Методы бурения скважин

Самый надежный способ обеспечения загородного домовладения водой заключается в устройстве собственного источника. Но для этого нужно бурить грунтовые пласты до контакта с водоносным горизонтом. Существуют разные способы бурения скважин на воду, некоторые из которых вполне реально воплотить своими руками при помощи специального инструмента. Бурильные технологии, применяемые для устройства скважин для добычи воды, станут темой статьи. Отдельно рассмотрим эффективные способы самостоятельного углубления в грунт, которые не сложны, потому применяются многими домовладельцами, не имеющими опыта в бурильных работах.

Насколько углубляться?

Расположение водоносных слоев относительно поверхности почвы зависит не только от региона и гидрологических особенностей. Играет роль, вода какого качества является целью бурения. Специалисты различают три ключевых водоносных пласта различных по качеству воды, мощности запасов влаги, глубине залегания.

Недалеко от поверхности (3-10 м) находится первый водяной пласт, называемый верховодкой. Это как раз та вода, до которой можно без особых сложностей пробиться, если бурить своими руками. На пути бурения крайне редко попадаются твердые породы, поэтому, имея небольшой опыт и несложный инструмент, есть возможность устроить абиссинский колодец (так называется скважина для добычи влаги из верховодки). Мощность поверхностных водяных пластов небольшая, поэтому на дебет выше 0,5 м3 в час не стоит рассчитывать. Качество воды в большинстве случаев невысокое, которого хватает только для обеспечения технических потребностей.

Залегание песчаных водоносных пластов находится на глубине 10-35 м. Здесь удовлетворительная по качеству вода, значительнее мощность притока (дебет до 1 м3). Бурить своими руками до песчаного водоноса вряд ли целесообразно, хотя опыт показывает, что некоторым усердным водяным «старателям» это удавалось, если горизонт находился на небольшой глубине (до 15 м). В большинстве же случаев для устройства колодца «на песок» применяют механизированные методы бурения.

Глубже всего расположены известняковые водоносы (30-250 м), до которых бурением своими руками точно не добраться при самом поверхностном их расположении относительно поверхности почвы. Для того, чтобы достать рыхлый известняк, несущий самую качественную артезианскую воду, иногда не всякая бурильная техника подойдет. Приток воды здесь намного выше (3-5 м3) и зависит от мощности пласта и совершенства скважины. Теперь рассмотрим применяемые сейчас способы бурения скважин на воду, в том числе выполнимые своими руками.

Способы бурения скважины?

Выбор способа, который бы помог добраться до нужного водоноса, зависит, в первую очередь, от глубины залегания и особенностей грунтов. Выбирать же придется среди таких методов бурения:

шнековый;
роторный;
ударно-канатный;
ручной.

Каждый из перечисленных способов имеет преимущества, однако не всякий поможет добраться до глубоких пластов водных запасов. На какую глубину бурения можно рассчитывать, используя обозначенные виды бурения скважин, поговорим далее.

Бурение шнеком

Шнековая проходка скважины самая простая из применяемых механизированных технологий. Бурение происходит с помощью вращения винтоподобного приспособления, которое сначала разрыхляет грунт, врезаясь в него, а затем поднимает его к устью скважины. Бурить таким способом можно на глубину до 80 м при ширине колодца от 10 до 60 см.

Преимущество шнекового бурения в простоте технологии и ее сравнительно невысокой стоимости. В регионах с сухими и не твердыми грунтами такой способ бурения скважин предпочтительнее других, если бурить до верховодки или «на песок». Есть возможность достать шнеком до известняка, если он залегает не глубоко.

Недостаток метода в том, что он не подойдет при насыщенности грунтов скальными породами или наличии плывунов. Часто шнековый метод дополняется другими, что помогают пройти попадающиеся на пути бурения фрагменты скальных отложений.

Роторные бурильные установки

Роботу роторного бура можно сравнить с действием строительного перфоратора. Порода разбивается за счет вращения рабочей части и удара, который обеспечивает гидравлический механизм. Разрушенный грунт выводится на поверхность благодаря непрерывной промывке ствола глинистым раствором. Различают такие виды промывки:

прямая;
обратная.

Прямая промывка легче осуществима технически. При этом раствор подается в ствол и выходит к устью по затрубному пространству (между обсадными трубами и краем пробуренного ствола).

Обратная промывка сложнее технологически, однако дает лучшее вскрытие водоносного пласта и больший дебет скважины при последующей эксплуатации. Промывная жидкость заливается в затрубное пространство, после чего откачивается насосным оборудованием вместе с разрушенной в процессе бурения породой.

Роторное бурение самое технически сложное и дорогостоящее из применяемых методов, но незаменимо при желании достичь глубоких артезианских водоносов, особенно на сложных для проходки грунтах. Глубина бурения ротором достигает 300м, что позволяет вскрыть любые глубокорасположенные артезианские пласты. Еще одним преимуществом метода является высокая скорость проходки ствола.

Недостаток роторной технологии в применении больших объемов глинистого раствора, применяемого для промывки, вследствие чего глина загрязняет водоносный пласт вокруг скважины. Для того, чтобы оценить качество воды и ее приток, следует долго промывать пробуренный ствол, пока не станет подходить чистая вода.

Ударно-канатное бурение

К новым способам проходки ствола ударно-канатный метод не отнесешь, так как он является одним из первых, что применялся механизировано еще в начале прошлого века. Несмотря на то, что технология во многом не совершенна, она применима до сих пор ввиду своей простоты и хорошего качества изготовленной скважины.

Бурить грунт таким методом приходится долго. Суть проходки ствола в том, что с высоты падает тяжелый, зауженный снизу цилиндрический предмет (стакан) и за счет этого разбивает грунт. Выборка разрушенной породы происходит тем же стаканом, устроенным так, что грунт заходит в его полости и поднимается наверх вместе со снарядом. Подъем стакана происходит с помощью троса и лебедки, что установлена на треноге, или другом надежном каркасе, возвышающимся над уровнем почвы.

