Бурение с промывкой
К бурению с промывкой преступают после запресовки обсадных труб до стабильной (неосыпающейся) породы. Для циркуляции промывочного потока на буровых установках нашей фирмы смонтированы промывочные насосы с гидравлическим приводом (Фирмы: Speck или Caprari) На KBKB 20/100 с мощностью потока в 720 л/мин и высотой подъема 83 метра (Speck 50/250), на KBKB 30/150 с 960 л/мин и 132 метра соответственно (Caprari MECA 004/80).
Для установок KBKB 10/2 и KBKB 13 предлагаются промывочные насосы, на глубины до 50 или 100 метров, на сепаратном колесном шасси. Данные насосы приводятся отдельным бензиновым или дизельным двигателем. В оснащение входит всасывающий шланг на «3» и шланг давления на «5» дюйма.
В качестве промывочной жидкости может использоваться как чистая вода так и вода с дополнительными присадками.
Присадки используются для дополнительной стабилизации стенок скважины. В качестве присадок используются антисоль или бентонит. Наша фирма предлагает как сами присадки так и апараты для их замешивания и запресовки (состоит из 3-х частей; размеры 1,5х1,2х0,6 м.) Для размешивания суспензии с присадками а также для замешивания цементного раствора при запресовке геотермальных зондов мы предлагаем вентури-смеситель с приводом от промывовочного насоса с мощностью потока в 500 л/мин.
Промывочная система состоит из 2-х контейнеров для более качественной и быстрой осадки вынесенного материала в промывочной суспензии. Бесперебойная работа промывочного насоса напрямую зависит от качества отчистки (осадки) промывочной жидкости. Промывочный поток поступает в первую камеру по отводящему шлангу на «5» дюйма и всасывается из 2 камеры шлангом на «3» дюйма. При работе наблюдайте за всасывающей головкой. Она не должна быть забита поскольку это негативно сказывается на работе промывочного насоса.
В качестве бурового (режущего) инструмента при бурении с промывкой применяются шарошечные или лопастные долота. При бурении шарошечными долотами для оптимального давления на режущий инструмент рекомендуется применять утяжеленные штанги.
Поток промывочной жидкости из скважины имеет скорость 0,3-0,5 м/с.
Фото 4: Режущий трубный башмак
Важно по окончанию забуревания каждой штанги основательно прочистить скважину от породы. Для этого рекомендуется 2-3 раза поднять и опустить буровой гарнитур на ход подачи. Вынос породы можно проконтролировать с помощью какого-либо фильтрующего элемента
Только после прекращения выноса породы отключить промывочный поток. Для этого не обязательно отключать промывочный насос. Можно лишь перекрыть промывочную систему с помощью шарового крана на промывочном насосе. После монтажа следующий буровой штанги шаровый кран открывается
Вынос породы можно проконтролировать с помощью какого-либо фильтрующего элемента. Только после прекращения выноса породы отключить промывочный поток. Для этого не обязательно отключать промывочный насос. Можно лишь перекрыть промывочную систему с помощью шарового крана на промывочном насосе. После монтажа следующий буровой штанги шаровый кран открывается.
При прохождении глинистых слоев есть опасность разбухания глины под воздействием воды и связанные с этим осложнений при заглублении геозонда. Для предотвращения разбухания глины рекомендуется применять в качестве присадки хлорид магнезия. Данная соль предотвращает разбухание глины. Кроме этого глиняная порода выносится не в виде суспензии, а в виде небольших кусков что упрощает отчистку промывочной жидкости.
При долгих рабочих паузах рекомендуется промыть насос чистой водой. При отрицательных температурах обязательно слить остаточную воду.
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
Преимущества и недостатки ударного бурения
Главным аргументом в пользу бурения ударным способом является высокое качество скважины. Это связано с тем, что при ударе желонки грунт уплотняется, в результате стенки ствола скважины укрепляются.
Что же касается недостатков данного способа, то их намного больше. В первую очередь следует отметить:
- Высокую трудоемкость ударного бурения. Строительство скважины требует не только времени, но и больших усилий. И это при использовании специальной техники. Если же говорить о ручном бурении, то оно подходит только для неглубоких скважин до 10 метров.
