Колонковое бурение скважин: технология и нюансы проведения работ

Что это такое?

Особенностью этого метода является извлечение керна на поверхность. Это столб цилиндрического материала, который отбирают и транспортируют на поверхность с помощью винтового подъемника.

Например, этим методом была пробурена Кольская сверхглубокая скважина. Кроме того, при бурении скважин на воду его надежность составляет 100%.

Если говорить о технологических особенностях отбора керна, то они включают в себя несколько факторов:

• Для этого вида бурения подходят практически все почвы. То есть не только на плотной почве, но и на рыхлой можно использовать этот способ. А наличие достаточно большого количества буровых долот позволяет применять его как в трудно подбираемых породах, так и в несложных условиях.
• В результате отверстие получается максимально плоским за счет особенностей механизма сверления. А современное оборудование позволяет работать даже на участке с неровным ландшафтом.
• Трубки, образующие колонку, можно использовать повторно, так как их продолжительность не ограничена.
• Буровое оборудование этого типа требует время от времени заменять долото, поскольку по мере использования оно становится непригодным для использования и затупляется. Чтобы продлить срок его службы, необходимо будет немного измельчить почву перед использованием нового сверла, что позволит вам использовать сверла дольше, чем обычно.
• Чтобы такой вид сверления был идеальным, место, на котором располагается сверло, должно находиться в ровной горизонтальной плоскости.

К недостаткам этого метода можно отнести:

• небольшой участок бурения, что делает невозможным использование мощных погружных насосов;
• может произойти заклинивание сердечника, что увеличивает время, необходимое для внедрения этой технологии.

А также существенным недостатком является быстрое сглаживание коронки из-за перегрева при работе с породами высокой твердости.

Пошаговая технология бурения шнековым способом

Как пробурить скважину вручную – знает не каждый домовладелец! Для этого лучше прибегнуть к шнековому методу, особенно если работы идут на рыхлых слоях почвы. Для копки скважины ручным буром лучше работать парой, так как при этом уменьшается физическая нагрузка и ускоряется процесс.

Ручное бурение скважин на воду своими руками выполняют с помощью специального инструмента:

• малогабаритной шнековой установки;
• бура.

Пробурить скважину для воды лучше недалеко от участка, на котором она будет использоваться. Ручной бур для скважины своими руками можно изготовить самостоятельно, сварив между собой под особым углом лопасти и винт.

Подготовка необходимых инструментов

Для проведения работ необходимы:

• бур (малогабаритная шнековая установка);
• лебедка с буровой вышкой;
• несколько обсадных труб;
• штанги.

Выполненная треугольником из деревянных брусков буровая вышка облегчает работы. Для предохранения скважинного ствола от осыпания грунта из металлических труб делают обсадную колонну.

Изготовление шнека из подручных материалов

Труба диаметром 100 мм служит отличным каркасом винтообразного стержня. Вверху необходима винтовая резьба, а снизу – винтовой шнек с парными витками. Желательно приварить рукоять к верхнему отрезу бура, чтобы облегчить его работу. Полосы листового металла пойдут на изготовление режущих лопастей. Их толщина должна превышать 2 мм. Лопасти сваривают с винтом равноудалено друг от друга. Штанги длиной в 1,5 м делают из труб соответствующего диаметра.

Для первого звена нужна наружная винтовая резьба для соединения с буром. Остальные штанги должны иметь резьбу по обоим краям. Соединительные муфты следует подобрать по аналогичной резьбе.

Проведение буровых работ

В начале копают шурф (1,5×1,5 м) для обеспечения устойчивости конструкции. Опускают в него бур, ввинчивая по часовой стрелке. Погрузившись на метровую глубину, формируют ствол сооружения, опустив обсадного характера трубу. Следует использовать трубы, диаметр которых превышает размер лопастей бура. Дальнейшее забивание труб делают параллельно углублению скважины.

Когда бур заглублен на 2 м, трубные ключи станут отличным помощником для вращения инструмента. Периодически рекомендуется счищать с лопастей налипший грунт. После полного заглубления бурового инструмента делают наращивание. Фиксировать дополнительную штангу поможет резьбовое соединение. Параллельно проводят формирование обсадной колонны, проверяя вертикальное положение ствола. Бурение проводят до появления на инструменте влажной земли. Данная метка будет свидетельствовать о близком расположении водоносного пласта.

Установив в пробуренный ствол обсадную трубу, извлекают обрушенный грунт. Здесь помогут желонки с шариковым клапаном. Специальный хомут поможет предотвратить опускание наращиваемой обсадки.