Для разрушения твердых пород, встречающихся на пути проходки ствола, используется ударная штанга, что бьет по стакану сверху, многократно умножая усилие. Часто для этих же целей дополнительно используется наконечник, выполняющий функцию долота.

Несмотря на трудоемкость ударно-канатного способа бурения, технология имеет и ряд преимуществ, главное из которых, — качественное вскрытие водоносного пласта с минимальным его загрязнением. Второй несомненный плюс, — технологическая простота, благодаря чему этот способ бурения скважин многие домовладельцы, как показывает опыт, с успехом применяют при устройстве неглубоких колодцев своими руками.

Если же цель бурения таким методом лежит глубже верхних водоносных слоев, следует позаботиться об обсаживании ствола трубами, чтобы отсечь плавуны и лежащие выше водные пласты.

Как чаще всего бурят своими руками?

С учетом того, что ручное бурение является очень трудоемким, на изготовление глубокой скважины рассчитывать не приходится. Опыт свидетельствует о том, что бурить глубже 10 м своими руками даже с несколькими помощниками тяжело физически, и на это уходит слишком много время.

Для самостоятельной проходки ствола обычно применяется ручной бур, что, по сути, является укороченным шнеком (принцип воздействия на грунт тот же). Вращение бура происходит за счет ворота, находящегося над поверхностью. При заглублении для соединения шнека и ворота используются соединительные штанги.

После проходки 15-30 см вся конструкция вынимается на поверхность и очищается от налипшего грунта. Чем больше глубина, тем процесс выемки и обратного помещения ручного бура в колодец становится сложнее, что сильно тормозит скорость бурения и ограничивает рациональную глубину проходки ствола.

Заключение

Современные способы бурения скважин позволяют добыть качественную воду с больших глубин. Однако этот процесс не каждому по карману, поэтому бурить своими руками с применением доступных для этого методов, домовладельцы будут еще долго, особенно в регионах, где близко от поверхности находятся водоносные пласты достаточной мощности при неплохом качестве воды.

Источник: vodakanazer.ru

Забивание штангой

Штанга — это металлический прут 16-22 мм в диаметре, который можно наращивать по мере заглубления абиссинской скважины. Этим прутом наносят удары непосредственно по наконечнику фильтра, таким образом на все резьбовые соединения прикладывается растягивающая нагрузка, в результате резьбы не деформируются, а вся нагрузка по раздвижению плотного грунта приходится на наконечник.

Забивание бабкой

Бабка — специальное приспособление, ударная нагрузка от которого ложиться на ствол скважины. На оголовок скважины накручивается специальная насадка, по которой наносятся удары бабкой — груз с отверстием внутри. В этом способе вся ударная нагрузка ложиться на резьбы. Поэтому иногда бывает, что резьбы ломаются и скважина остается в земле.

И для того и для другого способа очень большие требования к качеству резьб. Они должны быть строго соосны с осью самой трубы. К сожалению в большинстве кустарных производств такую резьбу сделать трудно, поэтому если мастер нарезал резьбы на ближайшей металлобазе, то он рискует тем, что трубы сломаются, материал он из земли не вытащит и денег с хозяина не получит. Если же резьбы нарезаны на токарном станке с хорошей соосностью, то такая резьба будет гораздо более прочная, особенно при забивании бабкой.

Насос для такой скважины используется самовсасывающий, который подключается непосредственно к трубе и создает в ней разрежение (вакуум), и этот вакуум и поднимает воду на поверхность.

Абиссинский колодец имеет массу плюсов

Обычно хорошее качество воды
Мощность 10-30 литров в минуту, чего хватает для одной семьи
Можно сделать в подвале дома
Низкая стоимость
Срок службы 5-30 лет

Источник: StudFiles.net

Формирование ствола скважины в процессе бурения осуществляется за счет постоянного разрушения горных пород на забое тем или иным способом. Существует много способов разрушения горных пород.

Бурение скважин на нефть и газ по способу воздействия на горные породы	Бурение скважин на нефть и газ по характеру разрушения горных пород на забое
НЕМЕХАНИ-ЧЕСКИЕ СПОСОБЫ	МЕХАНИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ	Сплошное	Колонковое
Ударные	Вращательные
Химический	Ударно-канатный	Роторный
Термохимический	Ударный на штангах	С помощью системы верхнего привода
Электроимпульсный	Пневмоудар-ный	С помощью забойных двигателей (гидравлические – турбобур, винтовой (объемный) забойный двигатель, электрический — электробур.
Вращательно-ударные и ударно-вращательные (комбинированные)

НЕМЕХАНИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ:

Разрушение породы возможно и без механического разрушения, например, под влиянием тепловых, электрических, высокочастотных электромагнитных и других полей. Вместо долот здесь используются буровые наконечники: плазмо – и термобуры, лазеры и др. устройства.

Однако одни из них не вышли из стадии лабораторных исследований, например химические и термохимические, другие (электроимпульсный) – за стадию опытно-промышленного внедрения.

МЕХАНИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ:

Поэтому основным способом бурения, применяемым в промышленности, является механический, основанный на разрушении горной породы силовым воздействием на нее специального породоразрушающего инструмента – долота.

При ударном бурении породоразрушающий инструмент (долото) совершает возвратно-поступательное движение вдоль оси скважины и наносит периодические удары по забою. Ударное разрушение забоя и вынос частиц породы чередуются.

Способ ударно-канатного бурения характеризуется тем, что разрушение горной породы происходит под воздействием породоразрушающего инструмента, подвешенного на канате, который периодически приподнимают над забоем на сравнительно небольшую высоту (до 40-50 см) и сбрасывают. Разрушение горной породы происходит в результате ударов долота по забою. Образующийся на забое шлам периодически удаляют специальным инструментом (желонкой), который спускают в скважину на канате вместо долота.