- Ограничения по характеру грунта. Бурение скважин ударным способом возможно только на рыхлых и сыпучих грунтах, таких как песок, суглинок и т.д. В результате, когда во время работ встречается вязкий или наоборот твердый грунт, скорость резко падает. А в некоторых случаях и вовсе приходится менять способ бурения.
- Наличие свободного пространства. Поскольку ударное бурение скважин выполняется с помощью тяжелой техники, необходимо обеспечить ее доступ на участок. Во-первых, это свободная площадь в непосредственной близости от будущей скважины. А во-вторых, проезд до места бурения. С последним нередко возникают проблемы, поскольку на участке может находиться газовая разводка и другие коммуникации.
- Ущерб участку. Еще один минус использования тяжелых автомобилей при ударно-канатном бурении скважин состоит в том воздействии, которое они оказывают на ландшафт. От колес техники страдает дерн, зеленые насаждения, грядки и т.д.
И это далеко не полный перечень минусов данного способа. Так, к примеру, нужно дополнительно отметить довольно высокую стоимость работ. Это связано как с трудоемкостью, так и с длительностью процесса. Кроме того, во время бурения может потребоваться установка обсадной колонны, а это дополнительно увеличивает итоговую цену скважины.
Бурение пневмоударником с одновременной обсадкой система Symmetrix
Специфические проблемы возникают при бурении в пластической (глинистой) породе насыщеной каменым материалом размерами больше чем 100 мм в диаметре и при обсадке валунных отложений.
Шнековое бурение с последующей обсадкой в данных горизонтах часто не приносит желаемый результат и подвержено относительно большой аварийной опасности.
Практически единственным подходящим методом в данных условиях является бурение пневмоударником с одновременной обсадкой.
В буровой технике известно несколько аналогичных метода. Наиболее распространенным является метод с приминением эксцентричной головки (например ODEX-метод от Atlas Copco).
Эксцентер (режущий элемент) головки раскрывается (ставится в рабочую позицию) внизу режущего трубного башмака при подачи правого вращения. Благодаря этому диаметер бурения становится больше чем внешний диаметр обсадной трубы. При подаче обсадная труба без вращения заглубляется вместе с буровой штангой. Проблемы могут возникнуть при прохождении слоев крупного галечника, который припятствует вращению и раскрытию эксцентричной головки. Поэтому мы используем другую, так называемую „Symmetrix-систему“.
Фото 2: Отводная головка под O 178 обсадную трубу
Данная система работает с специальным режущим трубным башмаком (нем. «Ringbohrkrone»). Головка, закрепляемая на нижнем окончании трубного гарнитура, имеет вращающееся кольцо наращенное твердосплавными зубками (см. Фото 4).
При монтаже головка пневмоударника фиксируется в специальном вырезе кольца трубного башмака. При буровом процессе через данное соединение происходит передача горизонтальных и вертикальных сил и режущий трубный башмак производит возвратно-поступательные и круговые движения с такой-же частотой как и коронка пневмоударника. Коронка выступает примерно на 50 мм из трубного башмака. Следовательно коронка пневмоударника забуривает а режущий трубный башмак расширяет скважину до диаметра обсадной трубы.
Выбуренная порода через специальные каналы в коронке попадает в пространство между буровыми штангами и обсадными трубами и выносится на поверхность. Размеры специального трубного башмака и обсадных труб схожи (башмак ? 182 мм под ? 178 мм обсадную трубу). Переход с башмака на трубу выполнен без выступов для облегчения демонтажа бурового гарнитура.
При обсадке Symmetrix-системой в сухом каменистом слое возможны осложнения при вытаскивании обсадной колонны. По этой причине были увеличины подьемные усилия на стяжном хомуте у KBKB 20/100 и у KBKB 30/150 до 150 кН. Для буровых установок KBKB 10 и KBKB 13 (подъемный стяжной хомут на 76 кН) мы предлагаем дополнительный гидравлический пресс на 150 кН.
После достижения водоносного горизонта монтаж обсадных труб идет легче.
Стандартный вариант Symmetrix-системы мы предлагаем с пневмоударником на 4 дюйма под ? 178 мм обсадную трубу. Возможно также применение труб ? 152,4 мм. С ? 178 мм обсадной трубой свободный проход режущей головки составляет 141 мм (конечный диаметер бурения 135 мм), с ? 152,4 мм трубой 116 мм соответственно (конечный диаметер бурения 115 мм).
Symmetrix-система подходит под обсадные трубы как с правой так и с левой резьбой поскольку вращается только трубный башмак.
Применения данного метода в модифицированой форме возможно также при бурении с промывкой. В этом случае вращательное движение на трубную головку передается через переходник от шарошечного долота. Данный метод находится в стадии разработки.
Выброс породы происходит через верхнее окончание обсадной колонны. Логично, что для обеспечения чистоты на рабочем месте, данный промывочный поток необходимо канализировать и отводить. Для этой цели на вращателе смонтирована юбка из PVC-материала (Фото 3). Она останавливает поток сразу у буровой штанги. Порода (с промывкой или без) отводиться или убирается непосредствено от скважины. Моя фирма предлагает также отводную систему для отвода выбуреной породы непосредственно в контейнер.
Фото 3: «Юбка» на вращателе KBKB 20
Бурильный инструмент при колонковом способе
В качестве грунторазрушающего устройства применяется специальный инструмент с твердосплавными режущими частями или алмазными вставками.
Бурильная коронка с твердосплавными сменными резцами для колонкового бурения.
На кольцеобразном корпусе из легированной стали крепятся специальные замки для установки режущих пластин из твердого сплава. Пластины крепятся винтами и, по мере износа или притупления, заменяются на новые. На корпусе выполняется трапецеидальная многозаходная резьба для установки на бурильную колонковую трубу.
Принцип колонковой методики
Основным элементом при колонковом бурении является разрушающая режущая деталь, установленная на подошву колонковой трубы. Называют ее коронкой. Для проходки скальных пород применяют особые коронки, оснащенные алмазными резцами.
Именно алмазная коронка обеспечивает практически беспрепятственное прохождение бура на большую глубину при проходке водозаборных выработок на известняк. То есть при разработке скважин, заглубленных в коренные породы, в трещинах которых в результате многовековой конденсации формировались запасы наиболее чистой подземной воды.
Горная порода разрезается с помощью коронки, вращающейся на высоких оборотах. Скорость вращения бура можно регулировать в зависимости от плотности разрабатываемого грунта. Коронка “вырезает” грунт только по краю своеобразного цилиндра, центральная часть которого продавливается в колонковую трубу.
Для извлечения керна буровой снаряд поднимают на поверхность. Захваченный им грунт буквально выдувают из колонкового бура струей воздуха, поданной в верхнюю часть трубы. Процесс выдува ускоряют, простукивая снаряд кувалдой.
В процессе колонкового бурения выбуренный конусообразный сегмент горной породы проталкивается в колонковую трубу. Для его извлечения колонковый снаряд достают из ствола путем разбора колонны бурильных штанг. Керн выдувают и выколачивают из трубы.
Вдобавок, долота полностью разрушают породу, которую нужно будет “вычерпывать” желонкой или подавать воду с напором для промывки забоя. По сути придется дважды, а то и трижды проходить один и тот же отрезок: сначала разрушать, затем расчищать. Колонковая технология позволяет пройти и расчистить забой за один прием.
Станки и буровые установки
Выбор станка или буровой установки определяется назначением скважины и ее диаметром. Популярность способа колонкового бурения обуславливает производство буровых установок и станков во всем мире. Тяжелые трактора, грузовики и вездеходы подходят для установок, предназначенных для разведочного бурения.
Использование тяжелых гусеничных тягачей позволяет производить работы по колонковому бурению скважин в районах с бездорожьем, поверхностным заболачиванием, нестабильным рельефом
Чаще всего бурильное оборудование монтируется на классические автомобили марок МАЗ, КАМАЗ, Урал. Однако есть варианты монтажа и на более легкую технику, которая применяется для бурения скважин на воду в частном строительстве.
При ручном вращательном бурении колонковую трубу заменяет его исторический предшественник – стакан. Этот снаряд представляет собой укороченный вариант колонковой трубы с заостренной кромкой на подошве. Стакан вручную или с использованием мотобура закручивают в землю и извлекают на поверхность все, что в него набилось.
Для механизации ручного бурения неглубоких скважин и формирования лунок для установки оград и опор ЛЭП применяются бензиновые и электродвигатели. Они сообщают вращающие движения шнеку или колонковой трубе
Особенности технологии
При колонковой методике давление на грунт осуществляется специальными коронками в виде пустотелых цилиндров с резцами с одной стороны. Резцы способны бурить грунты различной твердости, благодаря работе на больших оборотах. Чтобы инструмент прослужил дольше, порода заблаговременно обрабатывается бурильным долотом. При работе с твердыми породами требуется строгое соблюдение соосности составных элементов инструмента, для чего производится калибровка с помощью твердосплавного расширителя.
Колонковое бурение может проводиться под любыми углами наклона к поверхности. Прорабатываемые при этом скважины отличаются небольшим диаметром при достаточной глубине. Сам станок весит немного, поэтому довольно маневренный. Диаметральная обработка позволяет извлекать цельную часть грунта и проводить ее анализ с учетом естественной последовательности пластов.
Обязательным условием считается наличие процедуры промывки, при которой станок омывается водой или глинистыми растворами, защищающими скважину от обвалов. Завершающим этапом становится выемка грунта с помощью шнековой машины.
Обслуживание и эксплуатация
Один раз на протяжении года следует осуществлять проверку всей установки на предмет исправности. Вначале осматривается трубопровод. Если обнаружилась утечка, ее следует устранить. Рекомендуется проверять давление в системе, нужно отключить насос и открыть водозаборный вентиль. Необходимо убедиться в корректной работе насосного оборудования и гидробака. Автоматика должна функционировать исправно.
Особое внимание уделяется источнику в холодное время года. Необходимо побеспокоиться о том, чтобы зимой вода не замерзла
Обсадную трубу следует утеплить вплоть до уровня промерзания грунта в вашей местности.
Преимущества и недостатки колонкового бурения
Среди преимуществ и недостатков колонкового бурения можно выделить следующие моменты:
- Высокая скорость колонкового бурения, что достигается точным воздействием режущих элементов. Это же снижает и степень разрушения породы грунта. Отсюда высокая производительность и быстрая скорость сдачи объекта.
- Возможность произвести геологоразведку, что значительно ускоряет дальнейшие этапы шнекового бурения.
- Большая область применения, включающая в себя строительство, оборудование скважин, а также прочие сферы.
- Возможность смены коронки, что позволяет за одну смену пробурить огромное количество метров. При этом частота оборотов долот может регулироваться, что дает возможность подстраиваться под тип грунта.
В конечном счете работа по обустройству дешевле, поэтому и конечному потребителю скважина обходится меньше.
Что касается недостатков, то сюда можно отнести необходимость использования промывки, а также глиняного раствора для дополнительного укрепления стенок скважины. Если этого не делать, то сухое колонковое бурение будет стоить еще дороже, чем воспользоваться шнековым буром или роторной буровой установкой.
Характеристика колонкового способа бурения
Основное назначение — обеспечить достоверную информацию о веществах, находящихся в массивных образованиях, путем извлечения их на поверхность. Продуктами резания монолитов являются цилиндрические образцы твердой пробы и буровая мелочь — шлам.
Выемка керна осуществляется инструментом для работы в скважине:
- коронки — кольца трубчатой формы Ø 76, 93, 112, 132, 151 и 190 мм, армированные с рабочего торца твердыми сплавами, или насадки Ø 36, 46, 59 и 76 мм с алмазами, другой конец оснащается трапециевидной резьбой для присоединения к колонковому буру;
- колонковая труба для размещения керна;
- переходник на трубчатую буровую колонну, собранную с помощью ниппельных или муфто-замковых соединений.
На торце наружной части колонны находится промывочный сальник. В инструмент для спуско-подъемных операций входят ключи различного назначения, подкладные вилки, элеваторы для захвата бурильных труб. Шлам выносится по затрубному пространству на поверхность водой или глинистым раствором, закачиваемым насосом высокого давления.
Существует несколько разновидностей кернового бурения:
- Вращательный способ — алмазный, твердосплавный или бескерновый.
- Ударно-вращательный с применением пневмо- и гидроударников.
Этапы процесса
Описание последовательности выполнения работ предусматривает выбор небольшого участка, поверхность которого очищается от посторонних предметов и мусора. Для слива грунтовых вод и промывочной жидкости вблиzи от места бурения отверстия роют яму глубиной 2 м.
Для раzмещения бура в почве пробивают отверстие, соединяют коронку с колонковой трубой, которая будет наращиваться в процессе проходки. После zакрепления установки оборудование приводится в движение буровым станком.
Технология колонкового бурения с промывкой: 1- насос для бурения; 2- шланг для нагнетания воды; 3- сальник; 4- колонна бурового инструмента; 5- переходник; 6- колонковая труба; 7- коронка; 8- желоба; 9- отстойник; 10- бак для промывочной жидкости.
При zаполнении трубы ее поднимают для иzвлечения обраzцов материала с помощью специального инструмента. Удары наносят легко, чтобы не повредить обраzец породы. После иzвлечения бур погружают в скважину для продолжения работы.
На больших глубинах испольzуются трубы со съемным приемником керна, расположенным во внутренней части. По мере zаполнения он поднимается по стволу. При испольzовании промывки шлам поднимается наверх вместе с жидкостью.
Бурение сопровождается промывкой. При отсутствии воды процесс осуществляется с помощью специальной эмульсии, которая охлаждает инструмент и облегчает проходку.Рабочий процесс может осуществляться с продувкой сжатым воzдухом, который подается череz полые буровые трубы.
При прохождении песчаного слоя в раствор добавляют глинистую массу, жидкое стекло.Эти материалы укрепляют стенки отверстия.
В процессе углубления в гориzонт с неустойчивой структурой стенки укрепляют обсадными трубами.
Роторное бурение
Подобный способ бурения скважин требует наличия спецтехники, в частности буровых машин. Часто используют АРБ-2А2. При подобном бурении горная порода разрушается под воздействием шарошечного долота, а перемененную землю поднимает наверх буровой раствор. Подобное строительство скважин называется бурение с промывкой. Таким образом, можно разрушить прослойки извести, включения скальной породы. Буровые штанги приводятся в движение крутящим моментом от ротора, который находится на самой буровой машине, и от двигателя внутреннего сгорания, который располагается непосредственно на машине, идет привод к ротору. Для того чтобы долото крутилось и бурило, сверху на него поступает большая нагрузка. Этого можно достигнуть благодаря тяжелым бурильным штангам.
Технологические особенности способа
Колонковый способ бурения имеет ряд особенностей:
- Мастера могут обрабатывать даже сыпучие грунты, множество острых коронок позволяет мастерам изменять пласты породы любого уровня твердости.
- Отверстие рабочей скважины несложно выравнивать, если ее диаметр находится в диапазоне 1 метра.
- Прочное, современное буровое оборудование мастера часто на территории извилистого ландшафта.
- Колонковые трубы, длиной 0.4–6 метра, используют и повторно по прямому назначению.
- Буровую коронку время от времени нужно менять, она становится тупой.
- Перед тем как запустить очередную алмазную коронку, дно скважин обрабатывают бурильным долотом, чтобы продлить срок службы коронки.
- Площадка под буровую установку призвана быть строго горизонтальной.
Оборудование для колонкового промышленного и разведочного бурения часто устанавливают на шасси тяжелых автомобилей МАЗ, КАМАЗ и Урал, тракторов или гусеничной спецтехники (вездеходов) при варианте сложных рельефов местности.
Что касается вопросов водоснабжения, есть немало легкого мобильного оборудования, пригодного для бурения скважин для воды.
Мобильная буровая установка для бурения скважин