При этом последовательное соединение пластиковых труб позволяет сделать более прочную обсадную колонну. Периодическая промывка водой шнека существенно облегчает всю работу по бурению скважины.

На видео показан подробный процесс бурения скважины для воды своими руками:

Достоинства и недостатки колонкового бурения

Эта технология может применяться для пород 12-й категории. Используется она как под углом, так и перпендикулярно грунту.

К достоинствам способа можно отнести тот факт, что технология осуществляет вынос на поверхность кернового материала. Это позволяет определить состояние геологии в данной местности, что поможет обосновать наличие или отсутствие здесь месторождений полезных ископаемых.

Кроме того, выделяют следующие преимущества:

Объем бурения с использованием промывки технической воды достигает 85%.
Использование в составе раствора активных эмульсий позволяет удерживать стенки скважины в первоначальном состоянии, что немаловажно для работы.
Технология довольно экономичная. При работе энергетические затраты меньше, чем в других случаях, так как осевые нагрузки меньше и процесс осуществляется периодами.
Метод применим при работе с любыми породами.. Колонковое бурение имеет также несколько недостатков:

Колонковое бурение имеет также несколько недостатков:

1. При использовании его под углом в трещинах породы может возникнуть заклинивание керна. Это приведет к необходимости его выбивания, для чего используется колонковая труба.
2. Кроме того, в ходе процесса колонка затупляется очень быстро, так как она сильно перегревается при работе с твердыми породами.
3. Малое сечение бурения. В связи с этим использование мощных погружных насосов исключается.

Выбираем тип скважины

При выборе скважины исходите не только из возможностей, но и из целесообразности. Возможности бывают двух типов: это природные ресурсы и финансы. В первом случае нужно ответить на вопрос – а есть ли здесь вода, во втором – сколько стоит её добыть.

Следующая стадия – это определение типа скважины. Дешевизна скважины своими руками состоит только в том, что не надо платить за наёмный труд и покупку специального оборудования. Однако в бурение скважины придется вкладывать собственный труд, время и расходы на частичное приобретение инструмента. Так что подумать об экономии всё же придётся.

Если скважина нужна только для полива растений и содержания небольшого дачного дома , то достаточно абиссинского колодца. Если дом предназначен для круглогодичного проживания большой семьи, то необходима, как минимум, скважина на песок, а лучше – артезианская. Выбрать последний вариант придётся если расход воды должен превышать 10 м3 в час.

При бурении артезианской скважины придется по-потеть, но она может обеспечить водой несколько домов. Для её бурения, обустройства и эксплуатации есть смысл объединить усилия нескольких домовладельцев. Заключайте договор, формируйте общий бюджет и пользуйтесь общей водой.

Что касается запасов и глубины залегания воды, то о них можно узнать из специальных карт и результатов гидрологических исследований. Данные о гидроресурсах обычно есть в органах муниципальной власти. Кроме того, нужно оценить степень загрязнения грунта, и выяснить расположение источников вредных выбросов. Это не актуально только для артезианской скважины – обычно на такую глубину загрязнения не проникают.

С точки зрения загрязнений наибольшей опасности подвергается вода, добываемая с помощью абиссинского колодца. Она может загрязняться от ближайшего септика, в неё даже могут попадать пестициды, используемые в саду и огороде. По этой причине воду из абиссинского колодца чаще всего используют для полива и других хозяйственных нужд.

После того, как определились с природными возможностями своего земельного участка, оценили фронт работ по разным типам скважин, соотнесли всё это с финансовыми возможностями, можно определиться с типом скважины и приступать к работе.

Что такое прокачка скважины

Один из ключевых этапов, который напрямую влияет на эффективность работы скважины и качество воды. Суть прокачки состоит в том, чтобы сформировать вокруг ствола питающую камеру, куда быстро поступает вода. Кроме того, во время прокачки вода выносит в скважину глинистую и песчаную воду, которая затем откачивается. С каждым разом поток будет больше, а вода прозрачнее и чище, поскольку мутность снижается.

Важно! Не стоит волноваться, если во время первой прокачки выходит не просто мутная вода, а грунт/земля. Это нормально, поскольку земля попадает в воду в процессе бурения и остается на поверхности

После того как начнется прокачка с помощью погружного насоса, вода будет прозрачнее раз за разом.

Какой насос используют для прокачки? Они есть разные, самый примитивный – вибрационный, но его лучше не использовать. Он не опускается в скважину, поскольку не может формировать питающую камеру, закупоривает фильтр и поднимает ил. Гораздо практичнее использовать шнековый, роторный или лопастной насосы.

