Успешный и недорогой способ бурения скважин на воду — ударно-канатное, его особенности и технология

Что это за метод?

Ударно-канатное бурение – техника, при которой буровой снаряд с использованием стального троса и лебедки многократно поднимают и опускают в открытый ствол или временную обсадную колонну, воздействуя на почву и углубляя отверстие. Ударный инструмент разрыхляет грунт или твердую породу в скважине.

Для поддержки колонны инструментов используется буровая вышка. Взвесь воды и шлама, образующаяся при бурении, периодически удаляется желонкой. Забой желательно поддерживать водой (или буровым раствором на водной основе), чтобы легче извлекать шлам.

В ручной версии долото весом от 40 до 80 кг поднимают и опускают с помощью штатива (треноги) и шкива, которым управляют от четырех до шести человек. Метод приводится в движение дюжиной людей, которые тянут за канат, или системой рычагов, или автомобилем, или двигателем любого размера, установленным в кузове грузовика.

В современных буровых машинах используется стальной трос, длинные стальные долота, которые весят до тонны, и приводятся в действие дизельными двигателями. Они быстро поднимают и опускают инструменты, так что два человека могут пробурить сотни метров за считанные дни. Моторизованное оборудование легко собирать и транспортировать.

В чем разница с ударно-вращательным?

В течение многих лет ударно-канатное бурение оставалось основным методом для водозаборных скважин. Но в последнее время получило распространение вращательное бурение, поскольку оно быстрее и не ограничивается вертикальными отверстиями.

Метод предполагает вращающуюся режущую головку с механическим приводом на конце вала. Она вбивается в землю при вращении. Системе обязательно требуется смазка (воздух, вода, буровой раствор), чтобы охлаждать режущую головку.

При ударно-вращательном методе буровой шлам не сразу выносится на поверхность, как в случае канатного способа. То есть основное отличие между двумя методами – способ удаления бурового шлама.

Изначально вращательное бурение использовалось для бурения нефтяных скважин, но с годами его применение расширилось и для бурения скважин на воду.

Основные преимущества:

• высокая скорость бурения,
• отсутствие необходимости в обсадной колонне при бурении,
• электрокаротаж.

Но есть и недостатки, а именно:

• высокая стоимость оборудования,
• более сложная операция,
• необходимость удаления глинистой корки (глинистой крепи) при освоении скважины,
• потеря циркуляции в высокопроницаемых или кавернозных геологических формациях.

Какие типы шахт можно пробурить?

Канатное бурение может осуществляться для всех типов водозаборных скважин:

• песчаная;
• абиссинская;
• артезианская.

Песчаная (фильтровая) версия представляет скважину в обсадной трубе (металлической, пластиковой или бетонной), предназначенную для забора воды из водоносного горизонта насосом.

Скважина вскрывает грунт, приповерхностный слой песка и гравия, который отделен от водоносного горизонта слоем глины, и второй слой песка и гравия. Нижняя часть второй песчано-гравийной залежи представляет водоносный горизонт. Ниже водоносного горизонта скважина попадает в сланец (он не является водоносным горизонтом).

Артезианская скважина – тип скважины, в котором вода вытекает на поверхность под давлением без каких-либо искусственных устройств. Прежде всего, должен быть водоносный горизонт, пригодный для бурения артезианской скважины.

Требуется наличие непроницаемой поверхности из валунов или гальки глубиной не менее 3 м. Точнее, исток артезианской скважины должен лежать в двух непроницаемых слоях, чтобы напор воды усиливался с увеличением глубины.

«Абиссинка», чаще всего, делается вручную, забивая или ввинчивая в землю узкую трубу. Основное его отличие от «глубокой скважины» в том, что вода поступает из надземных слоев.

Плюсы и минусы

Плюсы:

1. Основным преимуществом ударно-канатного бурения является то, что оно может работать в широком диапазоне геологических условий: от связных до более твердых пород. В рыхлых грунтах во время бурения обеспечить структурную целостность помогают обсадные трубы.
2. Могут быть легко достигнуты достаточно точные пробы и каротажи пластового материала.
3. Простота и надежность конструкции, обслуживания и ремонта буровых установок и инструментов. Легко демонтируемые ударные установки можно буксировать за автомобилем. Характерная установка штатива практически не влияет на окружающий ландшафт, что делает его одной из наименее разрушительных форм бурения.
4. Метод эффективен как с точки зрения времени, так и с точки зрения финансов.

Минусы:

1. Оборудование может быть достаточно тяжелым.
2. При бурении твердых пластов скорость небольшая.
3. Ограничение глубины бурения.
4. Необходимость спуска обсадной трубы. Время, затрачиваемое на ее забивку и снятие, увеличивает сроки работы, особенно при бурении через глинистые слои.

Какие используются инструменты?

По сути, процесс бурения включает регулярный подъем и опускание колонны инструментов. На нижнем конце буровой снаряд разбивает или разрезает породу посредством удара, в результате чего образуется скважина.

Оборудование для ударно-канатного бурения состоит из колонны инструментов, которая включает в себя:

• канат, называемый буровой линией;
• канатный замок;
• раздвижную штангу или ножницы (или ясы);
• ударную штангу;
• ударный снаряд (стакан, желонка или долото, которое может плоским, двутавровым, крестовым, округляющим).

Вспомогательный инструментарий, предназначенный для сборки буровой установки, – это инструментальные ключи, затяжные трещотки. При работе с обсадными трубами необходимы башмаки забивные, хомуты, забивные снаряды и головки.