Способ ударно-канатного бурения известен с древних времен.В настоящее время он используется в основном при разведочном бурении на россыпях, проходке взрывных скважин на карьерах и сооружении водоподъемных скважин; при бурении нефтяных скважин этот способ не используется.

Ударное бурение на штангахнапоминает предыдущий способ, но в отличие от него породоразрушающий инструмент спускают в скважину на колонне полых бурильных труб (штанг). Последняя имеет канал, по которому жидкость можно подавать к забою для удаления шлама.

В наше время способ практического применения не имеет.

Пневмоударный способ бурения –современное ударное бурение с выносом породы сжатым воздухом.

По сравнению с ударным вращательный способ бурения имеет существенное преимущество. Оно состоит в том, что породоразрушающий инструмент находится в постоянном контакте с забоем, вращаясь вокруг своей оси, а образующийся шлам непрерывно удаляется с забоя. Это преимущество обеспечило способу вращательного бурения за счет высокой производительности широкое применение.

Разрушение породы при вращательном бурении происходит при одновременном воздействии силовой нагрузки и вращающего момента. Под действием силовой нагрузки, как правило, превышающей предел прочности пород на сжатие, долото внедряется в породу на некоторую глубину, а под действием вращающего момента скалывает, дробит и истирает ее.

При роторном бурении вращение долота осуществляется силовым приводом с поверхности Земли через гибкий вал (бурильную колонну).

При бурении с помощью забойных двигателей бурильная колонна не вращается, а вращение долота осуществляется забойным двигателем (турбобуром, электробуром или винтовым (объемным) двигателем), закрепленным снизу бурильной колонны над долотом.

Турбобур— это гидравлическая турбина, приводимая во вращение с помощью нагнетаемой в скважину промывочной жидкости.

ВЗД —это разновидность забойной гидравлической машины, в которой для преобразования энергии потока промывочной жидкости в механическую энергию вращательного движения использован винтовой механизм.

Электробур —это электродвигатель, защищенный от проникновения жидкости, питание к которому подается по кабелю с поверхности.

Преимуществами вращательного бурения с помощью забойных двигателей являются отсутствие непроизводительных затрат энергии на вращение многокилометровой колонны бурильных труб и преодоление трения о стенки скважины.

При сплошном бурении разрушается вся масса породы.

Колонковое бурение отличается тем, что забой скважины разрушается не сплошь, а выборочно с образованием кольцевого забоя. В скважине остается неразрушенный столбик (колонка горной породы) – керн. После подъема из скважины специальным колонковым снарядом керн используется как образец породы для геологического изучения.

Источник: poznayka.org

Бурение скважин и шпуров – процесс образования в массиве горных пород искусственных цилиндрических полостей небольшого поперечного сечения с помощью бура или другого породоразрушающего инструмента.

Процесс бурения заключается в последовательном разрушении пород на поверхности забоя скважины (шпура) и извлечении продуктов разрушения на поверхность.

Различают механические и немеханические способы бурения. Механические разделяют на — ударное и вращательное бурение. К немеханическим относят — термическое, гидравлическое, электроимпульсное, ультразвуковое, электрогидравлическое, электромагнитное, взрывное и др. виды бурения.

При ударном бурении разрушение пород в скважине происходит в результате последовательных ударов по её забою инструмента (буровой коронки и штанг), совершающего возвратно-поступательное движение. Перед каждым следующим ударом инструмент поворачивается на некоторый угол, обеспечивая разрушение породы по всей площади забоя.

Ударное бурение в зависимости от преобладающего вида движения бурового инструмента делится на — ударно-поворотное, ударно-вращательное и вращательно-ударное.

При вращательном бурении разрушение пород на забое скважины производится путем среза, смятия, раздавливания, скалывания и в меньшей степени истирания вращающимся под постоянным осевым давлением буровым инструментом (коронками, долотом, дробью). К вращательным способам относят – бурение резцовыми коронками, шарошечное, дробовое, алмазное.

Ударное бурение на карьерах осуществляется станками ударно-канатного бурения и станками с погружным пневмоударником. Станки ударно-канатного бурения широко применяли на карьерах для бурения взрывных скважин диаметром 200-300 мм до начала 60-х годов. В настоящее время они полностью заменены более производительными буровыми станками ударно-вращательного бурения..

Ударно-вращательное бурение в варианте с погружными пневмоударниками применяют для бурения скважин диаметром 100-200 мм и глубиной до 30 м на карьерах производственной мощностью до 4 млн. м³/год при бурении высокоабразивных весьма и исключительно труднобуримых пород с f = 20., а также при вспомогательных работах в варианте штангового бурения ручными и колонковыми перфоратами для заоткостка бортов крьера, выравнивание подошвы уступов и добыче высокоценных пород исключающих их переизмельчение. Производительность бурения составляет 10÷35 м/смену.

Вращательное бурение скважин осуществляется станками шнекового, шарошечного и алмазного бурения.

Станки вращательного шнекового бурения широко применяют для бурения вертикальных и наклонных скважин диаметром 120-200 мм и глубиной до 25 м в породах ниже средней крепости (f ≤ 4-6), главным образом на угольных разрезах (уголь, аргиллиты, мягкие известняки) и при разработке непрочных строительных пород (мергель, мягкий известняк и др.). Производительность их 15-120 м/смену.

Станки вращательного шарошечного бурения применяют для бурения вертикальных и наклонных скважин в породах средней крепости и крепким диаметром 145-660 мм глубиной до 60 м.

Станки вращательного алмазного бурения применяют в породах с f = 10-20; диаметром 36÷110 мм (чаще до 76 мм)

Термическое (огневое) бурение получило распространение при бурении скважин диаметром 250-360 мм и глубиной до 17-22 м, главным образом, в весьма и исключительно труднобуримых кварцсодержащих породах (f >10). Оно может успешно применяться в породах с f = 10-16. Хрупкое разрушение пород происходит в результате нагрева забоя скважины сверхзвуковыми раскаленными струями и появления термических напряжении, превышающих предел прочности минерального образования.