Рекомендуем насос для артезианских скважин Grundfos SQ 3-105 (или его аналог Waterstry 3 ST 3-90)

Оборудование

Шнековые установки для бурения скважин разделяются на три типа:

• ручные;
• легкие передвижные;
• тяжелые передвижные.

Они предназначаются для разных задач однако работают по одному принципу.

Ручные установки

Основное достоинство таких моделей это легкий вес и компактность. Многие модели оснащаются мотором, что значительно облегчается процесс сверления отверстий в земле.

Основные характеристики ручных моделей:

• компактность;
• небольшой вес – максимальная масса установки достигает 200 кг, средняя же весит до 50-80 кг;
• используются для бурения питьевых скважин, а также других строительных работ.

Благодаря своей компактности, эти малогабаритные установки могут применяться в любых условиях. Также можно вести работы в помещениях, например в подвале.

Легкие самоходные установки

Это более мощные агрегаты, которые устанавливаются на базу грузовых автомобилей. Благодаря этому облегчается их транспортировка. Кроме того, они могут использовать шасси автомобиля в качестве платформы для бурения.

Особенности:

• вес установок может достигать 1 тонны;
• легкость передвижения;
• высокая производительность.

Естественно, такие агрегаты выигрывают ручных, однако это уже промышленное оборудование.

Тяжелые установки

Они также монтируются на базе шасси тяжелого грузового транспорта. Однако в отличие от легких, они представляют собой уже буровой комплекс, т.к. интегрированы с системами автомобиля.

Особенности:

• управление установкой с автомобиля;
• возможность бурения скважин больших диаметров и глубин;
• автономная работа – не требуется подключение дополнительного оборудования.

Таким образом, установки для этого типа бурения довольно широко представлены на строительном рынке. И позволяют выполнять разные типы работ, а также ориентированы на все группы потребителей – от домовладельцев до крупных промышленных предприятий.

Буровые установки ЛБУ

Одна из самых популярных передвижных установок для шнекового бурения это модель ЛБУ 50. Она ставится на шасси таких грузовых машин:

• КамАЗ;
• ЗИЛ;
• Урал.

Эти бурильные агрегаты отличаются высокой мощностью и надежностью. Они применяются как для изготовления питьевых скважин, так и для общестроительных и разведывательных работ.

Установка ЛБУ

Машина может осуществлять разные типы работ:

• шнековое бурение;
• ударно-канатное;
• с промывкой;
• с продувкой;
• колонковое.

Таким образом, она достаточно универсальна и может применяться на различных видах почв. Также, в процессе бурения станками типа лбу, можно устанавливаться обсадные трубы.

Основные характеристики:

• относится к классу самоходных установок;
• максимальный диаметр скважины – 850 мм;
• максимальная глубина проходки – 200 м;
• глубина бурения шнеками – 50 м.

В базовой комплектации установка оснащена всеми необходимыми элементами для проведения бурильных работ.

Установка СО-2

Это еще одна популярная промышленная модель. Шнековое бурение скважин станками типа со 2 применяется в основном для обустройства свай. Основой для установки служат подъемные краны, либо экскаваторы.

Основные характеристики модели:

• возможность расширять основание скважины;
• максимальная глубина бурения – 30 метров;
• максимальный диаметр – 60 см;
• тип бурения – шнековый.

Установка СО-2

Стоимость оборудования

Средняя цена бурильного оборудования может варьироваться от нескольких тысяч рублей до миллионов. Это обусловлено тем, что на рынке представлено множество моделей, ориентированных на разных потребителей.

Например:

• установка ЛБУ-50 – средняя стоимость в зависимости от базы и комплектации варьируется от 3-х до 4-х миллионов рублей;
• малогабаритные установки значительно дешевле. Например, модель УКБ-12/25 стоит около 200 тысяч, а ПМ-23 в районе 100 тысяч;
• комплекты для ручного бурения обойдутся еще дешевле – средняя стоимость будет в пределах 20-30 тысяч;
• простой шнековый бур можно приобрести за 2-3 тысячи.

Среди оборудования, наиболее популярен и разнообразен модельный ряд малогабаритных установок. Поскольку за сравнительно небольшие деньги покупатель получает полноценный бурильный агрегат.

Технология проведения работ и оборудование

Известны два метода использования колонкового бура: работа с подачей жидкости на забой или на сухую, то есть без бурового раствора.

Бурение без использования бурового раствора применяется в случае, если несвязные грунты пропитаны естественной влагой в достаточном для проходки и извлечения количестве. Воду также не подают в ствол выработки при проходке по текучепластичным, мягкопластичным и тугоппластичным суглинкам/глинам, твердым и пластичным супесям.

