Инструменты для бурения скважин: что нужно для самостоятельной и профессиональной работы

Обсадка скважинного ствола

Для обсадки скважинного ствола самый лучший вариант – стальные трубы. Подойдут полимерные собраться, но в плане прочности при заглублении в грунт они не слишком хороши. Опять же продавливать в скважину обсаду будет не гидравлика, а ручные усилия, а легкие пластиковые трубы в ручную выработку вовсе не просто заглубить.

Обсадку собирают из отдельных звеньев, длиной примерно по 2 м. Можно и больше, но их будет неудобно устанавливать в ствол во время бурения. Потому, хоть и будет в обсадной колонне много соединений, но используют лучше использовать подходящий для работы размер.

Первое звено устанавливается после двух/трех ходок. Затем ее постепенно продавливают, уложив сверху брусок для приложения собственной силы и веса. При бурении вращательным методом заглубление обсады проводится следом за извлечением инструмента с грунтом.

Применение ударно-канатного метода в сыпучих породах заставляет заглублять обсадку с некоторым опережением снаряда, иначе бур будет бесконечно черпать слой, не продвигаясь вниз.

Установка обсадки производится одновременно с бурением выработки. Трубы соединяются по резьбе или посредством сварки. Обсадку на время работ фиксируют хомутом

Соединяют звенья обсадки сваркой или резьбовыми муфтами, но лучше всего изначально подобрать трубы с резьбой. По мере заглубления их проще и удобней навинчивать, чем постоянно варить и проверять на дефекты шов.

Бурить продолжают, пока не пройдут водоносный слой и не углубятся в нижележащий водоупор минимум на 0,5 м. После этого колонну обсадных труб слегка “вытягивают” на поверхность, чтобы выйти из водоупорного слоя. Затем производят прокачку водозаборной выработки, чтобы избавиться от разрушенной в процессе бурения породы.

По завершению промывки внутрь обсаженного ствола устанавливают еще одну колонну труб со скважинным фильтром, который избавит воду от загрязнения и защитит насос. Теперь можно установить насос, тип которого подбирают в зависимости от глубины водоносного горизонта.

Финальным этапом организации собственного источника воды является обустройство ее устья. Для этого сооружают кессон или ставят приобретенный в магазине оголовок.

Важные обстоятельства

Суффозионные проседания почвы

Первое: массовый неконтролируемый забор безнапорных вод может привести к т. наз. суффозии грунта, вследствие которой внезапно и непредсказуемо возникают его провалы, см. рис.

Второе: критическая глубина самостоятельного бурения на равнинной местности в РФ составляет 20 м. Глубже – стоимость заказной скважины под ключ оказывается меньше прямых и косвенных затрат на «самобур». Вдобавок вероятность неудачи приближается к 100%

Третье: срок эксплуатации скважины сильно зависит от регулярности водозабора из нее. Если брать воды понемногу по мере расходования, то скважина на песок прослужит около 15 лет, а на известняк до 50 лет и более. Если же периодически выкачивать все сразу или, наоборот, брать эпизодически, то скважина иссякнет через 3-7 лет. Ремонт же и повторная раскачка скважины дело настолько сложное и дорогое, что проще забурить новую. Если вас это обстоятельство удивляет, учтите – ремонтируют-то не трубу в земле, а водоносный пласт.

Исходя из этого, уже можно посоветовать: обнаружив безнапорную воду не глубже 12-15 м, не торопитесь радоваться, лучше пробуриться еще насколько возможно, чтобы выйти на известняк. А лучше всего не полениться и произвести разведочное бурение скважиной-иглой, см. далее. Сделать скважину-иглу возможно буквально за выходные, сложного и дорогого оборудования не требуется. И она же может быть временным источником водоснабжения, пока вы не определитесь по времени, деньгам и пр. с постоянным.

Колодец или скважина?

Сухое бурение, кроме ударного без обсадки, бывает только прерывистым, т.е. бур приходится то опускать в ствол, то извлекать из него, чтобы выбрать породу из бура. В профессиональном гидробурении размельченная порода выносится отработанным буровым раствором, но любителю нужно твердо знать: пройти за 1 цикл бурения ствол на глубину, большую длины рабочей части инструмента, нельзя. Даже если бурить шнеком (см, далее), его нужно поднимать и вытряхивать породу из витков максимум через 1-1,5 м проходки, иначе дорогой инструмент придется отдать земле.