СТАНКИ ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН

Стандарт устанавливает три подгруппы станков для открытых горных работ:

1. СБШ — станки вращательного бурения шарошечными долотами с очисткой скважины воздухом (шарошечного бурения) — пяти типоразмеров с условными диаметрами буримой скважины от 160 до 400 мм при крепости пород f = 6÷18;

2. СБУ — станки ударно-вращательного бурения погружными пневмоударниками с очисткой скважины воздухом (пневмо-ударного бурения) — трех типоразмеров с условными диаметрами скважины — 100, 125 и 160 мм при f = 10÷20;

3. СБР — станки вращательного бурения резцовыми коронками с очисткой скважины шнеком (шнекового бурения) — двух типоразмеров с условными диаметрами буримой скважины 160 и 200 мм при f = 4÷6.

Типоразмеры станков, определяемые главным параметром, — условным диаметром пробуриваемой скважины, базируются на десятом ряде предпочтительных чисел и предусматриваются для бурения скважин диаметрами 100, 125, 160, 200, 250, 320 и 400 мм.

Техническая характеристика шарошечных буровых станков

Показатели	2СБШ-200-32	СБШ-250МНА-32	СБШ-320-36
Диаметр долота, мм	215,9; 244,5	244,5; 269,9
Глубина скважины, м
Направление бурения к вертикали, град.	0; 15; 30	0; 15; 30
Длина штанги, м			17,5
Коэффициент крепости пород f	5 — 14	более 12	более 18

Буровой инструмент

Долота для вращательного бурения выпускают двух основных типов – режущего и шарошечного типа.

Режущие долота имеют две основные разновидности со съемными и не съемными режущими элементами, армируемыми пластинами или зубками из твердого сплава или, в долотах специального назначения, искусственными монокристаллами и натуральными алмазами.

Основные типоразмеры долот режущего типа изготовляются в диапазоне 149,2 – 444,5 мм. Кратные 1/2², 3/4², 7/8² Основные фирмы производители «Сендвик» (Швеция), «Дженерал Электрик», «Секъюрити» (США) и др.

По конструктивному оформлению различают: лопастные, пикообразные и шнековые долота (см. Рис. 3.5.). Для повышения износостойкости долот лопасти армируют твердым сплавом

Шарошечные долота изготовляются фирмами: «Секъюрити», «Бэйкер-Хьюс» (США); «Сендвик Рок Тулз» (Швеция) и др. В бывшем СССР выпускалось 13 типов шарошечных долот сплошного бурения диаметром 46 – 508 мм (ГОСТ20692-75)

Шарошка (рис. 3.6) – инструмент свободно сидящий на своей оси и разрушающий забой скважины при качении по его поверхности. В зависимости от типа вооружения шарошки различают: зубчатые, штыревые, дисковые, комбинированные. По форме – конические и цилиндрические. По принципу воздействия на забой – дробящие дробящие-скалывающие.

Шарошки дробящего действия характеризуются минимальным скольжением зубьев при перекатывании по забою и отсутствием фрезерующего действия по стенкам скважины периферийными зубьями. Различают следующие их типы: Т- для бурения твердых пород; ТЗ – твердых абразивных пород; ТК — твердых пород с пропластками крепких ТКЗ – твердых крепких абразивных пород; К – крепких пород; ОК – очень крепких пород.

Шарошки дробяще-скалывающего действия характеризуются увеличением скольжения зубьев при перекатывании по забою и стенкам скважины. Различают следующие их типы: М – для бурения мягких пород; МЗ — мягких абразивных пород; МС — мягких пород с пропластками пород средней твердости; МСЗ — мягких абразивных пород с пропластками пород средней твердости; С – пород средней твердости; СЗ – абразивных пород средней твердости; СТ – абразивных пород средней твердости с пропластками твердых.

ВЗРЫВАНИЕ СКВАЖИННЫХ ЗАРЯДОВ

Сущность метода скважинных зарядов заключается в размещении взрывчатого вещества в наклонных или вертикальных скважинах с забойкой верхней части инертными материалами из песка, буровой мелочи или забоечного материала специального состава.

Скважины в пределах взрывного блока располагаются в один или несколько рядов параллельно верхней бровке уступа и размещаются друг от друга на расчетном расстоянии по прямоугольной сетке или в шахматном порядке. Расстояние от первого ряда скважин до верхней бровки уступа с должно обеспечивать безопасность размещения станка на уступе и рабочих по заряжанию скважин. Расстояние между скважинами выбирается таким образом, чтобы разрушения в массиве от каждой скважины перекрывали друг друга, не образуя «порогов» в основании уступа .

Взрывной блок при однорядном расположении скважин взрывается мгновенно или с интервалом через скважину, при многорядном — с интервалом между сериями, которые конструируются в зависимости от выбираемого способа формирования развала (рис.). Объем одновременно взрываемого блока принимается в зависимости от режима взрывных работ на карьере (один раз в смену, сутки, неделю и месяц) и производительности экскаватора в забое.

Основными параметрами взрывных работ при скважинном методе разрушения массива являются: диаметр заряда d; линия сопротивления по подошве W, которая представляет собой расстояние от нижней бровки уступа до оси заряда; расстояние между зарядами в ряду a ; расстояние между рядами b ; расстояние между верхней бровкой уступа и первым рядом скважин c; глубина скважины l; глубина перебура l_п; длина забойки l_з; длина заряда l_зар; величина заряда P кг; ширина b_ри высота развала h_р .

Наибольшее влияние на степень дробления пород оказывает удельный расход взрывчатого вещества.

Эмпирическая зависимость между удельным расходом и степенью дробления

Расстояние между рядами при многорядном расположении зарядов в шахматном порядке b = 0,85a и при квадратной сетке b = a.