Жидкость в обязательном порядке применяют при разбуривании скальных и полускальных горных пород. При отсутствии воды в этом случае углубление происходит значительно медленнее. Помимо этого существенно возрастает вероятность преждевременного выхода из строя коронки, в связи с чем бурение на сухую считается более затратным.

При бурении с буровым раствором скорость углубления существенно возрастает. Чаще всего данный способ применяется при бурении скважин значительной глубины. Это позволяет выполнить работы в кратчайшие сроки с минимальным риском повреждения коронки.

Еще воду под высоким напором подают на забой в процессе разработки скважины в рыхлых несвязных грунтах, если отбор керна не является задачей. Струей воды в данном случае просто промывают забой, освобождая ствол выработки от разрушенного грунта.

Принцип колонковой методики

Основным элементом при колонковом бурении является разрушающая режущая деталь, установленная на подошву колонковой трубы. Называют ее коронкой. Для проходки скальных пород применяют особые коронки, оснащенные алмазными резцами.

Именно алмазная коронка обеспечивает практически беспрепятственное прохождение бура на большую глубину при проходке водозаборных выработок на известняк. То есть при разработке скважин, заглубленных в коренные породы, в трещинах которых в результате многовековой конденсации формировались запасы наиболее чистой подземной воды.

Горная порода разрезается с помощью коронки, вращающейся на высоких оборотах. Скорость вращения бура можно регулировать в зависимости от плотности разрабатываемого грунта. Коронка “вырезает” грунт только по краю своеобразного цилиндра, центральная часть которого продавливается в колонковую трубу.

Для извлечения керна буровой снаряд поднимают на поверхность. Захваченный им грунт буквально выдувают из колонкового бура струей воздуха, поданной в верхнюю часть трубы. Процесс выдува ускоряют, простукивая снаряд кувалдой.

Колонковые буры при прохождении прочных пород обладают большей производительностью, чем матричные и шарошечные долота. Это обусловлено высокой скоростью вращения бура, благодаря чему снижается степень прикладываемых усилий на разработку.

Вдобавок, долота полностью разрушают породу, которую нужно будет “вычерпывать” желонкой или подавать воду с напором для промывки забоя. По сути придется дважды, а то и трижды проходить один и тот же отрезок: сначала разрушать, затем расчищать. Колонковая технология позволяет пройти и расчистить забой за один прием.

Станки и буровые установки

Выбор станка или буровой установки определяется назначением скважины и ее диаметром. Популярность способа колонкового бурения обуславливает производство буровых установок и станков во всем мире. Тяжелые трактора, грузовики и вездеходы подходят для установок, предназначенных для разведочного бурения.

Чаще всего бурильное оборудование монтируется на классические автомобили марок МАЗ, КАМАЗ, Урал. Однако есть варианты монтажа и на более легкую технику, которая применяется для бурения скважин на воду в частном строительстве.

При ручном вращательном бурении колонковую трубу заменяет его исторический предшественник – стакан. Этот снаряд представляет собой укороченный вариант колонковой трубы с заостренной кромкой на подошве. Стакан вручную или с использованием мотобура закручивают в землю и извлекают на поверхность все, что в него набилось.

Колонковое бурение скважин: технология и оборудование ↑

Существует два способа применения подобного бура: работа на сухую и с промывкой.Поскольку не всегда есть возможность обеспечить достаточный объем воды, очень часто рабочий процесс осуществляется без применения жидкости. В этом случае углубление происходит не очень быстро. Кроме того, вероятность слома коронки является значительной, поэтому сухоебурениесчитается довольно затратным мероприятием.

Извлечение породы с использованием промывки– более надежный метод, который, к тому же, позволяет углубляться в грунт гораздо быстрее. Его часто используют, когда необходимо пробурить скважину большой глубины, затратив на это минимально возможное время.

Схема колонкового бурения скважиныс применением промывочного раствора

Рабочий инструмент вращается на высоких оборотах, разрезая с помощью коронки горную породу. При этом частоту вращения можно регулировать: для мягкого грунта устанавливаются сравнительно небольшие обороты, для твердых пород – более высокие.

Посколькукоронка разрезает грунт только по краю,образовавшаяся в процессе внутренняя часть должна извлекаться на поверхность. Для этого существует два способа:

1. Бур поднимается на поверхность, после чего из него извлекается керн.
2. Используется специальная труба-подъемник, по которой порода транспортируется наверх.