Установка обсадки

Удержание обсадной трубы от самопроизвольного осаживания

У внимательного читателя, возможно, уже возник вопрос: а как ставят в ствол обсадку? Или, как поднимают/опускают бур, который, по идее, должен быть шире ее? В профессиональном бурении – разными способами. Самый старый иллюстрирует рис. справа: ось вращения инструмента смещают относительно его продольной оси (обведено красным), а режущую часть выполняют несимметричной. Шейку бура делают конической. Все это, разумеется тщательнейшим образом просчитывается. Тогда в работе бур описывает окружность, выходящую за обсадку, а при подъеме его шейка скользит по ее краю и бур проскальзывает в трубу. Это требует мощного точного привода буровой колонны и ее надежного центрирования в обсадной трубе. По мере заглубления обсадку наращивают сверху. Любителям сложная спецтехника недоступна, поэтому устанавливать обсадные трубы им возможно следующими способами:

• Бурят «голый», без обсадки, ствол на полную глубину буром большего, чем обсадная труба, диаметра, а затем опускают в него обсадные трубы. Чтобы вся колонна не ухнула вниз, пользуются 2-мя бурильными воротами: одним удерживают уже ушедшую в скважину трубу, см. рис. справа, а второй устанавливают на новую, прежде чем снять первый. Только тогда колонну осаживают в ствол, если сама уже не идет. Этот способ нередко используется любителями на достаточно плотных, адгезирующих (прилипчивых) и связных (не сыпучих) грунтах на глубину до 10 м, но сколько скважин при этом обрушилось, сколько буров и обсадки было потеряно – статистики нет.
• Бур берут меньшего диаметра, а нижнюю обсадную трубу делают с расходящимися заточенными зубьями (коронкой) или снабжают режущей юбкой. Забурившись на 1 цикл, бур полнимают, а трубу принудительно осаживают; коронка или юбка срезают излишки грунта. Этот способ замедляет бурение, т.к., прежде чем начать новый цикл, нужно желонкой (см. ниже) выбрать осыпавшийся грунт, но надежнее, облегчает гравийную засыпку затрубного пространства и позволяет применить наружный песочный фильтр, см. далее.

Выбор места для бурения скважины

Чтобы загородный участок был постоянно с водой необходимо правильно определить месторасположения скважины. Просто пробурить ствол в любом удобном месте не получится. Если не хватает собственных знаний, то лучше воспользоваться услугами специалистов, которые имеют все необходимое оборудования для проведения геологических исследований и помогут понять где и как правильно пробурить скважину.

Участок для бурения скважины следует выбирать в согласовании с объектами, находящимися на территории усадьбы. Необходимо учесть также постройки, уже имеющиеся у соседей и которые они планируют в будущем. При этом скважина должна быть расположена в удобном месте, чтобы без проблем производить ремонт в случае необходимости.

Необходимо понимать, что основная задача бурения – получить постоянный источник качественной воды, пригодной не только для полива, но и для приготовления пищи. Независимо от того бурите вы на глубине 30 метров или 100, есть большой риск засорения скважины при попадании стоков по наружным стенкам обсадной трубы или при затоплении приямка.

По этой причине правильно бурить скважину под воду в чистом месте, находящемся на безопасном расстоянии от возможных источников загрязнения. Правила СНиП предписывают следующие требования к месту расположения скважины:

• расстояние от скважины до жилых построек должно быть не менее 5 м;
• свалки мусора, выгребные ямы и места складирования навоза – 50-100 м;
• удаленность от промышленных предприятий, кладбищ не менее 300 м;
• от огородных культур, при выращивании которых используются химические удобрения – минимум 20 м;

Скважину на участке запрещается бурить если есть поблизости автомобильные дороги или парковки, поскольку обсадная труба не рассчитана на воздействие интенсивной вибрации, образующейся при проезде транспортных средств.

При планировании работ следует обязательно учесть особенности рельефа. Ни в коем случае нельзя бурить скважину в низине. После дождя или весеннего таяния снега в этом месте неизбежно образуется застой воды, что приведет к затоплению приямка, заиливанию обсадной трубы и необходимости промывки скважины. Но это не самое страшное, что может произойти. При затоплении скважины на участке, есть большая вероятность попадания в воду болезнетворных бактерий, от которых избавиться будет намного сложнее — кишечная палочка способна сохраняться в воде более года.

