Бурение в различных почвах и климатах
Песок
Технология проведения бурильных работ ударно-канатным способом зависит в основном от геологических условий. Когда работы проводятся в песках или зыбучих песках – так называемых плывунах – тогда обязательно используется желонка с плоским клапаном. В этом случае одновременно с бурением нужно произвести крепление стенки скважины обсадными трубами.
Если песок чистый и водоносный – используются желонки с короткими ударными штангами
Для соблюдения правильности технологического процесса важно, чтобы частота ударов была как можно меньше
Внимание! Категорически нельзя опускать желонки ниже закрепленного башмака обсадной трубы больше чем на 50 см. Если не придерживаться этого правила, то не исключено, что песчаные карьеры скважины попадут под обвал и захватят при этом и желонку
В результате может полностью остановиться весь процесс бурения.
При бурении скважины в песках, она заполняется песком, перемешанным с водой, который поднимается за желонками
Тут важно проследить, чтобы не произошло переполнение желонок, так как в этом случае порода перебросится через них и может привести к заклиниванию или прихвату. А это чревато остановкой бурильных работ и, следовательно, снижением показателей
Этот момент нужно учесть именно при бурении в песках-плывунах. Поскольку они характеризуются высокой плавучестью, их бурение следует проводить быстрее, чем в простых песках. В таких местах при данном способе бурение категорически нельзя останавливать.
Гравий
В гравийной породе и в галечниках бурение проводится двутавровыми долотами. Единственная желонка, применяемая в этом случае, это желонка с плоским клапаном и низко посаженным башмаком. Также двутавровым долотом проводят бурение в глинистой породе.
После разрыхления до глубины 1,5м применяется любая желонка. Буровой станок используется только при проведении бурения в сильно песчаных глинах. Желонка в этом случае может быть без крепления клапана.
Глина
Вязкие, пластичные глины бурят специальным долотом, изготовленным из плоского или двутаврового долота, на конце которого дополнительно приваривают несколько лопастей, после чего долото приобретает крестообразный вид. Работая с таким специальным долотом, нужно помнить, что в скважину следует долить примерно 5 л водного раствора, а процесс бурения продолжается несколько минут, не более. Образующийся внутри скважины шлам удаляется с помощью долота.
При наличии в породе большого количества валунов есть риск искривления ствола скважины во время бурения, вследствие чего невозможно будет добывать качественную воду. Для случаев, когда требуется раздробить встречающиеся при бурении валуны, существуют утяжеленные долота.
Породы с повышенным содержанием трещин больше других склонны к обвалам и обрушениям
Поэтому при бурении в них нужно проявлять особую осторожность. Канат бурильной установки нужно держать натянутым, чтобы избежать раскачиваний инструмента и в то же время аккуратно выполнять обсадку скважины
В районах вечной мерзлоты, характеризующимися устойчивыми окаменелыми породами (плотные глинистые сланцы, песчаники, известняки), бурение производится так же, как и в обычных климатических условиях.
Инструменты и установки
Разные виды бурения скважин требуют использование различного оборудования. Выбор инструмента определяет характер почвы в вашем районе.
Используются следующие ручные буры:
- Шнековый. Необходим при роторном бурении в условиях мягкой глины и влажных супесей.
- Стакан. Нужен в канатно-ударном, в условиях облипающей и вязкой почве.
- Ложковый. Применяется в ударно-вращательном бурении, в условиях сыпучего и рыхлого грунта.
- Желонка. Используется в канатно-ударном, в условиях ила, осыпающейся почвы и тому подобное.
- Долото. Штанга для разбивания валунов.
Каждый бур имеет режущую коронку. Делается она из твердосплавной и закаленной стали.
Перед тем как пробить источник, происходит монтаж специальных установок:
- Ударно-канатная. Скорость бурения очень низкая. Принцип заключается в падающей желонке, которая под своим весом разбивает грунт. Она же и поднимает почву наверх. Представляет собой треногу с тросом. На веревку крепится желонка.
