Правила бурения артезианских скважин

Артезианская скважина (на известняк)

Конструктивно она напоминает скважину на песок. Главным отличием является отсутствие фильтрующей сетки в нижней секции труб и глубина источника. Вода из таких сооружений поступает из водоносных слоев, располагающихся в толще известняка. Благодаря чему она получается чистой, с небольшой степенью минерализации.

Достоинства:

• Производительность. Способна обеспечивать потребителей жидкостью в объеме от 1 до 3м3/час.
• Беспрерывная подача воды. На водоотдачу не влияет время работы насоса. При пятиминутном или двухчасовом режиме дебит одинаковый.
• Бактериологическая чистота. Артезианские слои практически не подвержены загрязнениям с верхнего пласта почвы, канализационным стокам.
• Долгий срок службы. Эксплуатация скважины с одной трубой происходит в течение 20-30 лет. При использовании 2 труб (пластиковая вставляется в железную) функционирует до 50 лет.

Существенный недостаток только один — высокая цена.

Механические способы

Выполнение механических методов бурения скважин на воду предполагает привлечение особого оборудования и дорогостоящей тяжёлой техники. Из их разновидностей наибольшее распространение получила вращательно-роторная технология механического бурения скважины на воду. Здесь используются шарошечные долота, поэтому такой способ относится к категории бескерновых

Особую важность при его реализации приобретает вопрос своевременного выноса на поверхность породы, разрушаемой по всему объёму забоя. Скорость в сочетании с экономичностью – вот основные преимущества механических способов бурения

Однако работать они могут не со всеми породами. Ниже коротко представлены лишь некоторые подобные технологи.

1. Бурение на воду с продувкой (промывкой). Такой вид вращательно-роторного бурения активно применяется в обустройстве артезианских скважин. При проходке верхних пластов грунта используют глинистый водяной раствор, в том время, как проходка  известнякового слоя выполняется с применением чистой воды. Промывочная жидкость решает следующие задачи:

• создаёт давление на продуктивный горизонт;
• снижает силу трения;
• закрепляет стенки скважины в ходе работ;
• выводит разрушаемую породу.

Циркуляция промывочной жидкости обеспечивается компрессором либо насосом или обоими агрегатами. Промывка бывает двух видов: прямой и обратной. В первом случае промывочный агент закачивается во внутреннюю полость трубы, а наверх поступает через так называемое затрубное пространство. При обратной промывке всё выполняется с точностью до наоборот: промывочный агент закачивается в затрубное пространство, а наружу выводится непосредственно через трубу. Способ помывки выбирается с учётом результатов геологических исследований и параметров скважины.

Бурение механическими способами позволяет работать практически с любым типом почвы и достигать водоносного слоя, расположенного на большой глубине

Обратная циркуляция зачастую применяется, когда необходимо пробурить крупную скважину с большим диаметром кондуктора и обсадных труб, а проходка осуществляется в неустойчивых породах. Продувка — это та же промывка, только в роли агента выступает газ (скважину продувают, а не промывают).

2. Механический роторный способ.  Данный метод ориентирован на строительство артезианских или других глубоких скважин. Он предполагает использование тяжёлой техники — буровых агрегатов, смонтированных на базе грузовых транспортных средств марок «ЗИЛ», «МАЗ», «КамАЗ» и «Урал». Породу разрушает вращающееся долото. Создаваемый мотором (он может быть маршевым двигателем автомобиля или устанавливаемым на отдельной платформе палубным) крутящий момент передаётся ротору, который вращает бурильную трубу. Для увеличения нагрузки на забой реализуется следующее техническое решение: шарошечное долото соединяется не с обыкновенной, а с утяжелённой стальной бурильной трубой.

Основные способы забуривания скважин

В зависимости от вида и состояния горных пород в приповерхностном слое, диаметра и типа породоразрушающего инструмента, способа бурения, вида очистного агента и бурильной колонны применяют следующие основные способы забуривания скважин.

