Технология бурения скважины

Технология бурения скважины

Для обеспечения дома и участка водой устраивают буровой колодец, называемый в обиходе скважиной. С этой целью можно привлечь фирмы, которые специализируются на таких работах и которые с применением соответствующего оборудования выполнят скважину необходимой глубины. Однако при близком водоносном горизонте это можно сделать и своими силами.

Итак, скважину трубчатого колодца выполняют двумя способами – ударно-канатным и ударно-вращательным (его разновидностями являются шнековое и роторное бурение). Выбор того ли иного из них определяется породами, которые надо будет пройти в процессе бурения.

По характеристике способов бурения и описанию инструментов и приспособлений, необходимых для этого, можно было понять, как именно все это происходит. Поэтому здесь суть технологии разных способов представим в виде короткого обзора.

Суть ударно-канатного способа – это разрушение горных пород в скважине путем ударного воздействия, которое оказывает буровой инструмент, сброшенный сверху. Рабочий инструмент похож на плотничье долото. Это плоская болванка (стакан, снаряд), нижняя кромка которой заострена. Сверху на нее надевают тяжелую ударную штангу, удерживаемую на канате. При опускании ее в забой она ударяет по стакану, при этом постоянно поворачиваясь вокруг собственной оси и описывая небольшой угол, благодаря чему скважина приобретает круглую форму.

В процессе бурения в скважину время от времени подливают воду, которая выполняет двоякую функцию: во-первых, охлаждает долото, во-вторых, образует шлам (это частицы разрушенной породы, смешанной с водой), который извлекают на поверхность, используя желонку. При бурении рыхлых грунтов (песчаных или гравелистых), которые осыпаются и заваливают скважину, проходку выполняют внутри установленных обсадных труб.

Осуществление ударно-канатного способа выполнения скважины невозможно без вышки или треноги. Ее сваривают из труб диаметром примерно 100 мм, если есть сварочный аппарат и бурильщик обладает навыком его использования.

Однако треногу можно устроить из подручного материала, которым чаще бывает дерево. Для этого потребуются три бревна диаметром 150–200 мм и длиной 4–5 м. В них просверливают сквозные отверстия, нанизывают на тонкую трубу (шкворень), которую фиксируют, чтобы ноги не разъезжались.

Для того чтобы полностью поднимать снаряд над поверхностью земли, тренога должна быть выше длины забивного инструмента.

В верхней части треноги устанавливают блок (или лебедку), через который перебрасывают трос. Проще всего поднимать забивной стакан посредством троса и ворота (и в этом случае возможно применение лебедки). Для последнего берут отесанное бревно, с торцов забивают трубу или стальной прут, которые будут играть роль металлической оси. Чтобы она легче вошла в бревно, в нем предварительно просверливают отверстие небольшого диаметра (меньше, чем диаметр прута). Для удобства вращения ворота с одной из сторон к оси приваривают ручку. Чтобы предупредить проворачивание оси внутри бревна, концы оси оснащают ушами.

Ворот устанавливают между ногами треноги, к нему прикрепляют один конец троса, а второй – к забивному стакану. При вращении ворота трос, наматываясь на него, поднимает снаряд.

Прежде чем начать бурение, выкапывают шурф – яму со сторонами 1,5 ? 1,5 м и глубиной примерно 2 м. Он не позволит верхнему слою почвы осыпаться в скважину. Дополнительно его обшивают досками.

После всех приготовлений над местом бурения ставят треногу, поднимают стакан на высоту 1–1,5 м и сбрасывают. При ударе о дно скважины он углубляется, наполняется грунтом, в результате чего образуется полость. При этом плотный грунт не высыпается, и когда стакан набивается полностью, его извлекают, очищают через боковую щель и повторяют всю процедуру снова.

При прохождении сыпучих грунтов для его выбирания применяют желонку.