- Шнековая. Длина шнека достигает 2 метров. Процесс бурения происходит вручную и механизированно. Выполнив 3 оборота, почва извлекается наружу. Постепенно штанга наращивается. Мобильная установка позволяет обеспечить высокую производительность.
- С промывкой. Самая производительная установка. По сути, это бурение водой при использовании штанги с лопастным буром. За один час можно углубиться до 10 метров.
О способах бурения
Перед тем, как пробурить скважину для воды своими руками, необходимо выбрать тип бурильной установки (их три).
Ударно-канатная
Тяжелый груз, называемый патроном, а также специальный инструмент – желонку – с помощью троса подвешивают к раме. Снизу на патрон, весящий около 80 кг, наваривают несколько прочных треугольных зубьев. Поднимая его и сбрасывая, разрыхляют грунт, который затем извлекают желонкой.
Перед началом работ необходимо сделать неглубокую скважину с помощью садового бура. Подъем патрона можно осуществлять и вручную, но лучше использовать для этого роторный мотор.
С помощью такого нехитрого оборудования можно построить скважину самостоятельно
Применяется данный способ при работах на легком или глинистом грунте.
Шнековая
Рабочий орган такой установки похож на садовый бур, только очень мощный. Изготавливается он из 100-миллиметровой трубы, на которую наваривают пару витков шнека диаметром 200 мм. Для изготовления одного витка используют круглую листовую заготовку с прорезанным в ее центре отверстием диаметром чуть более 100 мм. По радиусу заготовки выполняют разрез, затем кромки в месте этого разреза разводят в двух противоположных направлениях, перпендикулярных плоскости заготовки.
Бурение скважины шнековой установкой
По мере погружения бура штангу, на которой он закреплен, наращивают. Вращают инструмент вручную с помощью длинной ручки, изготовленной из трубы. Через каждые 50 – 70 см бур придется извлекать, а поскольку по мере углубления он будет иметь все больший вес, для этого необходимо будет установить треногу с лебедкой.
Роторная
При всей своей сложности данный вариант является наиболее эффективным и универсальным. Разработка грунта ведется посредством буровой коронки, закрепленной на постоянно наращиваемой трубе – буровой штанге или колонке. Буровые коронки могут иметь различную конструкцию, выбор которой зависит от типа преодолеваемого в данный момент грунта.
При роторном бурении сочетают вращательное и ударное воздействие на породу. Кроме того, конструкция буровой колонки позволяет закачивать в скважину воду или глинистый раствор, которые размывают грунт и значительно ускоряют продвижение инструмента.
Далее мы будем говорить именно о роторном способе бурения.
Выбор типа скважины
Перед процессом бурения необходимо определиться с типом скважин на воду. Это может быть:
- Колодец, оборудованный бетонными кольцами. Он является небольшим накопителем воды (2-3 кубометра) и отличается небольшими затратами по его оборудованию. Недостатки сооружения – способность к пересыханию, необходимость периодической чистки, бактериологическое загрязнение.
- Скважина на песок. Объект водоснабжения из ближайшего водоносного горизонта (20–30 метров). Она представляет собой трубу диаметром 120–150 мм с фильтром, установленным в крупнофракционном песке, имеющем примесь гальки. Производительность скважины 1–1,5 м3 в час. Используется в основном на дачных участках. Срок службы 10–15 лет.
- Артезианская скважина дает воду из слоев пористого известняка. Отличается большим количеством воды (5–10 м3) и долговечным сроком службы (50–70 лет). Процесс бурения осуществляется специальной бурильной машиной.
- Абиссинский колодец является наиболее дешевым вариантом водоснабжения. Это трубчатый колодец (7–10 метров глубины) с чистой мягкой водой, не содержащей излишних минералов и солей.