• 1. Установка трубы-направления скважины в шурф, предварительно выкопанный вручную. После установки в шурф трубу-направление или цементируют или закапывают. Этот способ применяется при бурении скважин большого диаметра шарошечными долотами с промывкой скважины глинистым раствором (в основном скважины на нефть и газ) и при бурении геологоразведочных скважин ударно-канатным способом.
• 2. Забуривание скважины «всухую», т. е. без промывки или продувки. Этот вариант находит применение при бурении с поверхности земли в тех случаях, если верхний интервал геологического разреза представлен осадочными породами при использовании обычных снарядов (без съемного керноприемника). Для бурения колонковый набор оснащают твердосплавной коронкой типа СМ или СА, а забуривание производят при медленном вращении колонны и повышенных нагрузках на глубину 2-3 м до коренных пород. Если коренные породы залегают глубже, то «всухую» бурят до предельно возможной глубины, а затем устанавливают трубу-направление и ведут бурение до коренных пород уже с промывкой инструментом меньшего размера.

Возможен вариант забуривания «всухую» посадкой обсадной колонны, оснащенной коронкой или башмаком в рыхлые сыпучие породы с вращением и под действием повышенной осевой нагрузки на предельно возможную глубину. Обсадную колонну после этого не извлекают, а породу внутри колонны разбуривают уже с промывкой колонковым набором меньшего размера.

3. Забуривание с продувкой пневмоударником или шарошечным долотом может применяться по любым, в том числе твердым, выветрелым породам, породам, насыщенным крупными обломками и на значительные глубины. Этот способ рекомендуется для различных условий бурения, но только в том случае, если не требуется керн в интервале забуривания. Для забуривания может использоваться, например, пневмоударник П-105 (диаметр долота 105 мм) и компрессор, обеспечивающий давление воздуха 0,2-0,5 МПа. Для оперативного забуривания целесообразно иметь в организации мобильный компрессор с комплектом бурового инструмента именно для осуществления операций забуривания.

При бурении по неустойчивым, аллювиальным, сыпучим породам бурение пневмоударником может осуществляться с поверхности с опережающим креплением ствола скважины, когда разрушение породы на забое сопровождается забиванием и обсадной колонны, оснащенной башмаком или специальным долотом. По данной схеме реализуется бурение в соответствии с методами OD, ODEX и DEPS компании Atlas Copco.

4. Забуривание с промывкой алмазным или твердосплавным инструментом проводят при бурении из подземных горных выработок без установки обсадных труб, если породы устойчивые и несклонные к набуханию и обваливанию.

Техническая вода в этом случае удаляется из скважины изливом и попадает в зумпф по канавке.

Устье скважины при бурении горизонтальных или восстающих скважин, буримых из подземных горных выработок, обязательно оборудуется специальным герметизирующим устье скважины патрубком при использовании для бурения снаряда ССК. Тогда доставка и извлечение керноприемника и овершота производится за счет регулируемого гидравлического напора в герметичном пространстве ствола скважины.

Вариант забуривания с промывкой практикуется и при бурении скважин с поверхности ССК. В этом случае забуривание производят с промывкой водой колонковым набором ССК с твердосплавной или алмазной коронкой до предельной глубины и извлекают на поверхность керноприемник с керном. Техническая вода, на начальном этапе, изливается из скважины и удаляется за пределы буровой установке по канавке. Далее производят обуривание оставленной в скважине и выходящей на поверхность колонковой трубы обсадной трубой большего размера, оснащенной армированным башмаком. После обуривания обсадной трубой бурение снарядом ССК продолжается, а обуривание обсадной колонной проводят до тех пор, пока обсадная колонна не войдет в плотные коренные породы.

Забуривание с промывкой производят и при бурении двойной колонной КГК (гидротранспорт керна). В этом случае вода циркулирует через зазоры в колонне и попадает в зумпф не изливаясь и не контактируя со стенками скважины.

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

Этапы работ по созданию скважины своими руками

Сначала необходимо вырыть яму. Её размеры должны составлять 150 на 150 см. Чтобы исключить осыпание углубления, выполняют облицовку её стенок фанерой, досками или используют куски ДСП. Есть и другой вариант. Необходимо пробурить ствол с диаметром 15х20 см и глубиной 1 метр, используя для этого обычный бур. Это делается для того, чтобы обеспечить устойчивость трубы в вертикальном положении.

Следующим действием над углублением устанавливают металлическую треногу, которую часто называют вышкой. Она должна располагаться в прямом положении. В месте соединения треноги закрепляют лебёдку. На треноге располагается бурильная колонка полутораметровыми штангами.