Для связных грунтов бурят стаканом, для несвязных используют желонку. Для твердой породы, в которую сложно проникнуть, или для валунов применяется долото.

Стакан представляет простую конструкцию. Он состоит из отрезка трубы, нижний конец которого заточен или имеет небольшие зубья. На верхнем конце стакан утяжеляют «наковальней». Он заполняется затвердевшей глиной по мере того, как инструмент падает.

После наполнения его выносят на поверхность и опорожняют. С помощью такого бурильного снаряда при хороших грунтовых условиях можно продвигаться на 2 м в час. Теоретически это означает, что достичь уровня грунтовых вод можно в течение одного дня бурения.

Желонка – это отрезок полой трубы с клапаном внизу и кольцом вверху для крепления к линии желонки. Клапан позволяет шламу попадать в желонку и предотвращает его выход. После заполнения она поднимается на поверхность и опорожняется.

Буровое долото, состоящее из лопасти с острой кромкой, шейки и резьбового конуса, применяют на каменистых грунтах. Как правило, в таких условиях ударный инструмент комбинируют. Долото дробит грунтовой материал, а буровой шлам удаляют из скважины желонкой.

Ударная штанга представляет стальной стержень, который придает ударному снаряду дополнительный вес, его длина помогает сохранять прямую вертикальную скважину при бурении твердых пород.

Ножницы состоят из пары узких стальных стержней и помогают ослабить инструменты, когда они застревают в отверстии. При нормальном натяжении буровой линии ясы остаются полностью выдвинутыми.

Когда инструменты застревают, канат ослабляют, а затем поднимают вверх. Это вызывает удар вверх по инструментам, благодаря чему они высвобождаются. Канатный замок соединяет колонну инструментов с канатом (бурильной линией).

Этапы работ

Основные этапы:

1. Подготовительный этап включает очистку и формирование рабочей зоны для монтажа бурового устройства. Простым ломом сделать проход шурфа (ширина – 1, 5 м, длина – до 5 м, глубину рассчитывают до 2 метров) и закрепление стенок стартового отверстия дощатыми щитами для предотвращения забоя от обвалов.
2. Установка вышки на точку бурения, монтаж лебедки с тросом, на котором закрепляется бурильный инструмент. Важно провести контроль вертикальности колонны инструментов, даже небольшое отклонение траектории не даст возможности монтажа в пробуренной шахте обсадной трубы.
3. С высоты 2 м производят сброс ударного органа с помощью ударной штанги. Лебедкой ударник поднимают на поверхность, и извлекают разрушенные частицы грунта. Процесс повторяют циклически до достижения водоносного слоя.
4. В отверстие добавляется вода и смешивается со шламом, превращаясь в грязь, которая играет важную роль в процессе бурения. Она отштукатуривает стены скважины и поднимает пробуренные мелкие каменные осколки. Грязь (шлам и каменная крошка) извлекаются с помощью желонки.
5. Как правило, окончательная глубина бурения достигается, когда пробурено не менее 4 метров в крупнозернистый слой песка/гравия.
6. Промывка скважины после окончания бурения, перед установкой фильтров, – неотъемлемая часть процесса водоочистки от загрязняющих веществ. Предлагаемый минимум – откачивать до тех пор, пока из скважины не будет выгружено не менее 20 объемов обсадной колонны.

Ударно-канатное бурение скважин на воду своими руками — в видео:

Как учесть характеристики грунта?

Ударно-канатное бурение подходит для аллювиальных отложений, состоящих в основном из:

• ила,
• глины,
• песка и ограниченного количества гравия, включая валуны и булыжники.

Он также может быть использован для последовательных формаций. Однако в этом случае скорость продвижения значительно снижается.

В идеальных условиях почвы скважина небольшого диаметра может быть погружена на глубину до 8 метров за 15 минут. При использовании тяжелого долота (от 45 до 135 кг) буровые скважины и обсадные трубы можно погрузить на глубину от 10 до 15 метров.

Установка фильтра и другого оборудования после завершения процесса

Очистка воды из скважины включает несколько этапов, которые определяются по результатам химического анализа добытой жидкости.

На этом основании и принимается решение о типах фильтров и количестве, так как принцип их работы отличается в зависимости от фракционного состава примесей.

Гравийные набивки чаще всего используются в рыхлых песчаных водоносных горизонтах и аллювиальных образованиях. В идеале фильтрующий материал должен состоять из материала на основе диоксида кремния, поскольку он не растворяется со временем. Это гарантирует сохранение целостности фильтрующего элемента и предотвращение попадания в воду вредных или неприятных веществ.

Центробежные сепараторы песка эффективно удаляют более 98% всех частиц размером 74 микрона и более. Вода, поступающая в сепаратор, движется по спирали, создавая центробежные силы, заставляющие частицы песка двигаться к внешнему краю сепаратора. Затем эти частицы оседают из воды в сборную камеру на дне. Чистая вода вытекает из сепаратора в вихревом локаторе вдоль оси сепаратора.

Сепаратор песка следует использовать в качестве начального фильтра в любой ирригационной системе, которая перекачивает значительное количество песка, а за ним должен следовать другой тип вторичного фильтра для удаления более мелких частиц.

Он не так эффективен для поверхностных вод, содержащих большое количество органических веществ. Органический материал может быстро засорять сетчатый фильтр, что потребует частой очистки.

Заключение

Ударно-канатное бурение зарекомендовало себя как успешный и недорогой способ. Скважины для водоснабжения, пробуренные этим методом, доступны по цене и продуктивны.