Для предотвращения осыпания грунта в проходку, одновременно с бурением устанавливают обсадные трубы (в отсутствие того и другого обсадные трубы можно монтировать по окончании бурения). Для этого на трубе, опущенной в скважину, устанавливают деревянный хомут, 2 человека, взяв его за концы, толчкообразно вращают трубу по часовой стрелке. Башмак на ее конце обрезает стенки забоя, и обсадная труба постепенно заглубляется. Когда такого порядка оказывается недостаточно и труба прекращает опускаться, сначала толчком ее поворачивают против часовой стрелки, потом – по часовой стрелке. При этом (повторимся) важно, чтобы обсадные трубы занимали строго вертикальное положение, что контролируется отвесом, прикладываемым с разных сторон. Чтобы удобнее было опускать рабочий инструмент в скважину, первую трубу надо забить максимально глубоко.

Если проходку ведут в каменистых грунтах, то забивной стакан заменяют долотом, который дробит породу до состояния крошки, ее извлекают посредством желонки.

По достижении необходимой глубины бурение приостанавливают, приступают к обустройству скважины, опусканию фильтра и т. д.

Основное достоинство ударно-канатного бурения состоит в том, что даже с небольшим набором инструментов (дрели, кувалды, сварочного аппарат, «болгарки») и материалов можно пробурить скважину и обеспечить себя водой.

Технология ударно-вращательного способа состоит в том, что бурение скважины проводят посредством буровой колонки, висящей на вышке (треноге) с подъемником, закрепленным над осью бурения с помощью вертлюга. Буровая колонка – это ряд буровых штаг (стандартная их длина – 3 м, однако в домашних условиях допускается снизить ее до 1,5 м), соединенных муфтами. По мере того как колонка будет погружаться в скважину, ее наращивают штангами до необходимой длины.

Для осуществления собственно бурения к самой нижней штанге прикрепляют буровую головку, а для вращения колонки применяют хомут-вороток.

В зависимости от пород используют разные буры: для мягких – ложки, для плотных – змеевик, для твердых – долото. А извлекают раздробленную породу с помощью желонки. В процессе бурения необходимо помнить, что после каждого удара бур должен быть повернут примерно на 15°, иначе скважина не получится круглой.

Для защиты проходки от осыпания грунта в забой опускают обсадные трубы.

Сам процесс бурения, как и при предыдущем способе, начинается с того, что выкапывают шурфы, обшивают его досками, после чего на дно кладут два лежня, перпендикулярно к ним – доски толщиной не менее 50 мм. Такую же конструкцию располагают по краям шурфа. После этого устанавливают буровую вышку, убирают верхний настил, с помощью отвеса, опущенного с блока, находят центр, в котором будет осуществляться бурение, выпиливают отверстие, диаметр которого должен соответствовать диаметру соединительной муфты или башмака обсадной трубы. Далее возвращают верхний настил на место и точно над нижним отверстием проделывают в нем еще одно. Благодаря этому буровая колонка не сможет отклоняться от вертикали.

Чтобы центрировать звенья обсадной трубы, надо воспользоваться простым кондуктором, состоящим из двух швеллеров (их вполне заменят три стальные накладки), которые приваривают к штангам. Это приспособление, кроме того, усилит соединительный шов.

После описанной подготовки приступают к бурению. К нижнему концу штанги прикручивают бурильную головку, к верхнему – вертлюг и помещают смонтированную конструкцию над отверстием в настиле шурфа. Штангу пропускают через оба отверстия в шурф и выполняют забуривание (профессионалы так называют первоначальное неглубокое бурение). Однако перед этим на колонке мелом чертят отметку на высоте 600–700 мм от верхнего настила. Как только она достигнет настила, надо будет поднять бур и очистить его от грунта. Эту процедуру повторяют постоянно, что помогает вовремя освобождать бур от породы.