Последние скрепляют в одну трубу посредством резьбы, а потом выполняется их фиксация хомутом. Такая конструкция используется для спуска и подъёма оборудования при бурении скважины.

С насосом, который будет качать воду на поверхность, необходимо определиться заранее. Выбор насосного оборудования позволяет решить проблему с диаметром будущей скважины и колонковой трубы. В трубу насосное оборудование должно свободно проходить. Поэтому между диаметром насосного оборудования и внутренним диаметром трубы разница должна составлять минимум 5 мм.

Принцип бурения

Спуск и последующий подъем оборудования — в этом состоит процесс бурения скважины. Штанга проворачивается и одновременно с этим по ней ударяют сверху. Работая вдвоём, выполнить эту работу гораздо проще. Один человек крутит газовым ключом, второй наносит удары по штанге сверху, пробивая породу.

Использование лебёдки позволяет заметно упростить процесс бурения. Применяя её, опускание и подъем бурильного оборудования происходит заметно легче. При бурении штангу следует маркировать. Отметки необходимы для ориентации. По маркировке хорошо видно, когда пора вытягивать штангу и выполнять очистку бура. Специалисты рекомендуют выполнять эту процедуру каждые полметра.

Не все знают, как бурят скважины на воде. Для облегчения задачи по преодолению различных пластов грунта рекомендуется использовать различные типы буров:

1. Спиральный бур — он предназначен для глинистых почв.
2. Бур-долото — с его помощью выполняют разрыхление твёрдых пород.
3. Бур-ложка — его применяют для песчаного грунта.
4. Желонка — она помогает поднять грунт на поверхность.

Песчаный грунт легче всего преодолеть, если при бурении использовать бур-ложку. Во время бурения для облегчения этой задачи следует добавлять воду. Если грунт твёрдый, то в этом случае лучше всего использовать бур-долото. Такие буры бывают нескольких видов:

Вне зависимости от используемого вида главное его предназначение состоит в том, чтобы обеспечить помощь в разрыхлении твёрдых пород. Пески-плывуны преодолеваются с использованием ударного способа.

У основания бура размер варьируется от 45 до 85 мм. Лезвие может иметь размеры от 250 до 290 мм. Для пробития галечных пластов, содержащих гравий, используют поочерёдно желонку и долото с обсадными трубами.

В отдельных случаях приходится бурить с обязательным заливом воды в отверстие. Такая процедура поможет сделать более простой задачу по бурению скважины. Иногда для создания скважин на участке используется вариант её бурения при помощи помпы.

Если доставляемая на поверхность земли порода стала влажной, то это говорит о близости водоносного слоя. Остаётся углубиться совсем на небольшое расстояние, чтобы перейти в водоносный горизонт. В этом случае бурение будет лёгким, но останавливаться нельзя, пока не будет обнаружен водоупорный слой.

Рекомендации и правила эксплуатации

В завершении приведем несколько советов по эксплуатации АС:

• К каждой АС полагается паспорт и инструкция, от точности следования ей полностью зависит срок службы, как оборудования, так и самой скважины.
• Периодически проверять фильтр и при необходимости производить его замену.
• Не менее одного раза в год делать анализ состава воды, если ее состав изменился, то потребуется оптимизация фильтрующей системы.
• При возникновении подозрений на нештатную работу, не следует самостоятельно пытаться справиться проблемой, необходимо вызвать соответствующую службу для ликвидации аварии и ремонта.
• Если в процессе отбора происходит снижение давления воды, не предпринимайте самостоятельных действий, вызывайте специалистов.

