подготовленными специалистами, но периодичность регламентного обслуживания велика, раз в несколько лет.

Напоминаем, что перед тем, как обслуживать фильтр, обязательно отключите воду в системе и сбросьте в ней давление, открыв кран любого сантехнического прибора. Если говорить о фильтрах, и не только о напорных, то установку и обслуживание любых фильтров, даже сеточных, надежнее поручать специалистам, ведь никто не хочет, чтобы вода из скважины превратила дом в бассейн

Ударно-канатное бурение

Отличие бурения желонкой (другое название – ударно-канатный метод) от шнекового и роторного бурения заключается в том, что при работе отсутствует вращательное движение. Данное оборудование для ручного бурения скважин – это длинный и узкий кусок трубы, оснащенный клапаном и заточенный в нижней части.

Самодельная скважина на воду в данном случае создается так:

• Перед тем, как сделать скважину под воду, в почве нужно сделать небольшое отверстие при помощи ручного бура, чтобы легче было работать дальше;
• Над отверстием устанавливается тренога с блоком;
• Поверх блока укладывается трос, к которому подвешена желонка;
• Желонка бросается в шахту с высоты около 2 м над уровнем земли;
• При ударе о грунт заостренный рабочий край инструмента разрыхляет породу, и она захватывается клапаном желонки, не позволяющему грунту выпадать;
• Операция с бросанием повторяется несколько раз, чтобы в инструмент попало побольше грунта;
• Желонка извлекается на поверхность и очищается от породы;
• Указанные выше операции повторяются до тех пор, пока инструмент не дойдет до водоносного слоя;
• После этого нужно пробурить шахту до следующего слоя;
• По мере углубления ствола нужно защищать его обсадной колонной, наращивая ее до тех пор, пока скважина не будет готова.

Само по себе отсутствие воды в шахте позволяет добиться более высокой прочности стенок. Кроме того, при данном методе очень легко определить, дошел ли инструмент до слоя воды. При использовании «мокрых» методов бурения неопытные мастера очень часто промахиваются и продолжают углублять шахту, хотя водоносный слой уже обнаружен.

Помимо всего прочего, ударно-канатное бурение дает возможность обустраивать бесфильтровые скважины. В пространстве под обсадной колонной в песке вымывается небольшая полость, в которой вода отстаивается. Обсадная труба после этого немного поднимается. Особенностью создания бесфильтровых скважин является необходимость использования забивного стакана.

Забивной стакан – это инструмент, очень похожий на желонку, но, в отличие от нее, стакан не оснащается клапаном. Отсутствие клапана обусловлено отличной способностью инструмента проходить через вязкие пластичные грунты (например, суглинки). Стакан падает в шахту и заполняется породой, которая удерживается самостоятельно. Через длинные щели в стенках стакана его можно очистить, используя арматуру или подобный инструмент.

Для реализации ударно-канатного способа бурения можно использовать оба инструмента – желонку и стакан. Комбинируя инструменты и применяя каждый из них для «своего» грунта, можно добиться наибольшей эффективности работы, существенно ускоряя прохождение разных слоев почвы.

Впрочем, если говорить о скорости работы, то здесь ударно-канатный метод занимает последнее место – на бурение скважины в одиночку может потребоваться один-два месяца. Конечно, все операции достаточно просты и понятны, но времени на их выполнение уходит слишком много, что нередко отпугивает начинающих мастеров, интересующихся, как сделать скважину в домашних условиях.

При помощи желонки можно сделать скважину глубиной около 40 метров. Это значение не предельное – глубину вполне можно увеличивать даже до 100 метров, и инструмент сможет выполнять необходимую работу. Впрочем, перед тем, как самому сделать скважину, необходимо запастись разными инструментами, поскольку состав грунта по мере роста глубины шахты гарантированно изменится.

Выводы и полезное видео по теме

Видео #1. Демонстрация принципа классического колонкового бурения с извлечением керна напором воды:

Видео #2. Особенности бурения скважины шнеком:

Видео #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? Оставляйте, пожалуйста, в расположенном ниже блоке. Здесь же можно задать вопрос или указать на спорные моменты в тексте.