Бурильноеоборудование для колонкового бурения скважин, как правило, устанавливают на шасси классических автомобилей – Урал, КАМАЗ, МАЗ. Хотя дляработы в условиях сложных рельефов может использоваться гусеничная спецтехника.

Бурильные установки для реализации колонковой технологии

Для работ данного вида применяется такой инструмент:

• Стандартные или тонкостенные снаряды (трубы). Первые могут использоваться как для вертикального, так и для горизонтального (углового) сверления. Вторые применяются исключительно для горизонтальных работ.
• Породоразрушающий элемент – коронка. Наиболее универсальными считаются алмазные резцы, которые одинаково успешно разрушают твердый и рыхлый грунт.
• Штанги для наращивания глубины скважинного отверстия.
• Промывочные сальники, обеспечивающие подачу промывочного раствора и отвод потока жидкости с керном.
• Переходники для стыковки буровых штанг, промывочных сальников, вращателей.
• Долота, которые применяются для увеличения глубины скважины в особо сложных местах.

Бурильные трубы для приема керна и поддержания правильного направления скважинного отверстия

Технология колонкового бурения скважин реализуется следующим образом:

1. Подготавливается поверхность, которая очищается от мусора и посторонних предметов.
2. На небольшом расстоянииот планируемого отверстия роется яма глубиной около 2 м для промывочной жидкости.
3. В земле пробивается небольшое отверстие для размещения бура.
4. По мере углубления прохода в трубе скапливается грунт. При полном заполнении ееподнимают на поверхность.
5. Порода из трубы извлекается с помощью молотка. Удары необходимо наносить методично и не слишком сильно, чтобы не повредить металл.
6. После извлечения породы бур опускается обратно в скважину. Процесс повторяется до момента достижения необходимой глубины отверстия.

По составу извлеченного керна можно судить о структуре грунта на разной глубине

Обустройство абиссинского колодца

Перед тем, как бурить скважину под воду, нужно изучить все детали. Чтобы получить воду из абиссинской скважины, необходимо выполнить ее забивку. Однако перед тем как пробурить водяную скважину нужно позаботиться о наличии всех элементов колодца. Их можно приобрести в любом специализированном магазине или сделать своими руками.

Процесс самостоятельного изготовления выглядит следующим образом:

• Берут трубу диаметром 1 дюйм и длиной 1 метр. Из нее делают основу фильтрующего элемента, делая щелевидные отверстия в стенках трубы с шагом 2 см на протяжении 0,8 метра.
• Фильтрующую часть обматывают проволокой и натягивают сеть фильтрового плетения, фиксируя ее с помощью хомутов через каждые 10 см.
• На конце фильтрующей части закрепляют конус высотой 10 см и с диаметром, немного превышающим диаметр основного ствола. Фиксацию конуса можно выполнить, используя припой из олова.
• Тело скважины можно изготовить из трубы диаметром 1 дюйм, взяв отрезки около 1,5 метров.

Чтобы забить скважину своими руками, нужно выполнить следующие действия:

• Перед тем как пробить скважину для воды своими руками, определяют место расположения скважины и делают приямок, площадь которого должна составлять около 1 м2, а глубина около 0,5 метра.
• Далее с помощью ручного бура начинают бурить скважину. При необходимости длину штанги наращивают, используя трубы диаметром 0,5 дюйма. Для их соединения используют муфты и болты.
• После того, как бур достигнет сильно увлажненного песка, начинают выполнять непосредственно забивку. Для этой цели фильтрующую часть посредством резьбового соединения стыкуют с первой трубой. На верхней части трубы закрепляют муфту с завершением, что позволит защитить трубу от деформации при сильных ударах бабки. Далее на трубу нанизывают бабку и производят несколько сильных ударов. Вместо бабки можно использовать кувалду, но в этом случае повышается риск деформации трубы. В процессе забивки выполняют обсыпку трубы грунтом с его последующим уплотнением.
• Забивка скважины на воду вручную должна сопровождаться постоянным заливанием воды в трубу и прослушиванием, такие мероприятия позволяют не пройти мимо водоносного слоя. Для этого через каждые 50-60 см ствол поворачивают и слушают издающийся звук. При наличии шелеста и скрежета можно говорить о слое песка крупной или мелкой фракции.
• При появлении шума, характерного для присутствия воды, подают еще порцию жидкости в трубу и определяют скорость просачивания. При медленном просачивании воды выполняют забивку еще на 0,5 метра, при быстром уходе – еще на 0,3 метра.
• Завершающим этапом решения вопроса, как самому пробурить скважину для воды, является установка насосного оборудования.