Для определения неровностей рельефа визуальных наблюдений недостаточно – уклон в несколько градусов глазами увидеть невозможно, а этого будет достаточно, чтобы вода застаивалась. Поэтому перед тем как бурить скважину необходим провести топографическую съемку местности. Обычно ее делают на этапе проектирования дома, но если дом уже построен, а данных нет, то самые низкие точки можно самостоятельно определить по местам скопления воды после дождя.

В случае, если низина является единственным доступным местом для бурения скважины на участке, то выходом послужит устройство системы дренажных каналов, которую необходимо продумать так, чтобы возле приямка ни при каких обстоятельствах не собирались сточные воды. При расположении источников загрязнения выше санитарной зоны, дренажную систему делают максимально удаленной от нее, чтобы сточные воды не доходили до скважины минимум на 10-15 м.

Для бурения скважин большой глубины применяют буровые установки, расположенные на грузовых автомобилях. Помимо самой установки, потребуется большое количество воды, которую при отсутствии рядом расположенного источника воды обычно привозят бурильщики, а это еще одна машина. Поэтому следует заранее продумать проезд к месту проведения работ и обеспечить свободное пространство для маневрирования транспорта площадью на менее 4х9 м. Буровая установка оснащена мачтой, способной подниматься до 10 м, поэтому над местом, где планируется бурить скважину не должно быть никаких помех.

Некоторые любители комфорта еще на этапе строительства бурят скважину в подвале дома. Делать это нецелесообразно, потому как проблемы могут возникнуть при первой же незначительной поломке. Для того чтобы поднять скважинный насос потребуется пространство высотой в несколько метров, помимо этого, для обслуживания скважины специалисты используют оборудование, с которым будет проблематично работать на ограниченной площади.

Подробнее с технологией бурения скважин можно ознакомиться в видео материале в конце статьи.

Как выполнить своими руками

Самое первое условие — для выполнения буровых работ самостоятельно, понадобится знание технологии бурения. Начинают работу с рытья шурфа, его глубина должна быть минимум 2 м, а размеры — 1,5х1,5 м. Это предупредит возможность осыпания наиболее непрочного слоя грунта.

Если стенки шурфа обшить досками они не будут осыпаться. Процесс бурения скважин вручную предусматривает использование буровой колонки и вышки, с помощью которой и выполняется подвешивание буровой колонки над точкой бурения.

Буровая колонка — это 6 штанг, удлиняемых при помощи переходных муфт. Сама буровая колонка оборудована буровой головкой. Буровая вышка сооружается из бревен от 150 до 200 мм в диаметре, вид ее напоминает треногу, на которой крепится лебедка. Буровая колонка — это соединенные между собой определенным способом буровые штанги. Если бурение скважин производится вручную, без вышки, то используются штанги высотой 1,5 м, бурение с вышкой позволяет использовать трехметровые штанги.

Ручное бурение скважин — процесс достаточно сложный. Потребуется выбор качественных инструментов, изготовленных из высокопрочной стали. От вида грунта, в котором будет делаться скважина зависит выбор бура и способ бурения скважины.

Для работы используются такие виды буровых головок:

• змеевик, или спиральный бур,
• бур-ложка,
• бур-долото,
• желонка.

Способы бурения и буровой инструмент

Для самостоятельного бурения скважин подходят следующие способы:

• вращательный (роторный), когда буровой снаряд, вращаясь, «вгрызается» в породу;
• ударный, при котором по буровой штанге делаются удары, заглубляющие снаряд в породу;
• ударно-вращательный, когда штангу поднимают-опускают нужное число раз, рыхля породу, а затем вращают, чтобы забрать эту породу в полость бурового снаряда;
• канатно-ударный, при котором особый буровой снаряд опускают, а затем поднимают на канате, попутно забирая этим снарядом отработанную породу.

