Оборудование и инструмент для бурения скважин

Строительство водозаборов предполагает проходку выработок с применением оборудования для бурения скважин. Гидрогеологические условия залегания водоносных пластов многообразны, чтобы добраться до воды, используют способы, основанные на разрушении мягких и твердых пород. Каждый участок недр имеет особенности, в соответствии с которыми выбирают подходящую буровую установку.

Установки на передвижной базе имеют рельсовый гидравлический механизм для подачи редуктора.

Виды скважинных установок для бурения

Проходка скважин осуществляется для строительства свайных фундаментов, инженерных изысканий, в целях геологоразведки полезных ископаемых, добычи углеводородного сырья и при бурении на воду. Глубина выработок (в зависимости от их назначения) достигает нескольких километров.

Населением востребованы водозаборные сооружения. Артезианские скважины пробивают в недрах до 100-200 м, межпластовые и на песок — от 15 до 90 м, а верховодку и грунтовые воды забирают с помощью колодцев 3-14 м. Для каждого интервала глубин подбирают наиболее подходящий к условиям тип оборудования.

Виды скважинных установок по способу бурения:

Роторные с промывкой разрушенной породы или продувкой сжатым воздухом.
Шнековые с удалением почвы по спиральным лентам.
Ударные устройства с извлечением грунта с помощью желонки — цилиндрического сосуда, оснащенного люком.
Малогабаритные буровые установки — МГБУ, предназначенные для широкого использования при обустройстве частных водозаборов. Их применяют с вращательным и ударным способами проходки.

Виды скважинных установок для бурения.

Скважинная установка представляет собой станок — разборный или устанавливаемый на самоходное шасси — и вспомогательное оборудование. Обеспечивающие процесс бурения и эксплуатации водозаборов агрегаты: буровые и скважинные насосы, компрессоры, подъемное оборудование, инструмент.

Достоинства самодельных бурильных установок

Разборные МГБУ разработаны и выпускаются для самостоятельного обустройства водозаборов на земельных участках с ограниченными размерами, где затруднен подъезд самоходных установок.

У станков несложная конструкция, это позволяет умельцам самостоятельно изготавливать механизмы по чертежам.

Самодельные конструкции успешно применяют при разработке скважин.

К достоинствам оборудования относят:

малые габариты и вес агрегатов;
модульность исполнения — монтаж и демонтаж станка не вызывает затруднений;
универсальность использования привода: ручное вращение бурильной трубы, подключение двигателя к электросети 220, 380 В, автономное питание от бензинового или дизельного мотора;
надежность конструкции и доступная стоимость.

Небольшие станки используются для возведения водозаборов, при строительстве фундаментов, для оценки состояния подстилающих горных пород. Все работы по монтажу станка и его эксплуатации выполняются 2 бурильщиками.

Бурение ударным способом

Используется в рыхлых и мягких грунтах с галечником, разрушается горная порода по всей площади забоя под воздействием ударов бурового снаряда. Импульсы передаются сбрасыванием инструмента на тросах в скважину (канатно-ударный способ) или забиванием бура, закрепленного на штанге (ударно-штанговое бурение). Первый вариант применяется чаще. Масса снаряда 0,5-2,5 т, высота сброса 0,3-1 м, частота — 40-60 уд./мин.

Забивной снаряд — труба с режущей кромкой или долотчатой насадкой. Движение инициируется лебедкой. Удержание грунта внутри цилиндра происходит за счет сил трения.

Ударный механизм представляет собой качающуюся раму, приводимую в действие кривошипно-шатунной конструкцией, эксцентриком, гидроцилиндрами. Для лучшего дробления на сухой забой подливают воду. Буровой шлам из скважины извлекают после углубления на каждые 20-60 см.

Достоинства ударного способа:

возможность бурения выработок большого диаметра;
контроль уровня водоносного горизонта, исключение загрязнения реагентами для выноса шлама;
беспроблемное использование зимой;
продолжительный срок эксплуатации водозабора — до 50 лет.