Минимальное значение линии сопротивления по подошве определяется из геометрических параметров уступа

В зависимости от линии сопротивления по подошве рассчитывается расстояние между скважинами и рядами и масса зарядов.

Перебур осуществляют с целью проработки подошвы. В настоящее время ее определяют по эмпирическим зависимостям с учетом линии сопротивления по подошве и удельного расхода взрывчатого вещества

В практике буровзрывных работ расстояние между зарядами рассчитывают на основании эмпирических данных, при которых за критерий действия взрыва принимают качественный показатель (плохое, удовлетворительное или хорошее дробление). Расчетные зависимости для определения расстояния между скважинами и рядами следующие: а = (0,8÷1,4)W; b = (0,91)W при короткозамедленном взрывании; b = 0,85W при мгновенном взрывании и шахматном расположении скважин. Цифра перед W есть коэффициент сближения скважин (относительное расстояние между зарядами), который обозначается m . Его величина зависит от свойств массива, требуемой степени дробления, последовательности взрывания зарядов и т. п. Меньшие значения m применяются для трудновзрываемых пород.

Взрывчатые вещества и конструкции их зарядов

На карьерах используются следующие виды взрывчатых веществ: порошкообразные (аммониты, аммоналы, детониты); гранулированные (гранулиты, граммониты); водонаполненные (акватолы, акваниты). Некоторые взрывчатые вещества изготовляют на месте их применения, т. е. на самих карьерах. Это дешевые взрывчатые вещества, состоящие из смеси гранулированной аммиачной селитры с жидким компонентом.

Для взрывания скважин на карьерах применяют сплошные и рассредоточенные заряды.

Сплошные заряды могут состоять из одного типа ВВ (днородный по взрывчатому веществу заряд (рис. 4.7, а и б) или из нескольких типов ВВ.

Сплошной однородный колонковый заряд является наиболее простым и наименее трудоемким по заряжанию и поддающимся полной механизации, (кроме размещения детонирующего шнура и патрона-боевика). Для лучшего дробления породы длина колонкового заряда должна быть не менее 2/3L_скв (длины скважины) или 0,6÷0,8 W.

Сплошной колонковый заряд из разных типов ВВ состоит из двух частей — в нижней части заряда помещают более мощное водоустойчивое взрывчатое вещество типа гранитола и алюмотола для обеспечения качественной проработки подошвы, а в верхней части—более дешевое взрывчатое вещество типа игданита, гранулита или граммонита.

Рассредоточенные воздушным, или инертным промежутком заряды применяют для рыхлении разнопрочных пород по высоте уступа. Для равномерного рыхления заряды ВВ размещают в более прочных породах а воздушные промежутки в слабых. В качестве разделителя зарядов по глубине скважин используют пыжи из поролона, бумаги, деревянных чурок, засыпку из инертного материала и полиэтиленовые мешки, заполненные водой.

При рассредоточенных зарядах каждый участок заряда ВВ взрывают своим собственным патроном боевиком с детонирующим шнуром.

Патрон-боевик в каждой скважине располагается, как правило, на уровне подошвы уступа (рис. 3.7). Это обеспечивает совпадение направления детонации заряда взрывчатого вещества и направления разрушения массива, а также лучшую проработку подошвы.

Длина забойки не зависит от конструкции заряда и принимается от 20d_скв в трещиноватых породах до 35d_скв в крепких породах.

СПОСОБЫ ИНИЦИИРОВАНИЯ ЗАРЯДОВ ВВ

Для взрывания скважинных зарядов на карьерах применяют: — огневой, электрический и детонирующим шнуром способы взрывания. При огневом способе используется огнепроводный шнур с капсюлями-детонаторами (Рис. 4.8, а), при электрическом — электродетонаторы (Рис. 4.8, б и в). Взрывание детонирующим шнуром заряда взрывчатого вещества производится при инициировании его самого капсюлем-детонатором от огнепроводного шнура или электродетонатора.

Электровзрывание применяют для инициирования зарядов при всех методах ведения взрывных работ, но при отсутствии опасности по блуждающим токам и электромагнитной индукции. Замедление при электровзрывании осуществляется специальными электродетонаторами промежуточного или замедленного действия.

При взрывании детонирующим шнуром осуществляется замедление в 10, 20, 35 и 50 мс специальными пиротехническими замедлителями типа КЗДШ. Для одновременного зажигания группы огнепроводных шнуров применяют зажигательные патрончики диаметром 18-41 мм, представляющие собой бумажную гильзу, на дне которой помещен зажигательный состав.

Для взрывания скважинных зарядов на карьерах применяют следующие способы: огневой, электрический и детонирующим шнуром. При огневом способе используется огнепроводный шнур с капсюлями-детонаторами, при электрическом — электродетонаторы. Взрывание детонирующим шнуром заряда взрывчатого вещества производится при инициировании его самого капсюлем-детонатором от огнепроводного шнура или электродетонатора.

При инициировании детонирующим шнуром сплошного или рассредоточенного воздушным промежутком заряда возникает практически мгновенно цилиндрическое поле напряжений, которое с одинаковой скоростью распространяется до поверхности обнажения. Такой способ инициирования рекомендуется для зарядов наклонных скважин и зарядов второго и последующего рядов скважин, при короткозамедленном взрывании многорядных блоков, в которых расстояние от заряда до поверхности обнажения близко к равномерному по всей высоте уступа. Для зарядов первого ряда скважин с целью лучшей проработки подошвы уступа применяют инициирование от детонатора, расположенного в нижней части заряда.

Инициирование гранулированных и водонаполненных взрывчатых веществ из-за их низкой чувствительности к возбуждениям детонации производится от патронов-боевиков в виде небольшого заряда аммонита или специальных тротиловых, тротилтетриловых или тротилгексогеновых шашек, взрываемых непосредственно детонирующим шнуром.