По мере заглубления штанги ее наращивают, для чего снимают вертлюг, привинчивают переходную муфту, вкручивают следующую штангу, на верхний конец которой надевают вертлюг и подвешивают за него к подъемнику. Далее прикрепляют ко второй штанге хомут-вороток, за который 2 человека вращают колонку (желательно, чтобы третий участник бурения контролировал вертикальность штанги и соответственно проходки).

Шнековое бурение считают бюджетным (малозатратным) и наиболее доступным способом, тем более что так можно пробурить скважину глубиной 30 м и более. Технологически он представляет собой выемку грунта шнеком (так называют классический архимедов винт), спиралеобразным буром.

Принцип, на котором основывается этот способ бурения, заключается в том, что измельченная порода, двигаясь по шнековой спирали, поднимается вверх и удаляется из забоя. Такое движение грунта возможно благодаря тому, что шнек вращается с большей скоростью, чем порода, а сила трения извлекаемой породы о стенки проходки преобладает над силой трения породы о шнек, по этой причине она просто скользит по нему, а не вращается одновременно с ним.

Шнековое бурение легко осуществляется в сухих и достаточно мягких грунтах, в то время как твердые скальные породы и плывуны становятся для шнека непреодолимым препятствием.

Для шнекового бурения необходимо иметь шнек, кромки которого нередко усиливают резцами, изготовленными из предварительно заточенных напильников и приваренных. Шнек можно изготовить из ледового бура. Для этого сначала отсоединить (если он сборный) или отрезать (если он цельный) коловорот, сохранив часть прямой штанги. На ее конце, отступив от торца не менее 40 мм, просверливают отверстие диаметром 9 мм перпендикулярно оси вращения, чтобы потом соединить ее с трубой или рычагом, с помощью которых будет осуществляться вращение. Рычагом послужит стальная водопроводная труба нужного диаметра в виде Т-образной конструкции. Длина поперечины составит 60 мм, поскольку для создания плеча силы (момента вращения) хватает оси вращения диной 30 см. Длина ножки равна 30 см. При несовпадении диаметра штанги и внутреннего диаметра трубы надо сделать переходник и приварить его.

Кроме того, нужны будут удлинители (звенья, колена). Их роль сыграет та же труба, что и для Т-образной конструкции. Длина удлинителей – 1,5 м, а количество – в зависимости от глубины скважины. Удлинитель – это труба с просверленными на концах на расстоянии от торцов 40 мм отверстиями диаметром 9 мм. Для каждого удлинителя надо подобрать палец длиной 110 мм, на котором также на расстоянии 40 мм от торцов просверлить отверстия диаметром 9 мм. В качестве крепежных элементов обычно берут болты с резьбой М8 (по 2 штуки на каждый удлинитель). Важно только, чтобы их длина была такой, чтобы после накручивания гайки резьбовой конец болта выступал на 10 мм. Остается только проконтролировать все детали на взаимозаменяемость, что-то подогнать, если возникнет такая необходимость.

Для звеньев потребуются стальные трубы диаметром 25 мм. Остальные инструменты самые обычные – лопата, тачка или садовая тележка, высокий стол (бочка, козлы и т. п.), сито, насос.

Перед бурением обсадные трубы готовят, просверлив в их стенках отверстия диаметром 5–7 мм. Перфорированный участок длиной 1,5–2 м должен находиться не ниже 500 мм от нижнего торца трубы. Потребуются и бруски, которые, будучи прикрепленными к трубе, будут центрировать трубу в забое и удерживать пространство между трубой и стенкой скважины одинаковым.

На отведенным под колодец месте разравнивают грунт, делают углубление на 400–600 мм, устанавливают бур и приступают к работе. Примерно 3–4 м проходки 1 человек может осуществлять своими силами, далее надо будет привлечь помощников, поскольку вращение бура по мере заглубления будет становится все более трудным. Несколько смягчает дело вода, подливаемая в скважину.

