Основные методы бурения водозаборных скважин

При строительстве частных малоэтажных домов и коттеджей особо остро встает вопрос подвода коммуникаций. Однако если с подключением газа и электричества не возникает, как правило, особых затруднений, то вопрос водоснабжения приобретает характер первостепенной важности, особенно в случае невозможности подключения к централизованной водопроводной магистрали. Разумеется, можно воспользоваться испытанным "дедовским" способом и выкопать рядом с домом колодец, однако это вряд ли будет наилучшим решением. Вода в мелких колодцах зачастую не отвечает санитарным нормам, а ее объемы и качество сильно подвержены сезонным колебаниям.

Выбор метода бурения скважины зависит от гидрогеологических и инженерно-геологических условий местности.

Видео по теме "Горизонтально направленное бурение (ДЕНЬ 1) �� в Австралии Ditch Witch Horizontal Directional Drill"

Оптимальным вариантом в случае с автономным водоснабжением будет бурение скважин под воду. Скважина позволит потреблять качественную воду в почти неограниченном количестве, причем независимо от сезона. В настоящее время используются самые различные методы бурения скважин под воду, каждый из которых имеет определенные преимущества и недостатки. Выбор метода бурения напрямую зависит от целого ряда факторов, среди которых:

• целевое предназначение скважины;
• потенциальные объемы водозабора;
• геолого-гидрогеологические условия местности;
• технико-экономические показатели;
• глубина и диаметр скважины.

Выбор способа бурения скважин обуславливает в итоге их долговечность, скорость подачи и качество воды, степень засоряемости фильтров и т.д.

Видео по теме "Бурение скважин на воду. Основные этапы бурения. Видео о бурении"

Поэтому к вопросу выбора способа бурения следует отнестись со всей серьезностью.

Классификация

В зависимости от глубины и диаметра все водозаборные скважины делятся на 3 основных типа:

Разновидности скважин.

1. Мелкая скважина, глубиной до 10 м и диаметром 3-5 см. Используется преимущественно для хозяйственно-бытовых нужд и для полива. Вода из таких скважин требует обязательной фильтрации ввиду большого количества примесей.
2. Скважина средней глубины, до 30 м, и диаметром от 5 до 12 см. Самый распространенный тип водозаборных скважин. При сроке службы до 20 лет и рабочем напоре воды около 3-5 м в час является оптимальным вариантом в финансовом отношении.
3. Глубокая скважина, глубиной до 150 м и диаметром до 35 см. Вода в таких скважинах наиболее чистая благодаря дополнительной фильтрации. Срок службы глубокой скважины может достигать 50 лет.

Учитывая глубину и направление бурения, а также характер проходимых пород, можно выделить и такие разновидности скважин, как:

• скважина на песок;
• скважина на известняк;
• абиссинский колодец;
• артезианская скважина.

Одним из наиболее простых и сравнительно дешевых видов водозаборных скважин является так называемый абиссинский колодец. Прохождение слоев грунта здесь осуществляется путем последовательного забивания труб диаметром до 5-6 см, соединенных между собой с помощью герметичного резьбового соединения посредством специальных муфт. На конце первой трубы устанавливают конусообразный наконечник несколько большего диаметра, что позволяет уменьшить трение трубы о грунт. Срок службы абиссинских колодцев может достигать 30 лет, скорость подачи воды на поверхность - от 10 до 30 литров в минуту.

Артезианские скважины обустраиваются в подавляющем большинстве случаев в известняковых породах. Объясняется это тем, что в известковых водоносных слоях присутствие воды является гарантированным в любом случае, независимо от местности и сезонно-климатических условий. Глубина скважины артезианского типа может составлять от 50 до 450 м в зависимости от гидрогеологических условий местности. Характерной особенностью артезианских скважин является их способность к самоизливанию, поэтому воду из них возможно откачивать со скоростью до 5 м в час, что в значительной степени превышает данный показатель для скважин на песок.

Видео по теме "Бурение скважин на известняк в Санкт-Петербурге и Ленинградской области"

Основные принципы

В настоящее время для бурения водоносных скважин используют два основных принципа:

Схема оптимального расположения оборудования для гидробурения.

• ударный;
• вращательный.

Ударное бурение по характеру прохождения пород представляет собой бурение сплошным забоем. В зависимости от способа передачи усилия от силового агрегата к буровому наконечнику различают:

• ударно-штанговый метод;
• ударно-канатный метод.

Ударно-штанговый метод

Ударно-штанговое бурение осуществляется при помощи передачи ударной нагрузки на наконечник посредством штанг - металлических прутьев диаметром 16-22 мм. Удары штангой наносятся непосредственно по буровому наконечнику, что позволяет избежать деформации резьбовых соединений обсадных труб. Данный метод используют в случаях, когда невозможен подвод воды к буровой установке, в условиях крайнего севера и в труднодоступных местностях.

Ударно-канатный способ

Ударно-канатное бурение занимает много времени и требует больших трудозатрат.

Ударно-канатное подразумевает использование гибкой передачи ударной нагрузки на наконечник при помощи каната (троса). Этот метод использовался еще в Древнем Китае, когда с определенной высоты сбрасывался тяжелый конусообразный груз, уплотнявший и раздвигавший грунт. В настоящее время в качестве наконечника при ударно-канатном бурении используют так называемые желонки и забивные стаканы. Желонка имеет специальный клапан, при помощи которого удерживается выбираемый из скважины грунт. В стакане порода удерживается за счет силы трения.

