Основные методы бурения водозаборных скважин

  • Дата: 09-05-2015
  • Просмотров: 361
  • Комментариев:
  • Рейтинг: 16
Оглавление: [скрыть]
  • Классификация
  • Основные принципы
    • Ударно-штанговый метод
    • Ударно-канатный способ
    • Роторный вариант
    • Роторно-турбинный метод
    • Гидродинамический способ
    • Шнековый
  • Критерии выбора

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.

Бурение водозаборной скважины

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

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.

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

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 м³ 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.

Конструкция абиссинского колодца 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 м³ в час, что в значительной степени превышает данный показатель для скважин на песок.

Вернуться к оглавлению

Основные принципы

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

Оптимальное расположение оборудования для гидробурения

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.
Вернуться к оглавлению

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.

Вернуться к оглавлению

Ударно-канатный способ

Ударно-канатное бурение

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:

Вернуться к оглавлению

Роторный вариант

Роторное бурение скважин

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.

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.

http://youtu.be/SGJbZeS_Djg

Вернуться к оглавлению

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.

Вернуться к оглавлению

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.

Вернуться к оглавлению

Шнековый

Этапы бурошнекового бурения

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.

Вернуться к оглавлению

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.

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.

http://youtu.be/PhA0x8rPUxw

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.

http://youtu.be/vDY_17zh3wQ

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


Комментарии

Статьи по теме