При взрывании массива уступа скважинными зарядами ширина развала В_р (от линии скважин первого ряда) пропорциональна удельному расходу взрывчатого вещества q , линии сопротивления по подошве W и высоте уступа h

При коэффициенте разрыхления k_р = 1,2-1,4 и однорядном расположении скважин высота развала h_p = (0,5-0,6) h.

Источник: studopedia.ru

Виды буровых способов

Ранее бурение водоносных скважин для личного пользования осуществлялось в основном ручным способом. Это было трудоёмкий и длительный процесс, поэтому не каждый владелец участка или дачи мог похвастаться наличием собственного источника водоснабжения.

Постепенно механизированное бурение вытеснило ручные методы благодаря значительному облегчению и ускорению процесса.

Сегодня практически все водоносные скважины бурятся механизированным способом, который основан на разрушении грунта, подаче его на поверхность одним из двух способов: сухим, когда отработанный грунт убирается из скважины при помощи механизмов и гидравлическим, когда он вымывается водой, поданной под напором или самотёком.

Различают три основных способа механического бурения:

Вращательный (грунт разрабатывается вращением).
Ударный (бурснаряд разрушает грунт ударами).
Вибрационный (грунт разрабатывается высокочастотными колебаниями).

Вращательный способ считается самым высокопроизводительным, в 3-5 раз превышающий по эффективности ударный и в 5-10 вибрационный. Кроме этого вращательный способ самый недорогой и доступный, его нередко применяют в качестве основного метода ручного бурения.

В свою очередь вращательный способ бурения, широко применяемый для сооружения скважин на воду, подразделяется на четыре основных вида бурения:

колонковое;
шнековое;
ударно-канатное;
роторное.

Каждый вид вращательного бурения имеет свои особенности и выполняется специально предназначенным для этого оборудованием. Рассмотрим эти виды бурения более подробно, определим, в чём их различия и какой метод необходимо применять в каждом конкретном случае.

Специфика колонкового бурения

Колонковое бурение – механический вращательный метод, при осуществлении которого глинистый или плотный песчаный грунт извлекается в виде керна цилиндрической формы. Буровой снаряд для колонкового бурения представляет собой толстостенную металлическую трубу.

Вверху колонкового бурового снаряда расположено приспособление для присоединения штанг, необходимых для наращивания буровой колонны. Внизу – коронка, вид которой подбирается в зависимости от категории подлежащего бурению грунта.

При проходке колонковым методом грунт разрушается кольцеобразной коронкой. Внутренняя часть керна при этом сохраняется в не разрушенном виде. Для облегчения процесса бурения по твердым и полутвердым суглинкам, глинам, скальным породам на забой подается промывочная жидкость.

Шлам с забоя иногда удаляют промывкой – нагнетанием в ствол выработки большого количества воды. Чаще всего промывку заменяют продувкой сжатым воздухом, поставляемым компрессором внутрь трубы. Данный тип бурения позволяет бурить скважины глубиной до 1000 метров и диаметром от 8 до 20 см.

Механическое колонковое бурение производится буровыми установками типа ЗИФ, УГБ, УКБ, монтированных на автомобили типа КАМАЗ, КРаЗ, трелевочные тракторы и т.д. В варианте для ручного бурения колонковую трубу укорачивают, называют колоколом или стаканом. С последним, перевернутым вверх дном предметом обихода, конструктивно схожа колонковая труба.

Бурение колонковым способом используется в следующих случаях:

геологоразведка полезных ископаемых;
бурение разведочных скважин;
устройство водоносных скважин любой глубины, в том числе безфильтровых скважин в скальных породах.

Для устройства частных скважин на воду в некоторых случаях колонковый способ используется перед тем, как начать шнековое или роторное бурение, выполняя одновременно разведывательную и подготовительную роль.

В устройстве частных скважин колонковое бурение используется в комплексе с ударно-канатным. Глинистые слои проходят колонковой трубой. Пески неплотного сложения, гравий и галечник с песчаным заполнителем, которые не задерживаются в колонковой трубе, извлекают из ствола желонированием.

По эффективности колонковый метод несколько уступает шнековому способу бурения водозаборных скважин. Шнеком бурят быстрее, но он не позволяет полностью освободить ствол от пробуренной породы. Их редко используют в паре. А уж если приведется, то шнеком проходят первые несколько метров.

Используемое оборудование и инструменты

Для колонкового бурения используются следующие инструменты:

буровые коронки из алмазного или другого твёрдосплавного материала (сталь, вольфрам, победит);
колонковая труба;
труба для отвода шлама;
штанги, требующиеся для наращивания буровой колонны;
муфтовые соединения, переходники между трубами, промывочный сальник.

При бурении в скальных породах буровая коронка быстро изнашивается и подлежит замене. Материал коронки – дорогостоящий, выдерживающий колоссальные нагрузки, наибольшее распространение получили алмазные буровые варианты.

Все используемые в процессе бурения инструменты должны соответствовать соосности, т.е. располагаться ровно относительно оси бурения.

Технология колонкового бурения

Главная особенность колонкового бурения – прохождение породы с полным её сохранением в колонковой трубе. Т.е. при работе бурильного оборудования коронка по кольцу разрушает грунт, который по мере заглубления проталкивается в колонковую трубу и удерживается в ней за счет собственной плотности.

При извлечении наполненной трубы из ствола выработки, ее освобождают от керна путем простукивания кувалдой.

Поэтапный процесс колонкового бурения выглядит следующим образом:

бурильную коронку соединяют с колонковой трубой;
колонковая труба соединяется со штангами, которые наращиваются по мере углубления;
верхняя штанга закрепляется в буровом станке;
бурильный станок вращает буровую колонну и постепенно “ввинчивает” ее в грунт;
колонковая труба постепенно наполняется керном – заклинившим в ее полости грунтом;
после проходки 50 – 70 см буровая колонна извлекается на поверхность, штанги по очереди отсоединяются до тех пор, пока не извлечется колонковая труба;
трубу освобождают от выбуренной породы;
опорожненный снаряд снова опускают на забой, наращивая буровую колонну штангами.