Недостатки ударного метода: трудоемкость и невысокая скорость проходки. При искривлении скважины возникают сложности с опусканием обсадной колонны. Чтобы избежать трудностей, применяют бур длиной 2 м.

Бурение шнековым способом

Применяется в легких и рыхлых песчаных грунтах. Скальные и сыпучие горные породы не поддаются этому способу бурения. Рабочий орган состоит из металлического стержня, обвитого лентой в виде спирали — шнека. Лопасти служат для выноса разрушенной почвы на устье скважины. С одного торца бур оснащается стальными или твердосплавными резцами, с другого — устройством для присоединения следующей шнековой секции.

Аналогом шнекового станка является рыбацкий ледобур. Вращение бурильного става осуществляется вручную или с помощью привода от двигателя.

Преимущества способа:

принцип действия знаком широкому кругу дачников, использование шнековой установки не вызывает затруднений;
минимальное количество извлечений снаряда способствует ускорению строительства водозабора;
низкая себестоимость проходки 1 м выработки;
возможность бурения в стесненных условиях малого участка.

Включения крупных валунов по трассе скважины могут привести к прекращению проходки скважины с выбранного места забуривания и переходу на иную точку стояния.

Других недостатков шнековый способ не имеет, если не использовать метод в несвойственных для него горных породах.

Бурение роторным способом

Выполняется в грунтах любой степени сложности. Как и в предыдущем варианте, бурильная колонна в процессе проходки вращается, но штанги имеют гладкие стенки. Удаление шлама производится продувкой сжатым воздухом или закачиванием в скважину бурового раствора, который выносит породную мелочь на поверхность. Разрушение грунта на забое осуществляется съемными коронками, долотами различного типа, включая шарошечные — с вращающимися роликами. Армируется буровой инструмент твердыми сплавами, техническими и синтетическими алмазами.

Вращатель бурильной колонны приводится в действие электродвигателем или мотором базового автомобиля установки. Обязательная принадлежность конструкции — вышка или мачта для подъема-спуска обсадной и буровой колонн. От высоты талевой подвески зависит длина свечи — сборки из металлических труб.

Распространенность роторного способа обусловлена его качествами:

возможность бурения скважин диаметром 80-1500 мм в породах любой твердости на глубину до километра и более;
высокая производительность в сложных горно-геологических условиях;
малые габариты самоходной установки, обеспечивающие бурение вблизи дачного строения.

Универсальность способа обусловливает его дороговизну. При бурении глубоких скважин этот недостаток нивелируется.

Бурение с промывкой скважины

Один из способов удаления шлама — гидравлический: буровая мелочь выносится на поверхность промывочной жидкостью. Состав раствора приготавливают в зависимости от свойств пересекаемых пород. В качестве рабочей среды используют техническую воду и глину с реагентами, укрепляющими стенки горной выработки. Другая цель подачи на забой жидкости — охлаждение разрушающего инструмента.

Промывка бывает прямой, когда раствор подается внутрь буровой колонны, и обратной: вода поступает на забой по затрубному пространству, затем через отверстие в долоте или коронке выводится по трубе с помощью эрлифта — струей сжатого воздуха от компрессора. Второй способ применяют при бурении скважин Ø300-1500 мм. Обратную промывку не применяют, если нужен меньший диаметр водозабора, когда выработка проходится в твердых породах, в разрезах с зонами поглощения раствора.

Преимущества бурения с промывкой:

снижается сопротивляемость грунта разрушению, за счет этого увеличивается скорость проходки выработки;
сохраняется качество внутрипластовой воды, если промывка обратная.

Прямая подача глинистого раствора приводит к глинизации стенок скважины и уменьшению водоотдачи в зоне водоносного слоя. Для восстановления пористости контакта с водоносом проводят разглинизацию ствола выработки в месте расположения фильтра. Другой недостаток промывки проявляется зимой: жидкость требует подогрева.

Сборка малогабаритной буровой установки с ручным приводом

Шнековую установку для бурения неглубокой скважины изготовить несложно. Основной элемент — шнек-бур изготавливают самостоятельно, если есть навык работы со сварочным аппаратом. Можно купить готовые винтовые секции или приспособить ненужный ледобур. В верхней части бурового снаряда прикрепляют рукоятку в виде буквы Т, чтобы вращали инструмент 2 человека.