Желонка используется преимущественно для бурения рыхлых песчаных грунтов, забивной стакан - для разработки глинистых почв и суглинков. Данный способ позволяет оборудовать достаточно глубокие скважины глубиной до 300 м. Наиболее глубокие скважины, разработанные ударно-канатным способом, имеют в продольном разрезе телескопическую структуру, сужающуюся по мере углубления.

Обе эти разновидности ударного бурения отнюдь не лишены недостатков. Бурение ударным методом - процесс длительный и достаточно трудоемкий ввиду малой глубины проходки. Кроме того, уплотнение стенок скважины в процессе прохождения сильно снижает удельную водоотдачу грунта. Тем не менее данный способ весьма распространен, поскольку предполагает минимальное использование специальной техники и может быть применен при самых неблагоприятных условиях.

Гораздо большую производительность имеют различные методы вращательного бурения, среди которых основными являются:

• роторное бурение;
• шнековое бурение.

Роторный вариант

Метод роторного бурения скважин прост и доступен для закладки скважин вручную.

Роторное бурение широко применяется для бурения скважин и представляет собой вращательное бурение сплошным забоем. Данный метод заключается в прохождении грунта вращающимся буром и последующем удалении разрушенной породы посредством подачи воды. По направлению циркуляции промывочного раствора и вывода шлама из скважины различают следующие разновидности роторного бурения:

• с прямым водотоком;
• с обратным водотоком.

При бурении роторным методом с прямым водотоком вода под давлением через штанги и бурильные трубы подается непосредственно в зону бурения. Затем вместе с частицами разрушенной породы вода поднимается к устью скважины и по лотку направляется в заранее оборудованный отстойник. В качестве промывочной жидкости используют обычно растворы глины или иных клеящих веществ различной плотности, позволяющие укрепить стенки скважины.

При бурении с применением обратной промывки раствор самостоятельно поступает из отстойника в зазор между стенками скважины и бурильными трубами и достигает забоя. Затем при помощи насоса, расположенного на поверхности, вода вместе с частицами породы через отверстия в буре поднимается к устью и через шланги отводится в отстойник.

Видео по теме "Бурение на воду ударно канатным методом: первые метры или бурю в раю"

Бурение роторным методом как с прямым, так и с обратным водотоком, можно осуществлять на довольно большую глубину без осадки, поскольку стенки скважины удерживаются от обрушения избыточным давлением столба воды.

Роторное бурение с промывкой обладает рядом характерных преимуществ в сравнении с методами ударного бурения. Это и высокая скорость прохождения, и сравнительно малый расход обсадных труб, и возможность бурения скважин достаточно большого диаметра.

Роторно-турбинный метод

Вращательным методом с прямой подачей промывочного раствора является и так называемый роторно-турбинный метод бурения скважин. В этом случае к буровой колонне подключаются два спаренных турбобура, приводимых в движение напором поступающей сверху жидкости. При этом достигается наиболее равномерное прохождение грунта внутри всего забойного пространства.

Гидродинамический способ

Разработка скважин возможна и вовсе без бура (долота). Таковым является, в частности, так называемое гидробурение. Заключается оно в узконаправленной подаче струи воды под большим давлением в точку, намеченную под разработку. Процесс этот достаточно быстрый, но имеющий свои недостатки. Выбор гидродинамического метода может быть целесообразен только на рыхлых почвах - песках и супесях. При выходе на глинистые или известняковые горизонты возникают соответствующие проблемы. Кроме того, глубина скважин, пробуренных таким способом, не может превышать 15 м.

Видео по теме "Бурение скважины на воду, немецкая технология"

Шнековый

Этапы бурошнекового бурения.

Шнековое бурение осуществляется без использования промывочного раствора и применяется при разработке скважин на глубину до 50 м (в редких случаях - до 80 м). Шнек представляет собой конструкцию, сваренную из стальной трубы и закрученной вокруг нее ленты винтообразной формы. На конце трубы закреплен породоразрушающий элемент - бур либо долото с двумя или тремя резцами. При вращении шнека разрушенная порода по винтовой направляющей поднимается наверх и выводится в отвал. Это называется бурением "всухую".

На проблемных и плохо изученных почвах возможно одновременное использование двух или более методов (например, ударно-канатный в сочетании с роторным). Подобные способы бурения скважин называют комбинированными.

Критерии выбора

Основными критериями выбора метода бурения скважин являются гидрогеологические условия местности, уровень залегания грунтовых вод, целевое предназначение скважины и другие факторы. Осуществляя выбор технологии бурения, в первую очередь необходимо оценить качественный состав грунта и предполагаемую глубину будущей скважины.

Видео по теме "Буровой лафет на экскаватор Стронг МФ 60"

Так, при бурении песчаных и гравийно-галечниковых грунтов на глубину до 100 м при диаметре скважины до 20 см вполне подойдет шнековый метод. Ударно-канатный способ является наиболее подходящим для песчаных и твердоскальных грунтов при условии заглубления забоя не более чем на 150 м. Та же технология с использованием забивного стакана может быть оправдана на глинистых почвах и суглинках.

Роторный метод с прямым водотоком подойдет для разработки как песчаных и текучих пластичных грунтов, так и для наиболее твердых скальных пород. Роторный способ с применением обратной промывки будет оптимальным на рыхлых грунтах при глубине шахты забоя вплоть до 500 м и диаметре до 1 м.

На проблемных почвах с чередованием слоев различной плотности целесообразно применять комбинированные методы, например, ударно-канатный - в рыхлых водонесущих горизонтах на глубине до 150 м, и роторный - в безводных плотных слоях на глубине свыше 150 м.

В любом случае приступать к организации скважины нужно лишь после тщательной и всесторонней оценки конкретной отдельно взятой ситуации.