Преимущество бурения артезианских скважин на воду

Артезианская скважина считается самым лучшим источником воды изо всех существующих. И не зря, ведь данный источник имеет ряд существенных преимуществ в сравнении с другими водоносными жилами, а именно:

• высокая производительность скважины. Известняк характеризуется большой водоотдачей, которая равна 1-3 кубическим метрам в час. Во время работы обычной грунтовой скважины удается добыть воды от 300 до 1000 л в час, что достаточно для обеспечения жидкостью небольшого коттеджа (на семью из трех человек). Источники артезианской воды способны давать более 150 л в минуту. Данная скважина может добывать очень большое количество воды, что позволяет обеспечить жидкостью садовое товарищество или микрорайон города;
• непрерывная подача воды. Размещать артезианскую скважину можно в любом месте, при этом напор воды будет постоянно производиться под высоким давлением. На напор никак не влияет время работы насоса: даже после трех часов работы водоотдача будет одинаково мощной. В случае если производительность составляет 3 кубометра в час, то разрешается одновременная работа от 3 до 5 точек водозабора воды. При этом в любой из них давление будет отличным. Если это простой артезианский колодец, насос сможет полноценно питать не более двух точек потребления воды. Если потребность в жидкости возрастает, то вода из кранов будет течь тонкой струйкой;

Бурение артезианской скважины производится на глубину до 100 м

• отлично работает независимо от времени года. Использование артезианской водяной скважины особенно актуально для регионов с продолжительным низкотемпературным периодом. Это происходит потому, что благодаря глубокому расположению водных горизонтов сохраняется стабильная и высокая производительность водоснабжения. Подобного не увидишь в работе традиционных песочных скважин. Кроме того, такой источник воды никогда не пересыхает, не зависит от погодных условий и количества атмосферных осадков;
• обильность водоносного слоя. Если на одном грунтовом водоносном горизонте пробить пару десятков объектов водоподачи, то продуктивность воды снижается. А в случае разработки какого-либо карьера или строительства огромного объекта работоспособность песчаных скважин может и вовсе прекратиться. На работу артезианской скважины любые подобные действия не оказывают абсолютно никакого влияния;

Расположение артезианской воды в пластах земли в сравнении с обычным колодцем

качество воды. Артезианская вода – это жидкость, которая защищена от попадания химических компонентов из внешней среды, свободна от микроорганизмов и возбудителей различных заболеваний. Данная вода очищена природным грунтовым фильтром. Кроме того, насыщение минералами такой жидкости значительно выше, чем добываемой из грунтовых пластов. Также вода из артезианского источника характеризуется высоким процентом содержания железа и солей жесткости – на основе кальция, магния и других макроэлементов.

Срок эксплуатации артезианской скважины зависит от жилы на которой она расположена

Недостатки устройства артезианской скважины

1. Цена артезианской скважины. Данный объект водообеспечения однозначно обойдется дороже, чем любая водная скважина или колодец. При этом на формирование стоимости бурения влияют следующие факторы: сезон (зимой бурение обойдется дешевле), применяемая технология бурения, цена насосного оборудования, кессона, автоматики. Отдельно оговаривается стоимость услуг бурщиков.
2. Необходимость установки водоочистительных конструкций. Высокое содержание железа – ключевой недостаток воды, добытой из артезианской скважины. Этот компонент невозможно увидеть невооруженным глазом, поскольку железо в двухвалентном состоянии не видно. А значит, вода, поднятая наверх, будет кристально чистой и прозрачной. Однако спустя некоторое время, после взаимодействия с воздухом железо переходит в трехвалентную фазу и выпадает в виде осадка. Именно такой осадок накапливается в чайниках, на ТЭНах бойлеров и других нагревательных элементах. Учитывая данный фактор, во время обустройства артезианской скважины необходимо выполнить монтаж системы очистки. Установка данного оборудования выполняется только после проведения анализа воды, который позволит определить количество железа в жидкости.

Во время бурения скважины необходим монтаж системы очистки, так как артезианская вода имеет очень высокий уровень железа

Особенности технологии

Для начала определимся, что такое способ роторного бурения. Это особая технология бурения скважин, которая применяется в том случае, если необходимо, чтобы гидротехническое сооружение давало большие объёмы экологически чистой питьевой воды. При этом скважина будет отличаться стабильной и долговечной работой. В этом случае данный способ подходит лучше, чем какая-либо другая технология бурения.

Роторная буровая установка и сама технология имеют следующие преимущества перед другими бурильными конструкциями и методиками:

• Скважина, пробуренная таким способом, будет обладать высокой производительностью, то есть давать воду в большом объёме.
• Долговечность гидротехнического сооружения.
• Подача воды из скважины осуществляется стабильно (без снижения уровня и перебоев).
• Качество добываемой жидкости будет на высоте. Её смело можно использовать в питьевых целях.