Вспомогательное оборудование — мачту-треногу, ручной вороток с канатом для извлечения шнекового бура изготавливают из подручных материалов.

Самостоятельная сборка ручной конструкции.

Сборка производится в таком порядке:

треногу из 3 бревен, жердей, металлических труб устанавливают над точкой заложения скважины так, чтобы блок для каната находился на высоте 2,5-3 м от земли;
по одной из сторон треноги монтируют вороток с рукояткой и запасом троса Ø5-6 мм;
буровой снаряд ставят на точку забуривания.

МГБУ с ручным приводом к работе готова. После проходки первых 2 м, чтобы выдержать вертикаль скважины, в выработку ставят кондуктор — трубу диаметром большим, чем размер бура. Бурят до водоносного горизонта.

Изготовление установки для бурения с электрическим приводом

Мачту для МГБУ с электроприводом собирают из 3 металлических столбов Ø80 мм на прямоугольной раме 120х140 см в вертикальном положении с обвязкой стоек по верху из уголка 50 мм. 2 опоры используются как направляющие для каретки с мотор-редуктором или электродвигателем. Высота установки 2,5 м складывается из длины бурового снаряда — 1,5 м — и 1 м отводится на высоту оснащенного ползуна и талевой оснастки.

С противоположной вращателю стороны на стойку крепится площадка для лебедки, навешивается блок, и каркас буровой установки готов к эксплуатации. Снаряд для разрушения горной породы подбирают, исходя из горно-геологических условий участка.

Наиболее популярное оборудование для бурения скважин для воды МГБУ

Малогабаритные установки часто покупают ИП, небольшие компании и дачники. Основные черты компактных станков — малый вес, мобильность и сравнительно невысокая цена. Некоторые модели в диапазоне 70-900 тыс. р. пользуются повышенным спросом из-за возможности организовать бизнес на строительстве водозаборов, используя МГБУ.

Установка Колибри

Доступные способы бурения: шнековое диаметром <200 мм, роторное с промывкой и продувкой, сплошным забоем или колонковым. Проходка скважин в грунтах I-VI категории.

Установка Колибри.

Технические характеристики:

глубина бурения — 50-70 м;
мощность привода — бензиновый двигатель 16,4 кВт (22 л.с.);
масса в сборе — 270 кг.

МГБУ монтируется на прицеп, шасси УАЗ, Газель. Выпускается в модульном варианте для ручной переноски. Стоимость 900 тыс. р.

Установка Гидробур

Изготавливается для бурения скважин Ø70-320 мм в породах любой твердости на глубину 50-70 м. Состав бригады — 2 человека.

Характеристики модели Гидробур-1 Крот:

мощность электропривода от сети 220 В — 2,2 кВт;
средняя скорость бурения — 4-5 м/час.;
вес без снаряда и бурового инструмента 200 кг.

Цена базового комплекта — 70 тыс. р. Отдельно поставляются приборы управления — 14 тыс. р. и электропривод на подъем и опускание колонны — 14 тыс. р.

Установка ТМ 80

Применяется в твердых породах до 12 категории прочности. Начальный диаметр <300 мм, глубина бурения шнеком 150 мм — <10 м, с продувкой до 50, промывкой — 150 м.

Установка ТМ-80.

Параметры МГБУ ТМ 80:

привод от двигателя ВАЗ 2106 — 80 л.с.;
скорость бурения по песку — 15, глине — 10, твердым породам — 5 м/час.;
масса — до 750 кг.

Станок установлен на собственном шасси, оборудован 4 выдвижными домкратами. Выпускается в 3 модификациях: Премиум, Стандарт, Бюджет. Стоимость от 570 тыс. р.

Установка УМГБ 2

Назначение — проходка выработок в крепких породах с промывкой или продувкой, в мягких грунтах устанавливают шнек. На станке установлен частотный преобразователь тока, обороты вращателя регулируются в пределах 0-110 об/мин.

Показатели: