Оборудование для бурения скважин на воду: рассмотрим подробно

Классификация водоносных слоев

Выделяются следующие основные разновидности водоносных слоев:

1. Верховодка. Так называются водоносы, располагающиеся близко от поверхности земли (2-7 м). Это ограниченные объемы безнапорной воды, окруженные водоупорными слоями (например, глина). Жидкость в них имеет, как правило, осадковую и паводковую природу. Характер накопления носит сезонный характер. Основные преимущества таких источников: малая глубина залегания, возможность подъема без насоса, низкие затраты при бурении скважин. Главный недостаток: низкое качество воды. Природный фильтр имеет малую толщину и не способен полностью очистить жидкость. В ней могут присутствовать различные химические соединения, а потому вода предназначена для технических целей. Для питья можно использовать только после дополнительной очистки и кипячения. Другой недостаток – снижение дебита (вплоть до полного прекращения подачи воды) в жаркое время года, а также сезонная нестабильность.

2. Грунтовка. Первый постоянный водонос в виде грунтовых вод находится на глубине 6-22 м. Такой пласт располагается между водоупорными слоями или ограничен только нижним водоупорами может достигать значительных размеров. Образуется он в результате просачивания осадкой и инфильтрации из водоемов. Водонос может относиться к напорному или безнапорному типу. В первом случае, вода находится в нем под давлением. Уровень залегания грунтовых вод может претерпевать сезонные изменения, снижаясь летом. Преимущества: легкодоступность и простота подъема на поверхность. Воду можно смело применять для любых хозяйственных нужд, но перед питьем или использованием для готовки пищи требуется фильтрация и кипячение.
3. Межпластовые водоносы. Это водные залежи, закупоренные между двумя водоупорными пластами. Они расположены на глубине 25-75 м и всегда находятся под давлением (напорный тип). При самостоятельном выходе на поверхность межпластовые накопления создают родники. Главное преимущество – чистота воды. Ее можно пить. Недостатки: глубокое залегание, сложности бурения, повышенные затраты при обустройстве скважины. Из-за наличия постоянного давления вода способна подниматься самостоятельно на определенную высоту. Если его не хватает для выхода на поверхность, то возникает необходимость установки насосного оборудования.

Виды забойных двигателей

Турбобур представляет собой многоступенчатую турбину с количеством ступеней до 350. В состав каждой ступени входит жестко соединенный с корпусом статор и закрепленный на валу устройства ротор. Стекая по лопаткам статора, поток жидкости воздействует на роторные   лопатки, тратя часть  энергии на получение вращательного момента.

Затем этот поток вновь натекает на статорные лопатки, и процесс повторяется. Несмотря на то, что каждая отдельная ступень турбобура способна развивать небольшой крутящий момент, из-за их большого количества суммарной мощности, подаваемой на   вал устройства, вполне достаточно для бурения горных пород с высокой твердостью.

При таком способе бурения рабочей жидкостью выступают промывочные растворы, поступающие  с поверхности к турбобуру через  бурильную колонну. Долото жестко прикреплено к валу турбобура и вращается независимо от колонны буровых труб.

Бурение с использованием электробура подразумевает подачу электрической энергии на электродвигатель посредством укрепленного внутри буровой колонны  кабеля. При таком методе производства работ вращается только вал двигателя с закрепленным на нем долотом, а корпус устройства и бурильная колонна – неподвижны.

Внутренняя поверхность стального корпуса статора покрыта слоем специальной резины и имеет форму винтовой многозаходной поверхности. Ротор, изготовленный также из стали, в свою очередь, имеет форму многозаходного винта, количество винтовых линий которого меньше на одну, чем у поверхности статора.

Ротор размещается в статоре с эксцентриком. Эксцентрик, а также разница количества статорных и роторных винтовых линий позволяют  контактирующим поверхностям образовывать ряд шлюзов (замкнутых полостей) – шлюзов между камерами высокого давления у верхнего конца, с  пониженным значением давления у нижнего шлюза. Этими шлюзами перекрывается свободное движение через двигатель подаваемой жидкости, что позволяет создавать в шлюзах с помощью жидкостного  давления передаваемый долоту  вращательный момент.

Список используемой литературы:

• Нефть — Википедия
• ἔλαιον. Liddell, Henry George; Scott, Robert; A Greek–English Lexicon at the Perseus Project.
• Экономидес, М. Цвет нефти. Крупнейший мировой бизнес: история, деньги и политика/ Экономидес М., Олини Р. Издательство: «Олимп-Бизнес», 2004. 256 с.
• Эрих В.Н. Химия нефти и газа. — Л.: Химия, 1966. — 280 с. — 15 000 экз.
• Хаустов, А. П. Охрана окружающей среды при добыче нефти/ Хаустов, А. П., Редина, М. М. Издательство: «Дело», 2006. 552 с.
• «oil» . Oxford English Dictionary (3rd ed.). Oxford University Press. September 2005. (Subscription or UK public library membership required.)

Бурение шнековым способом

Применяется в легких и рыхлых песчаных грунтах. Скальные и сыпучие горные породы не поддаются этому способу бурения. Рабочий орган состоит из металлического стержня, обвитого лентой в виде спирали — шнека. Лопасти служат для выноса разрушенной почвы на устье скважины. С одного торца бур оснащается стальными или твердосплавными резцами, с другого — устройством для присоединения следующей шнековой секции.

Преимущества способа:

• принцип действия знаком широкому кругу дачников, использование шнековой установки не вызывает затруднений;
• минимальное количество извлечений снаряда способствует ускорению строительства водозабора;
• низкая себестоимость проходки 1 м выработки;
• возможность бурения в стесненных условиях малого участка.

Других недостатков шнековый способ не имеет, если не использовать метод в несвойственных для него горных породах.

Наиболее популярное оборудование для бурения скважин для воды МГБУ

Малогабаритные установки часто покупают ИП, небольшие компании и дачники. Основные черты компактных станков — малый вес, мобильность и сравнительно невысокая цена. Некоторые модели в диапазоне 70-900 тыс. р. пользуются повышенным спросом из-за возможности организовать бизнес на строительстве водозаборов, используя МГБУ.

Установка Колибри

Доступные способы бурения: шнековое диаметром <200 мм, роторное с промывкой и продувкой, сплошным забоем или колонковым. Проходка скважин в грунтах I-VI категории.

Установка Колибри.

Технические характеристики:

• глубина бурения — 50-70 м;
• мощность привода — бензиновый двигатель 16,4 кВт (22 л.с.);
• масса в сборе — 270 кг.

МГБУ монтируется на прицеп, шасси УАЗ, Газель. Выпускается в модульном варианте для ручной переноски. Стоимость 900 тыс. р.

Установка Гидробур

Изготавливается для бурения скважин Ø70-320 мм в породах любой твердости на глубину 50-70 м. Состав бригады — 2 человека.

Характеристики модели Гидробур-1 Крот:

• мощность электропривода от сети 220 В — 2,2 кВт;
• средняя скорость бурения — 4-5 м/час.;
• вес без снаряда и бурового инструмента 200 кг.

Цена базового комплекта — 70 тыс. р. Отдельно поставляются приборы управления — 14 тыс. р. и электропривод на подъем и опускание колонны — 14 тыс. р.

Установка ТМ 80

Применяется в твердых породах до 12 категории прочности. Начальный диаметр <300 мм, глубина бурения шнеком 150 мм — <10 м, с продувкой до 50, промывкой — 150 м.

Установка ТМ-80.

Параметры МГБУ ТМ 80:

• привод от двигателя ВАЗ 2106 — 80 л.с.;
• скорость бурения по песку — 15, глине — 10, твердым породам — 5 м/час.;
• масса — до 750 кг.

Станок установлен на собственном шасси, оборудован 4 выдвижными домкратами. Выпускается в 3 модификациях: Премиум, Стандарт, Бюджет. Стоимость от 570 тыс. р.

Установка УМГБ 2

Назначение — проходка выработок в крепких породах с промывкой или продувкой, в мягких грунтах устанавливают шнек. На станке установлен частотный преобразователь тока, обороты вращателя регулируются в пределах 0-110 об/мин.

Показатели:

• двигатель 3-фазный 4 кВт;
• глубина бурения шнеком — 6 м, с промывкой — до 120 м;
• масса с оснасткой на 51 м скважины — 1 т.

Модель разборная, умещается в легковом прицепе. Цена от 270 тыс. р.

Бурение

Самый простой способ — шнековый, с использованием бура. Для неглубоких скважин использование вышки не потребуется. Весь процесс осуществляется двумя или тремя людьми, так как при вращении бура нужно прикладывать много силы.

Перед началом работ, нужно выкопать небольшую ямку. Это даст буру направление и поможет врезаться в грунт. Первые витки можно сделать и одному, а вот дальше потребуется помощник. Как только бур заглубится на всю длину, его аккуратно вытаскивают и очищают от земли.

Во время бурения его придется постоянно извлекать и очищать. По мере необходимости длина бура увеличивается дополнительными штангами.

Бурить нужно до тех пор пока не появится вода. Подсказкой будет появление мокрой земли. Однако не стоит сразу прекращать работу, обычно первый слой воды — грунтовый. Бурить же необходимо до водоупорного слоя, что обеспечит хороший приток воды.

После того, как доберетесь до водоносного слоя, нужно насосом откачать грязную воду. Откачав 40 — 50 литров скважина очиститься. Если вода все равно будет грязной, можно еще углубиться на пару метров.

Устройство

По окончанию бурения скважину надо обустроить. Для ее обустройства следует использовать обсадные трубы — асбестовые или пластиковые.

Для надежного крепления трубы должны иметь посадочные кольца. После установки, их засыпают керамзитом или гравием.

Скважина под воду — методы бурения

Шнековый метод — самый простой и дешевый способ. Основан на применение шнека (винта). Недостатком такого метода является то, что бурение возможно только мягкой и сухой почвы.

Роторное — производится бурильной сваей, внутри которой вращается специальный вал с долотом. Измельченный грунт извлекается с помощью вымывания.

Ударно — канатный метод бурения — самый медленный и трудоемкий. Однако, считается самым качественным. Срок службы будет более 50 лет. Скважина в этом случае делается при помощи тяжелого снаряда для дробления породы. Из недостатков можно отметить — высокую цену работ.

В заключении стоит отметить, что бурение лучше доверять профессионалам. Ошибка при бурении может привести к поломке оборудования или загрязнению самой скважины. Однако, обладая нужными знаниями и если есть оборудование, то скважину можно сделать и своими руками.

Посмотрите видео: Бурение скважины своими руками за 2 дня

https://youtube.com/watch?v=0N_KOvdK2xU

Бурение роторным способом

Роторный метод используется как замена ударного с 1940 г. Аппараты для такого бурения характеризуются высокой производительностью.

В конструкцию станка данного типа входят такие детали:

• ротор;
• приемный и запасной резервуар;
• спуско-подъемный механизм;
• желоба;
• бурильная колонна.

Станок перевозится на шасси экскаватора или прицепах грузовых автомобилей. Высокоскоростная машина прочная и маневренная. Для дробления почвы используется вращающийся бур. Для работ на большой глубине нужно применить дополнительные детали — лебедку и буровой станок.

Для механического пробивания колодца используется не вышка, а тренога, которая сооружается из пятиметровых деревянных брусьев либо металлических труб.

При работе в сыпучих почвах используются обсадные колонны. В большинстве случаев они монтируются на удалении от дна колодца. При необходимости углубления скважины колонны опускаются до самого источника воды. При помощи желонки песок и грунт внутри скважины убираются и поднимаются наружу.

Методы бурения

Методы бурения классифицируют по двум параметрам.

В зависимости от применяемого механизма бурение может быть:

• Механическое;
• Ручное.

Варианты исполнения скважины

В зависимости от принципа работы буры:

• Ударно-вращательный метод;
• Ударный;
• Вращательный.

Рассмотрим, чем примечательная каждая технология бурения скважин на воду и как она выполняется.

Ручной способ

Ручное бурение скважины вполне подходит для самостоятельного выполнения процесса при наличии всех нужных инструментов. Такой колодец будет не более тридцати метров, почву пробивают до достижения слоя воды.

Для этого понадобятся обсадные трубы, штанги, лебедка и буровые головки разных параметров. При создании более глубокой скважины, нужна бурильная вышка для подъема и погружения бура.

Если штанги не нашлось, сделать ее можно, соединив трубы шпоном или резьбой. К концу нижней штанги крепят буровую головку. Процесс выглядит следующим образом:

Шнек-бур и станок для бурения скважин своими руками

1. Над местом предполагаемой скважины размещают вышку так, чтоб она была несколько выше длины штанги.
2. Лопатой выкапывают небольшое углубление для бура.
3. Вставить бур в углубление и вращать его. Возможно, понадобится помощь, потому что при углублении движение бура будет затрудняться.
4. Пробив полметра, остановитесь, выньте бур и прочистите его от налипшей земли.
5. Достигнув водяного слоя, откачайте три-четыре ведра грунтовой воды.

Последнее действие необходимо для устранения грязной воды и может быть выполнено погружным насосом.

Роторный способ

Это вращательный метод, который чаще всего используется при бурении глубокой скважины. Для этого понадобится специальная установка, оснащенная трубой. В этой трубе имеется вращающийся вал и долото. Воздействие на долото выполняется за счет гидравлической установки. Грунт из пробуренной скважины вымывают специальным раствором.

Таким образом, труба располагается над местом бурения и при вращении вала и долота пробивает почву. Жидкость может подаваться по стволу сверху вниз, тогда раствор, вымывая землю, выходит наружу через затрубное пространство. Такой способ называют прямой промывкой.

Может быть применена и обратная промывка, при которой раствор самотеком идет в затрубное пространство и после пробивания выкачивается погружным насосом.

Ударно-канатный способ

Метод основан на падении максимально тяжелого инструмента, обычно забивного стакана, с вышки в месте предполагаемой скважины. При  желании самостоятельно применить ударно-канатную технологию, потребуется:

• Прочный канат;
• Забойный стакан – обычно прочная металлическая труба, подвешенная на канате;
• Инструменты для уборки грунта.

Технология и последовательность действий:

Ударно-канатный способ — технология бурения

1. Изготавливают вышку в форме треноги из стальных труб или крепких бревен. Высота зависит от длины забойного стакана и должна превышать ее на 1,5 метра.
2. Забойный стакан изготавливают из стальной трубы, на конце которой находится режущее приспособление.
3. К верхней части стакана крепят трос.
4. Регулируя трос, стакан быстро отпускают на место пробоя.
5. Землю из стакана извлекают через каждые пробуренные полметра.

Для создания глубокого колодца привлекают установки типа УГБ-1ВС.

Шнековый способ

Бурение скважины шнеком

Метод взял свое название от основного применяемого инструмента – шнека или Архимедового винта. Он выглядит как буровая штанга, к которой приваривают лопасти спирально. Вращая такой шнек, земля выносится на поверхность и собирается.

Для более глубокого колодца понадобится аренда малогабаритной легкоперевозимой буровой установки, так как самостоятельно изготовленный шнек бурит не более чем на десять метров в глубину.

Стоит отметить, что шнековый способ подойдет только в том случае, если грунт богат песчаной породой. Кроме того, если шнек сталкивается на своем пути с камнем, придется искать другое место для пробивания грунта и остановить работу.

Колонковый способ

Колонковая технология все реже используется в наши дни для бурения скважин под воду. Чаще применяется для гидрогеологических исследований. Для этого используется оборудование типа ЗиФ-650, которое извлекает столб грунта, создавая так называемую колонку.

Схема колонкового долота для бурения скважины под воду

Разрушение грунта проводится кольцевым способом, затем он вымывается. Скорость такого обустройства достаточно высокая, кроме того, позволяет пробивать твердые породы, но требует больших затрат на аренду серьезного геологического оборудования.

Виды бурения малогабаритной установкой

Скважинное бурение малогабаритными установками можно проводить двумя способами: ударным и шнековым. Методы ударного бурения:

• канатный;
• штанговый;
• вращательный.

Бурение канатным методом проводится буровым наконечником, опускаемым и приводимым в движение специальным канатом, укрепленным на бурильной установке.

Лебедка, которая находится на установке, поднимает металлическую трубу с желонкой, отпускает, а сверху наносится удар забивной штангой по наковальне, расположенной в верхней части забивного стакана длиной не менее 2-х метров. После опускания на определенную глубину стакан вытаскивается и опорожняется.

При работе производится замена клапана с режущей кромкой, так как он подвержен износу. Если производится бурение в сыпучих породах, по мере заглубления обязательно должны быть использованы обсадные трубы с диаметром большим, чем у забивного стакана. Их опускают ниже уровня водоносного горизонта.

При работах на глинистых и суглинистых грунтах в забивных стаканах не используют клапан для удержания керна.

Штанговое бурение проводится буровым снарядом, опускаемым в скважину при помощи трубчатых штанг, для которых используются вертлюги усиленной конструкции.

При таком способе обеспечена максимальная вертикальность скважины.

При вращательном бурении задействованы два механизма работы – вращательный и пневмоударный. По коронковому хвостовику производятся удары пневматическим молотом, на который через буровые штанги производится подача сжатого воздуха.

Буровая штанга и пневматический молот приводятся в движение вращательным механизмом, состоящим из электродвигателя и редуктора.

Сборка малогабаритной буровой установки с ручным приводом

Буровой аппарат для скважин на воду, например роторный с ручным приводом, можно изготовить в домашних условиях. Для этого необходимо подготовить такие комплектующие:

• вертлюг;
• бур лопастного типа;
• редуктор с двигателем;
• буровые штанги;
• мотопомпу;
• лебедку;
• прочный стальной каркас;
• водонапорный шланг.

Чтобы конструкция была эффективной на каменистой местности, используйте детали исключительно из высокопрочной легированной стали с высокой устойчивостью к вибрациям и коррозии.

Вертлюг рекомендуется купить готовый, выполненный из качественной прочной стали. Бур лопастного типа — основной инструмент для дробления твердой каменистой почвы, он должен быть из высокопрочного металла.

Одним из комплектующих для бурового ротарного аппарата является вертлюг.

Редуктор с двигателем расположен на подвижном сегменте аппарата, который передвигается по двум осям лебедкой. Буровые штанги соединяют рабочий элемент с главным устройством. Количество штанг зависит от глубины размещения подземного источника, а их длина находится в диапазоне 1-2 м.

Рама должна быть крепкой, гарантировать прочное и долговечное крепление деталей, не шататься.

Изготовление установки для бурения с электрическим приводом

Чтобы самостоятельно изготовить буровой аппарат с электроприводом, необходимо подготовить следующие приспособления:

• электрическая дрель с комплектом сверл;
• отвертка;
• сварочный станок;
• болгарка;
• бур;
• рама;
• редуктор;
• стакан.

Чтобы вода подавалась в колодец, необходимо подсоединить систему к редуктору, который играет роль электрического привода. Канал очищается желонкой в процессе бурения.

Процедура сборки бурового станка состоит из таких шагов:

• изготовление из стального патрубка стакана диаметром около 12 см (тяжелый стакан быстрее будет пробивать землю);
• проделывание треугольных зубчатых отверстий в патрубке;
• подготовка котлована;
• изготовление бура диаметром 10 см из стальной фурмы и нарезка винтовой резьбы сверху;
• монтаж винтовой детали диаметром 22 см на верхушку;
• изготовление двухвиткового шнека;
• прикрепление острых режущих элементов к шнеку.

Для ручной эксплуатации можно добавить к конструкции еще один кусок трубы, формирующий тройник.

Сборка малогабаритной буровой установки с ручным приводом

Устройство самодельной шнековой малогабаритной буровой установки.

Шнековый бур делают по следующей технологии:

1. На узкую трубу длиной 1,5 м приваривают витки листового металла наподобие винта. В нижней части устанавливают остро заточенные ножи под углом к горизонтальной плоскости.
2. На верхней части предусматривают крепление для наращивания штанг. Это отверстия под стопорный палец или резьба для муфты.
3. Готовят такие же трубы с соответствующим креплением — штанги.

Другой снаряд, часто применяемый в бурильных устройствах, сделанных своими руками, желонка.

Она изготавливается таким образом:

• отрезают 1-1,2 м толстостенной трубы диаметром 110-120 мм;
• в верхней части делают окошко для удаления почвы;
• снизу вставляют клапан, сверху приваривают сетку;
• закрепляют ушки для каната;
• затачивают нижнюю кромку.

Для изготовления буровых снарядов не берут закаленную сталь — ее необходимо дополнительно шлифовать. Легированная трудно варится, поэтому самая подходящая для самодельных буровых инструментов — простая сталь. Если скважина более 30 м, стенки труб должны быть толщиной 5-6 мм.

Особое внимание уделяют клапану. Для небольшой желонки используют подходящий шар, перемещение которого ограничивается верхней и нижней шайбами

Для снаряда побольше делают лепестковый клапан — круглую дверцу на пружине.

Легкую желонку утяжеляют — заливают верхнюю часть бетоном или прикрепляют груз.

Устройство желонки с шариковым клапаном.

Изготовление установки для бурения с электрическим приводом

Ручной труд по бурению скважины под воду облегчает электрический привод. Он вместе с лебедкой грузоподъемностью не менее 1 т поднимает желонку с грунтом и штангами. Если используется мокрая проходка, вращает бур.

Для роторного бурения каркас оборудуют вертикальной рельсовой колонной с 2 направляющими. На них размещают двигатель с редуктором.

Рекомендуется заранее решить, какой привод будет на оборудовании — ручной, электрический. Если выбор в пользу последнего, но сначала приобретают двигатель с редуктором и лебедку. Затем собирают вышку в соответствии с их параметрами — так легче сделать монтаж всех частей, подогнать по месту.

Для мокрого бурения используют вертлюг. Это важная деталь, которую лучше купить. Она в постоянном движении, поэтому некачественное исполнение приведет к быстрой поломке. Изготовление можно заказать только токарю высокой квалификации, который обеспечит надежность и герметичность конструкции. Используется высокопрочная сталь.

Технология бурения скважины на воду

из металлических труб или бревен

Бурение нужно выполнять с помощником. Один должен ключом поворачивать штангу вокруг своей оси, а другой ― молотком бить сверху, создавая тем самым дополнительную нагрузку. Вообще, желательно, чтобы эту работу выполняли 4 человека: двое исполнителей занимались прокруткой бура, а остальные осуществляли его подъем и опускание лебедкой.

Бур необходимо вытаскивать через каждые 50 см и хорошо очищать от грунта. Определить нужную глубину можно по уровню воды в выработке. Затем в скважину устанавливается обсадная труба с фильтрующей системой. Промежуток между трубой и землей следует залить бетонным раствором. Она будет возвышаться над грунтом.

После этого выполняется обустройство глиняного замка вокруг скважины. Если его не сделать, то все время в выработку будет проникать с поверхности дождевая и талая вода, что ухудшит ее качество.

На страховочный трос фиксируется насос с трубой для подачи жидкости и силовой кабель. Трубу подачи необходимо вывести наверх и приварить к кессону.

При глубоком залегании водоносного слоя бурение следует проводить с помощью спецтехники. Тем более что в некоторых ситуациях приходится выполнять несколько контрольных бурений для определения наилучшего источника.

Перед бурением требуется выполнить экспертизу. Запрещено обустраивать скважину на воду около септиков, выгребных ям и скоплений мусора.