Виды скважин
Скважина на воду — это длинный и узкий ствол в горной породе. Именно в него опускается бур или буровой снаряд на длинной жесткой штанге, собранной из труб, или на тросе. В стволе помещается обсадка, которая предохраняет его стенки от разрушения и держит давление окружающей породы. Такая обсадка или плотно сидит в стволе, или оформляется с затрубным пространством, заполненным засыпкой, глиной (так называемый, «глиняный замок») или залитым бетонным раствором.
Что касается нижнего конца ствола, то он может быть заглушенным, открытым или со ступенчатым сужением — забоем. В забое или просто снизу делается заборное устройство.
Верхняя часть обсадки — это оголовок скважины. В нем или вокруг него размещается комплекс устройств, носящий название «обустройства» скважины.
Скважины могут быть самых разных конструкций, но для самостоятельного выполнения больше всего подходят:
Скважина-игла. При ее оформлении штанга, обсадка и буровой снаряд составляют единое целое. Бурение выполняется ударным способом. Никакого дополнительного оборудования и инструментов для такой скважины не требуется. Предельная глубина «иглы» — 45 м, скорость проходки — 2-3 м/час. Скважины-иглы используют для обустройства абиссинских колодцев
Дебет у них небольшой, но летом стабильный, поэтому они идеально подходят для оформления на даче. Срок службы такого сооружения зависит от регулярности и интенсивности водозабора, но предсказать, сколько будет существовать тот или иной абиссинский колодец не получится — есть те, что эксплуатируются более 100 лет, а некоторые иссякают за полгода.Важно: Скважины-иглы не подлежат ремонту, поскольку пролегают в неплотных и неоднородных грунтах.
Несовершенная скважина. Такие в пласте просто «висят»
Для их исполнения не потребуется ни особых буровых навыков, ни геологических познаний. Но дебет таких скважин невелик, а качество добываемой воды оставляет желать лучшего. Можно, правда, получать и более качественную воду, если скважину внизу заглушить. Но большинство «самобойных» сооружений оформляется все-таки несовершенными в силу целого ряда обстоятельств.
Совершенная скважина. В ней обсадка опирается на кровлю водоупорного подстилающего пласта. Качество воды и дебет таких скважин максимальные, но для их проходки потребуются и знания местной геологии, и буровой опыт. В противном случае возможно затягивание пластичного подстилающего пласта в обсадку. Кроме того, без опыта и знаний можно проткнуть в процессе бурения подстилку, тогда вода уйдет ниже.Важно: Совершенная скважина, выполненная с ошибками, способна серьезно навредить экологии местности, в которой пробурена.
Скважина с забоем. Эта может быть, как несовершенной, так и совершенной. Наличие забоя облегчает ее обслуживание и делает ремонтопригодной (до определенной степени). Но по-настоящему качественно выполнить такое сооружение могут лишь опытные мастера-буровики.
Принципы и правила
Работу нельзя начинать «на авось». Для начала нужно узнать у соседей, как обстоят дела у них, проверить почву на наличие вкраплений скальных пород и состав, произвести геологоразведку. Подумать о том, какой водяной насос для скважины вы будете использовать. Ознакомиться с ценами на водяной насос можно здесь.
Современное оборудование имеет множество возможностей. Для того, чтобы наладить бесперебойное и энергоэкономичное водоснабжение, можно оснастить насос реле давления. Про виды реле давления читайте тут.
Ударно-канатное бурение рациональнее осуществлять в местах с песчаными почвами. Там этот метод позволит проходить максимальное количество метров за раз.
Бурение полым ротором, через который водный раствор вымывает почву, является самым распространенным. Он наиболее обоснован экономически и позволяет осуществлять работы на разных видах почв и в достаточно сжатые сроки. О пластиковых емкостях для воды на дачу читайте по этой ссылке.
Гидробурение – это простой и быстрый способ обзавестись скважиной глубиной 15, а то и 20 метров. Необходимо лишь чтобы почва была доступна для быстрого вымывания.
Перфоративное бурение (под «абиссинский колодец») – доступен каждому. С помощью забивания металлических труб с наконечником можно дойти до первого водоносного слоя.