Такой способ бурения скважин позволяет получить гидротехническое сооружение, которое будет обладать настолько высоким дебетом, что воды из источника хватить не только для водоснабжения жилого дома, но и для полива огорода, наполнения бассейнов и других резервуаров, а также для удовлетворения различных технических нужд.

Роторная буровая установка используется в том случае, если необходимо бурить глубокую скважину на воду. Суть метода заключается в следующем: в бурильную трубу опускается вал с наконечником в виде долота. Во время вращения вала долото разрушает породу. Вращение осуществляется за счёт функционирования гидравлической установки.

Чтобы очищать скважину от находящейся в ней породы, используют специальный промывочный раствор. Он подаётся в проходку по трубам. При этом может использоваться два способа подачи:

1. Бурильный раствор закачивается в бурильную трубу при помощи специального насосного оборудования. После этого он выдавливается наружу через затрубное пространство. Такой метод называется прямая промывка. Именно он показан на видео в конце статьи.
2. Второй способ делается иначе. Раствор подаётся в затрубное пространство, а затем при помощи насосного оборудования выкачивается из бурильной трубы вместе с измельчённой породой. Этот метод называется обратная промывка.

Способ обратной промывки имеет одно неоспоримое преимущество – с использованием такой методики можно получить гидротехническое сооружение с большим дебетом, поскольку вскрытие водоносного слоя происходит наиболее качественно. Среди недостатков стоит назвать необходимость привлечения сложной высокотехнологичной техники, поэтому данная методика более дорогостоящая.

Преимуществом роторного бурения с прямой промывкой можно назвать его относительную дешевизну в сравнении со вторым методом. Именно поэтому данный способ чаще всего используется при бурении скважин на воду на территории частных владений.

Плюсы и минусы

Бурение артезианской скважины, как и любое строительство, имеет свои достоинства, к которым можно отнести следующие факты:

• Производительность. В среднем непрерывный поток от источника равен 3 м3/час. При использовании насоса стабильное поступление воды гарантировано в любой сезон. Производительность можно увеличить, если применить более мощное оборудование и современные конструкции.
• Качество воды не зависит от времени года и капризов погоды, а также состояния грунта и паводковой обстановки. При условии правильно выполненных технологий и отсутствии примесей в грунте вода из артезианского пласта отличается кристальной чистотой.
• Срок эксплуатации. В зависимости от применяемых материалов, глубины, местности и схемы обустройства скважина может функционировать на протяжении до 50 лет.

Несмотря на значительные достоинства, технология имеет и свои недостатки, главными из которых являются следующие вопросы:

• Стоимость.
• Сбор необходимых документов.
• Установка фильтра в случае повышенной минерализации.
• Выполнение тампонажа если вода не используется.

Главным ограничителем бурения артезианской скважины является цена. Именно она вызывает большую популярность более дешевых гидросооружений. Доступность строительства можно обеспечить коллективным вариантом, когда один ствол будет обслуживать несколько приусадебных участков.

Этапы процесса

Технология реализуется в такой последовательности:

• Поверхность очищают от мусора и посторонних предметов.
• Недалеко от будущего отверстия роют яму двухметровой глубины для слива промывочной жидкости.
• В грунте пробивают отверстие для размещения бура, коронку соединяют с колонковой трубой, она наращивается по мере проходки.
• После с бурильными трубами – верхняя закрепляется в буровом станке, работающем от двигателя – в такой способ начинается проходка.
• При полном заполнении трубы ее поднимают на поверхность, извлекая из нее породу при помощи молотка, удары наносят не слишком сильно.
• Бур опять погружают в скважину и бурят, пока не достигнут необходимой глубины.

Бурение проходит с промывкой, но если для этого нет достаточного объема воды, рабочий процесс осуществляют на сухую. Если в работе специалисты задействуют алмазный инструмент, для регулярной промывки они используют специальную эмульсию.

В случае песчаного грунта, добавляют в раствор жидкое стекло, глинистую массу, укрепляющие стенки отверстия.

Для грунтов с неустойчивой структурой, скважину, в процессе углубления, укрепляют обсадными трубами. Часто, вместо промывания водой, используют более дешевую продувку сжатым воздухом.