Действия производятся в описанном порядке до тех пор, пока скважина не вскроет водоносный горизонт и не заглубится на 50 см в нижележащую водонепроницаемую породу.

Если фиксация верхнего водоносного горизонта не является целью проходки, то верхние слои можно бурить с промывкой. В этом случае насос продаёт промывочный раствор через шланг внутрь труб. Затем раствор выносит выработанный грунт на поверхность.

Веские достоинства и недостатки

В сравнении с ударно-канатным и роторным способом механического бурения колонковое производится довольно быстро, значительно сокращая время проведения работ. Главный его недостаток – невозможность подъема рыхлых грунтов и насыщенных водой галечников. Медленно продвигается по скальным породам, для проходки валунов требуется долото.

К достоинствам колонкового бурения относят:

высокую производительность и возможность бурить скважины глубиной свыше 100 м;
сокращение нагрузок на бурильное оборудование за счёт разрушения глинистой породы, сравнимым с ее вырезанием;
возможность применения мобильной буровой установки компактных габаритов.

Колонковое бурение – один из самых скоростных методов разработки водозаборных выработок. Скважину на песок с его применением можно пройти за один рабочий день. Разрабатываемая вручную водозаборная выработка отнимет намного больше времени.

Особенности шнекового бурения

Этот тип бурения сегодня наиболее часто используется при устройстве водоносных скважин в частных хозяйствах. Особенностью шнекового бурения является то, что разрабатываемая порода полностью удаляется из створа скважины без привлечения дополнительного оборудования. Метод напоминает ввинчивание, позволяет бурить на глубину и одновременно удалять ненужный грунт.

Используемый для бурения инструмент называется шнек. Представляет собой металлический стержень с лопастями. Завинчиваясь в грунт, шнек разрушает породу, которая задерживается на его лопастях. Из-за специфики конструкции шнеком невозможно полностью освободить забой от отвала. Поэтому его в основном применяют для проходки верхних слоев.

Бурение с использованием шнека не требует больших усилий и финансовых затрат, поэтому сфера применения данного способа достаточна широка: геологоразведочные скважины, прокладка коммуникаций, устройство буронабивных скважин и частично бурение на воду.

Его сейчас активно применяют для устройства абиссинских колодцев, чтобы не забивать полностью скважину-иглу в плотный грунт, а слегка облегчить процесс погружения ствола в заранее разрушенную породу.

Метод подходит для разработки водоносных скважин глубиной до 30 м на мягких и рыхлых грунтах и до 20 м на средне-плотных. После проходки шнеком и установки обсадки, ствол скважины обязательно очищается желонкой от неизвлеченной породы.

Шнек категорически не подходит для работы в скальных породах! Его используют для частичной проходки скважин до 120 м, при этом данный метод комбинируется с другими: роторным, ударно-канатным, колонковым.

Задействованное оборудование и инструменты

Шнековое бурение производится буровой установкой, главным элементом которой является бурильный инструмент винтового типа, выполненный из высокопрочного металла. Буровую колонну по мере заглубления наращивают шнеками равного размера.

В комплекте иногда применяются лопастные долота, необходимые для прохождения рыхлых пород, а также долота с круглыми или конусообразными головками, используемые для разработки твёрдых пород.

Большинство современных бурильных установок оборудованы полыми снарядами, оснащёнными реверсивными замками, которые не допускают движение инструмента в обратную сторону.

Режущие части шнека в процессе бурения охлаждаются за счёт разрабатываемого грунта, а разработанная порода поднимается вверх по спиралям. Это позволяет проводить бурения без остановок, значительно уменьшая временные и энергетические затраты на создание водоносной скважины.

Технология шнекового бурения

После выполнения проходки, глубина которой составляет 1,5 – 2,0 м, шнек извлекается, и в скважину устанавливаются обсадные трубы. Диаметр водозаборной скважины, пробуренной при помощи шнека, составляет 50 – 200 мм и зависит от размера используемого инструмента.

Обрушение стенок скважины предотвращают обсадные трубы. Особенно это важно для рыхлых несвязных грунтов, поэтому у бурильщиков существует правило: использовать при проходке супесей и суглинков шнеки с расположением лопастей под углом 30 – 60º, а при бурении песков плотного сложения инструмент с лопастями под углом 90º.

При меньшем наклоне витков шнековой спирали больше несвязного отвала выносит на поверхность шнек.

Плюсы и минусы применения шнека

Шнековый метод бурения позволяет произвести устройство скважины максимально быстро, при условии, что размер шнека и угол наклона долота были подобраны правильно.

К достоинствам шнекового бурения относят:

грунт поднимается на поверхность сразу в процессе бурения;
высокая скорость углубления в грунт без технологических остановок;
нет необходимости делать промывку ствола скважины;
компактной шнековой установкой или ручным шнеком можно бурить внутри дома (в подвале);
нет необходимости поднимать на поверхность первое звено и разбирать/собирать буровую колонну как при колонковом методе.

Главным недостатком шнекового бурения можно считать невозможность работы на сыпучих и очень твёрдых грунтах, но в то же время шнек – идеальный инструмент для бурения в суглинистых, смешанных (глина и супесь) и мягких глинистых грунтах.

Ещё один недостаток, ограничивающий применение шнека для устройства водоносных скважин – необходимость применять ударно-канатный способ для очистки ствола от отваленной породы.

Подобие шнека – змеевик широко применяется в ручном бурении. Он точно также разрушает породу и захватывает лопостями ее для извлечения наверх.

Характеристика роторного бурения

Роторное бурение – метод вращательно-вибрационного бурения, при котором разрушение грунта осуществляется при помощи долота, приводимого в движение в забое скважины от ротора буровой установки. Ротор вращается от двигателя автомобиля или отдельно установленного электродвигателя посредством приводного вала.

Разработанный грунт вымывается из шахты скважины методом прямой или обратной промывки. Промывочный раствор может подаваться как самотёком, так и насосной станцией.

Роторное бурение применяется для разработки скальных и полускальных грунтов при устройстве глубоких скважин до 150 м. Роторная буровая установка с правильно подобранным долотом и утяжеленными бурильными трубами отлично справляется со скальными породами.

Специалисты-буровики рекомендуют использовать этот метод бурения при соблюдении следующих условий:

Гидрогеологический разрез участка изучен достаточно хорошо. Известно, что бурить предстоит скальные породы. Известен уровень залегания водоносной зоны в коренных породах.
Подземная вода обладает характерным для артезианских скважин напором
Имеется возможность бесперебойной доставки технической воды для промывки скважины.

В южных районах роторное бурение можно производить круглый год, а в северном климате применение этого способа ограничено из-за возможности замерзания промывочной жидкости.

Применяемое оборудование и инструменты

Роторное бурение водоносных скважин осуществляется с применением рамной или решётчатой вышки, на которой расположено подъёмное оборудование и остальные элементы буровой установки. Вышка даёт возможность поднимать и опускать в скважину бурильные колонны.

В состав буровой установки роторного типа входит:

рамная или решётчатая вышка;
двигатель с приводом;
ротор и бурильная колонна;
насосное оборудование и система очистки промывочной жидкости;
подъёмное оборудование, напорная магистраль, вертлюг, сальники и т.д.

В самоходных установках в качестве двигателя используется ДВС автомобиля, на базе которого размещен буровой комплекс. В данном случае мощностью двигателя регулируются обороты бурового инструмента.

Ротор при помощи зубчатого устройства передаёт вращение на ведущую трубу, которая в свою очередь сообщает его на основной бурильный инструмент – долото. Долото может иметь различную форму и изготавливается из высокопрочных материалов: композиты, сталь с алмазным напылением и др.

Для каждого типа грунта подбирается особый размер и форма долота, обеспечивая тем самым высокую эффективность и скорость проходки.

Своеобразие роторной технологии

Роторное бурение скважин на воду осуществляется в три этапа:

Разрушение породы при помощи долота.
Вынос разрушенной породы на поверхность потоком нагнетаемой воды.
Укрепление стенок скважины обсадными трубами.

Вынос разрушенного грунта производится путём обратной или прямой промывки. Выбор способа промывки зависит от конкретных условий: глубины скважины, типа грунтов, наличия необходимого объёма промывочной воды.

Как правило, в частных хозяйствах используется технология бурения с прямой промывкой, которая включает в себя следующие этапы:

заглубление в грунт долота большого диаметра;
вращение долота под воздействием ротора;
установка бурильных труб и монтаж утяжелённых труб между ними и долотом;
удаление отработанного грунта напором жидкости при помощи насоса;
монтаж обсадной трубы, чтобы предотвратить обсыпание грунта внутри скважины;
бурение долотом меньшего диаметра и повторение всего цикла.

При обратной промывке грунт выносится из скважины по трубам бурильной колонны, а промывочная жидкость заливается между стенками скважины и трубами.

Вода самотёком поступает в предварительно подготовленный резервуар, где происходит её очистка от грунта и шлама, и возвращается в бурильную колонну за новой порцией отработанной породы.

Достоинства и недостатки роторного бурения

Главным достоинством роторного способа является возможность бурить глубокие скважины с забором воды в трещиноватом известняке.

Кроме этого данный метод бурения имеет следующие преимущества:

высокое качество вскрытия водоноса в коренных скальных породах;
возможность устройства скважины большого диаметра до 200 см;
высокая скорость бурения, небольшие затраты энергоресурсов.

Существенным недостатком роторного бурения можно назвать необходимость организации промывки скважины.

Какой способ бурения выбрать?

Все рассмотренные способы механического бурения широко применяются для устройства водоносных скважин.

Подводя итоги, можно сказать, что:

Колонковое бурение целесообразно использовать для проходки в пластичных глинистых грунтах. Колонковый способ подходит для устройства большинства водозаборных выработок, при необходимости используется в паре с ударно-канатным.
Шнековое бурение по сфере применения схоже с колонковым методом. От него отличается некачественной очисткой ствола, требует обязательного использования желонки или долгосрочной промывки скважины перед эксплуатацией.
Роторное бурение – оптимальный вариант для пробивки стволов скважин в скальных грунтах.

Стоимость разработки скважины с использованием того или иного метода бурения во многом зависит от того, какое оборудование применяется, а также от категорий пройденных пород по буримости.

О том, как сделать буровой станок своими руками, вы сможете прочитать в другой популярной статье нашего сайта.

Выводы и полезное видео по теме

Видео #1. Демонстрация принципа классического колонкового бурения с извлечением керна напором воды:

Видео #2. Особенности бурения скважины шнеком:

Видео #3. Колонковое бурение скважины с промывкой забоя и установкой двойной обсадки, наружная часть которой выполнена стальными трубами, внутренняя полимерными:

Бурение водоносной скважины – трудоёмкий процесс. От правильности выбранного метода бурения зависит не только скорость устройства автономного источника воды, но и финансовые затраты.

Первое, на что стоит обратить внимание при выборе метода бурения, это тип грунта и глубина залегания водоносного слоя. Исходя из этих параметров, вы сможете выбрать оптимальный вариант, который позволит вам пробурить скважину быстро и недорого.

Хотите поделиться историей бурения скважины на собственном участке или полезной информацией по теме статьи? Оставляйте, пожалуйста, комментарии в расположенном ниже блоке. Здесь же можно задать вопрос или указать на спорные моменты в тексте.

Источник: sovet-ingenera.com