После 3–4 оборотов (вращение можно вести газовым ключом № 3) бур извлекают на поверхность и освобождают от породы. Действуя таким образом, работают до момента, пока ручка бура не достигнет земли. Это означает, что наступило время нарастить бур очередным звеном. Дальнейшее бурение вести с земли не удастся, поэтому надо встать на стол или другой подходящий предмет.

Постепенно наращивая колена, доходят до водоносного пласта. Это станет понятно по влажному грунту. Здесь возрастает опасность затягивания бура в грунт. Для предотвращения этого влажную породу выбирают небольшими порциями. Если не удается извлечь бур вручную, то поможет простое приспособление из бревен и бочки, благодаря которому подъемная сила существенно возрастет.

После опускания обсадной трубы зазор между ней и проходкой засыпают мелким гравием.

Далее выполняют раскачку скважины, очищают ее от грязи. Для этой цели подходит центробежный насос достаточной мощности. При этом гравий постепенно оседает, и его надо подсыпать. Поскольку раскачивают скважину долго и используют много воды, надо проложить водоотводную канаву. По окончании всех работ колодец обустраивают.

Роторный способ для самостоятельного бурения не подходит, поскольку для него требуется специально предназначенная для этого бурильная труба, в которую погружают вращающийся вал с наконечником (долото), нагрузка на который создается посредством гидравлической установки. Таким способом можно пройти забой любой глубины. При этом разрушенная порода вымывается бурильным раствором, который поступает (закачивается или самотеком) непосредственно в трубу, после чего откачивается насосом. В связи со сказанным не имеет смысла вдаваться в технические подробности этого способа бурения.

Если проходку выполняют в песчаных грунтах, необходимо следить за тем, чтобы буровой инструмент не погружался в породу ниже башмака обсадной трубы более чем на половину своей длины. Иначе возможны обвал песка и блокирование инструмента.

Есть еще один способ бурения скважины, который заслуживает внимания, – гидромеханический.

Его практикуют, когда водоносные пласты залегают не более чем на 10 м, а грунт достаточно мягкий. Для бурения потребуются стальная труба диаметром не менее 120 мм (она будет служить обсадной) с зубьями на нижнем конце, причем они выгнуты наружу под углом 30°. Длина трубы определяется глубиной залегания водоносного горизонта. Верхний конец трубы закрывают фланцем (для его фиксации к стенкам трубы приваривают 4 ушка с просверленными под болты М10 отверстиями) со вставленным проходным штуцером, на который надевают шланг для закачивания воды. Он проходит по всей длине трубы. На расстоянии 40–50 мм от нижнего торца трубы приваривают зажим для нижнего конца шланга.

После определения места бурения, трубу погружают на глубину до 1 м, устанавливают ее вертикально, заглубляют, опускают внутрь шланг, в стоящую рядом бочку – насос «Малыш», включают воду, которая, изливаясь под напором, размывает породу. Чтобы усилить напор водяной струи, в нижний конец шланга вставляют распылитель – отрезок металлической трубы длиной примерно 100 мм соответствующего диаметра и расплющивают его, оставив щель размером не более 1 см. Для ускорения процесса трубу слегка поворачивают из стороны в сторону и покачивают, чтобы зубцы интенсивнее разрушали породу. Для вращения трубы используют ворот в виде двух трубок, стянутых хомутом. При этом труба под собственной тяжестью погружается все ниже, пока не дойдет до водоносного пласта. После этого фланец снимают, вытаскивают шланг, опускают насос в обсадную трубу и откачивают воду.

Описанный способ бурения хорош тем, что не требует наличия сложных конструкций, специального оборудования и не нуждается даже в помощниках. Но он результативен исключительно в мягких глинистый и песчаных грунтах, легко проходит плывуны. Но вследствие активной эксплуатации насосов, их придется менять на новые (они не выдерживают нагрузки). Для скважины глубиной 20 м понадобятся 3–4 насоса, но вместе с обсадной трубой это будут все расходы.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.