Шнековый метод позволяет бурить скважины любой глубины и диаметра и в твердом грунте. Правда, этот метод не подходит для песчаных почв. Возможно вам также будет интересно прочитать про особенности водных фильтров от железа для дачи.
Изготовление бурового инструмента
Как уже упоминалось ранее, приспособления для бурения можно изготовить самостоятельно, одолжить у друзей, или приобрести изделия промышленного производства.
Иногда буровую установку можно арендовать. Однако цель самостоятельного бурения обычно состоит в том, чтобы максимально снизить затраты. Самый простой способ выполнить бурение дешево – сделать инструменты из подручных материалов.
На схеме представлено устройство различных инструментов для бурения. С помощью долота особенно твердый грунт можно разрыхлить, а затем его вынимают буром, желонкой или другим приспособлением
Вариант #1 — спиральный и ложковый бур
Ручное бурение можно выполнять спиральным или ложковым буром. Для изготовления спиральной модели берут толстый заостренный прут, к которому приваривают ножи. Их можно изготовить из стального диска, разрезанного пополам. Край диска заостряют, и затем ножи приваривают к основанию на расстоянии около 200 мм от его края.
Бур для шнекового бурения, созданный своими руками, может быть разной конструкции. Обязательные его элементы – ножи с заостренными краями и установленное внизу долото
Ножи должны быть расположены под углом к горизонтали. Оптимальным считается угол около 20 градусов. Оба ножа располагают напротив друг друга. Разумеется, диаметр бура не должен превышать диаметр обсадной трубы. Обычно подходит диск диаметром около 100 мм. Ножи готового бура следует остро заточить, это облегчит и ускорит бурение.
Другой вариант спирального бура можно сделать из стержня и полоски инструментальной стали. Ширина полосы может варьироваться в пределах 100-150 мм.
Сталь следует разогреть и свернуть в спираль, закалить, а затем приварить к основанию. При этом расстояние между витками спирали должно равняться ширине полосы, из которой ее изготавливают. Край спирали тщательно затачивают. Стоит отметить, что в домашних условиях сделать такой бур непросто.
Спиралевидный шнек для бурения можно сделать из трубы и стальной полосы, однако правильно свернуть ленту в спираль, приварить и закалить инструмент в домашних условиях не всегда просто
Для изготовления ложкового бура понадобится металлический цилиндр. В условиях самостоятельного изготовления проще всего использовать трубу подходящего диаметра, например стальную трубу на 108 мм.
Длина изделия должна быть около 70 см, с более длинным устройством будет тяжело работать. На этом корпусе следует проделать длинную и узкую прорезь, вертикальную или спиралевидную.
Самодельный ложковый бур проще всего изготовить из отрезка трубы подходящего диаметра. Нижний край сворачивают и затачивают, а вдоль корпуса делают отверстие для очистки бура
В нижней части корпуса монтируются два ложкообразных ножа, режущая кромка которых затачивается. В результате грунт разрушается и горизонтальными, и вертикальными кромками бура.
Разрыхленная порода поступает в полость бура. Затем его вынимают и очищают через прорезь. Помимо ножей в нижней части бура по оси устройство приваривают сверло. Диаметр отверстия, сделанного таким буром, будет немного больше, чем само устройство.
Вариант #2 — желонка и стакан
Чтобы сделать желонку, проще всего также взять металлическую трубу подходящего диаметра. Толщина стенок трубы может достигать 10 мм, а длина обычно составляет 2-3 метра. Это делает инструмент достаточно тяжелым, чтобы при ударах о грунт производилось его эффективное рыхление.
К нижней части желонки приделывают башмак с лепестковым клапаном. Клапан выглядит как круглая пластина, плотно закрывающая нижний срез трубы и прижатая достаточно мощной пружиной.
Впрочем, слишком тугая пружина здесь не нужна, иначе грунт просто не попадет в желонку. При вытаскивании желонки клапан будет прижат не только пружиной, но и грунтом, собранным внутри.
Нижний край желонки затачивают вовнутрь. Иногда у краю приваривают острые куски арматуры или заточенные куски металла треугольной формы.
Сверху из толстой проволоки делают защитную сетку и приваривают ручку, к которой крепят металлический трос. Подобным образом изготавливают и стакан, только клапан здесь не нужен, а в корпусе следует проделать щель для очистки устройства.
Какие бывают скважины?
При создании скважины образуется шахта, специалисты проверяют, содержат ли она нефть и газ. Чтобы это сделать, ствол перфорируют с намерением спровоцировать выход искомого веществ. Пробы отправляются на анализ, а вся техника разбирается. Пробуренное отверстие запечатывают, указывая даты проведения работ.
Размер скважин бывает разным, в начале диаметр может достигать 90 см, ближе к концу диаметр сужается и редко превышает 16 см. Существует классификация по глубине, она определяет разновидности, как:
- небольшие — до 1500 метров;
- средние — 1500-4500 метров;
- углубленные — 4500-600 метров;
- сверхуглубленные — больше 6000 метров.
Чтобы пробурить любую из них, требуется разрушить целостность породы, для этого применяют долото. Оно разбивает пласт на части, которые нужно удалить. Для избавления от раздробленных частей используют буровой раствор.
Способы определения уровня залегания подземных вод
По высоте растений можно определить глубину залегания грунтовых вод.
В старину самым распространенным методом была установка над предполагаемым местом залегания воды хорошо просушенного на солнце глиняного горшка. Его переворачивали кверху дном и через некоторое время проверяли внутреннюю поверхность. Если внутренние стенки запотевали, считалось, что подземные воды находятся близко.
В настоящее время этот способ усовершенствован применением силикагеля. Это синтетическое вещество обладает свойством усиленного влагопоглощения. Предварительно гранулы высушивают в духовом шкафу и засыпают в неглазированную емкость из глины. Затем производят очень точное взвешивание посуды с наполнителем. Если есть возможность, лучше делать это на аптекарских весах. Горшок заворачивают в плотную сухую ткань и закапывают на глубине около полуметра в том месте, где планируется выяснить глубину залегания водоносного слоя. Через сутки сосуд извлекают и проводят повторное взвешивание. Разница в показателях будет означать количество впитанной жидкости, и чем оно больше, тем ближе воды расположены к поверхности. Использование такого средства одновременно в нескольких точках значительно сократит время для поиска подземных вод.
Поиск подземных вод по природным признакам.
Туман в определенном месте говорит о пониженной температуре поверхности земли, что указывает на близкое расположение подземной воды.
Наблюдательность предков позволила систематизировать некоторые природные явления для определения залегания подземных вод. Обилие утренней росы в определенном месте говорит о пониженной температуре поверхности земли, указывающей на близкое расположение водной жилы. Таким же доказательством может служить и скопление вечернего тумана. Собаки не любят лежать в местах близкого залегания воды, а вот кошки, наоборот, устраиваются в непосредственной близости. Небольшая глубина водоносного слоя привлекает насекомых, над ним вьются после заката мошки и комары. Но рыжие муравьи и крысы держатся от таких мест подальше.
Хорошим индикатором близкого расположения подземных вод являются влаголюбивые растения. Даже в самое засушливое время растительность будет сочной и зеленой на участке, где глубина водной жилы незначительна. По виду дикорастущих цветов и трав можно понять примерную глубину залегания воды:
- рогоза – 1 м;
- камыш – 1-3 м;
- черный тополь – 0,5-3 м;
- полынь – 3-7 м;
- люцерна – до 10-15 м.
На неглубокое нахождение подземных вод указывают такие деревья, как береза и ольха, а сосна говорит об обратном – ее корни уходят глубоко в почву.
Шутки шутками, а метод биолокации до сих пор считают одним из самых эффективных в поиске воды. В качестве рамок используют куски толстой и не слишком гибкой алюминиевой проволоки. Их сгибают под прямым углом так, чтобы для рукоятки оставалось около 10 см. Можно вставить их в пустой корпус от шариковой ручки, но считается, что лучше использовать палочки из бузины, вербы или калины с удаленной сердцевиной. Медленное движение по участку с зажатыми в руках рамками продолжается до тех пор, пока они не начнут крутиться в полой рукоятке. Это и будет точка наилучшего для разработки залегания подземных вод.
Можно определить глубину залегания водного слоя с помощью барометрического метода. Использовать барометр-анероид целесообразно, только если рядом находится естественный водоем. Одно деление шкалы прибора соответствует разнице высоты в 1 м. Сначала показания барометра снимают у водоема или колодца, а затем на месте предполагаемого бурения. Разницу показаний пересчитывают в метры и, прибавляя к глубине первого объекта, получают искомый результат.
Надежный способ определить глубину водного слоя.
Самым надежным методом было и остается пробное бурение. Только собственноручная разведка дает стопроцентный результат и не приводит к ситуациям, когда воды оказываются на гораздо большей глубине, чем это предполагалось, или на пути бура возникает огромный камень, обойти который просто невозможно.
Классическая схема ручного бурения скважины.
Для большей эффективности в работе на его кромки приваривают дополнительные режущие лопасти. В целом для разведочного бурения необходимо подготовить:
- бур;
- полые трубы диаметром бура для удлинения;
- лопата;
- тележка для вывоза земли.
Такой метод подходит для сравнительно мягкого грунта. Бур врезается в землю на возможную глубину и вытаскивается наверх вместе с грунтом, который тут же высыпается в тачку. В процессе работы в отверстие нужно понемногу подливать воду, чтобы сделать почву мягче. При необходимости инструмент для удлинения соединяют с трубами при помощи втулочного или резьбового соединения.
Основные способы бурения глубоких скважин
Особенность разработки месторождений глубокого заложения – наличие нескольких сопутствующих проблем. Среди них специалисты выделяют высокое давление, температуру, наличие зон с аномальными характеристиками. Глубокое бурение скважин часто сопровождается различными осложнениями: прихват буровой трубы, сильное сопротивление продвижению механизмов, ухудшение подачи бурового раствора. Большая протяженность приводит к осыпаниям, появлению на стенках желобов, каверн.
Разработку скважин глубокого заложения преимущественно ведут способами механического бурения. Популярность заслужило бурение вращательными (добыча газа или нефти) и колонковыми (разработка твердых ископаемых) установками. Грунт режут, дробят, скалывают, уплотняют, истирают.
Важные обстоятельства
Собираясь бурить скважину на воду, следует помнить:
- В местах, где массово и бесконтрольно осуществляется забор воды из безнапорных пластов, становится возможна суффозия грунта, которая, в свою очередь, приводит к непредсказуемо-внезапным грунтовым провалам.
- На российской равнине критическая глубина самостоятельного бурения составляет 20 м, а если нужно глубже, то стоит заказать скважину профессионалам, поскольку затраты на «самобур» уже не оправдаются.
- Срок эксплуатации скважины, выполненной самостоятельно, зависит от регулярности забора воды из нее. Так, если выполнена скважина «на песок», а воду из нее берут регулярно и понемногу, она прослужит до 15 лет, «на известняк» при тех же условиях — уже до 50 лет. Когда же скважину используют от случая к случаю, да еще и периодически выкачивают ее до дна, срок службы сооружения сокращает до 3-7 эксплуатационных лет. А ремонтировать скважину или повторно ее раскачивать, это настолько затратно, что проще и дешевле пробурить новую. Поэтому, встретив на глубине 12-15 м безнапорную воду, не стоит останавливать бурение. Лучше двинуться дальше и выйти на известняк.
При трудностях со средствами, временем и силами правильнее произвести для начала разведочное бурение, используя для этого скважину-иглу. Такая скважина справится и с ролью временного источника водоснабжения, пока не будут изысканы и задействованы вспомогательные производственные ресурсы.