Все вышеперечисленные способы — это методы, так называемого, «сухого бурения». Если же говорить о гидробурении, там работать приходится в слое воды или в буровом растворе, которые делают породу более податливой. Гидробурение считается неэкологичным и затратным способом, поэтому любители применяют его крайне редко. Кроме того, оно требует специального профессионального оборудования, тогда как при любом из сухих способов можно обойтись:

• шнековым буром (шнеком), подходящим для суглинков, чуть влажных супесей и мягких глин;
• бур-стаканом (буровым снарядом Шитца), отлично работающим при канатно-ударном бурении со связными, но вязкими, сильно облипающими грунтами, в которых шнек, например, обязательно застрянет;
• ложковым буром, который при вращательном и ударно-вращательном бурении подходит для рыхлых и сыпучих грунтов, держащихся в витках шнека, а также в стакане;
• желонкой, чтобы при канатно-ударном бурении счищать со ствола осыпавшийся грунт, ил или мягкую полужидкую породу;
• ударным долотом для возможной разбивки валунов.

Режущие кромки всех вышеперечисленных буров сделаны из закаленной стали. А посмотреть схемы изготовления самодельных буровых снарядов для скважин на воду можно на рисунке:

Диаметры меняются в зависимости от калибра конкретной скважины.

Этапы монтажа

Бурение скважины в одиночку включает ряд обязательных этапов:

• Этап 1 – образовательный.
• Этап 2 — проектный
• Этап 3 – подготовительный.
• Этап 3 – строительный.
• Этап 4 – завершающий.

Первый этап — этап теоретической подготовки бурения, ведь надеяться придется только на себя. Поэтому, с головой уходим в Интернет, в нужную литературу – проблем с ней сегодня нет. Неоценима помощь специалистов-буровиков, любого кто такой опыт имеет. Пригодятся советы старожилов в установке скважины и сведения изыскательских архивов. Важна следующая информация:

• О правовых аспектах строительства и использования водоносной скважины.
• О видах водоносных скважин и особенностях их выбора.
• О технологии бурения водоносной скважины.
• О нужной технологической оснастке.
• Где она приобретается или как сделать ее.
• О технологических рисках процесса бурения и алгоритмах действий в случае их реализации.
• Об обустройстве построенной скважины.

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.

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.

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.

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.

Чем скважина лучше колодца

Раньше вопросы решались только одним способом – копался колодец, вода в дом носилась ведрами. В дальнейшем начали использовать простейшие погружные насосы, они опускались в колодцы и накачивали воду в большие емкости, а уже из них она самотеком подавалась в дом. Но такая технология имеет много недостатков.

Скважина имеет весомые преимущества перед колодцем

1. Зимой емкости приходилось очень качественно утеплять, и даже такие мероприятия не гарантировали сохранность воды.
2. Незначительное давление не позволяло пользоваться стиральными автоматами и другой бытовой техникой, использующей воду под давлением.
3. В колодце находится вода с мелкозалегающих слоев. Она по многим параметрам не отвечает существующим требованиям СанПиН. Особенно сегодня, когда экологическая обстановка значительно ухудшилась.
4. Во время паводков, обильного таяния снега, сильных ливней грязная вода с поверхности земли попадала в колодец, что делало невозможным длительный период времени использовать ее не только для приготовления пищи, но и для бытовых нужд. Приходилось несколько раз полностью откачивать воду и делать дезинфекцию.
5. В колодец попадает грязь, он заиливается, его приходится периодически очищать. Это физически очень трудные работы, выполнять их могут только профессионалы.

Основные недостатки колодца обусловлены его небольшой глубиной

Сегодня есть отличный способ решения всех проблем – пробурить скважину, и чем больше ее глубина – тем лучше качество воды.

Как избежать ошибок при бурении

Нехватка опыта у бурильщиков-самоучек чаще всего видна в следующем:

1. Слишком глубоко опускают бур, из-за чего обсадная труба пересекает водоносный предел. Решение: приподнять обсадную трубу либо вставить в нее другую более короткую, после чего ранее установленную трубу необходимо удалить.
2. Обсадная труба не достигла необходимой глубины, из-за чего внизу обвалился грунт и производительность скважины сразу же упала. Решение: необходимо вынуть грунт желонкой, после этого погрузить трубу на нужную глубину.
3. Насос был смонтирован слишком низко, из-за чего скважина засорилась песком. Решение: насос необходимо извлечь и выбрав при помощи желонки песок, установить его правильно. Правильное положение определяется следующим образом: работающий насос опускают постепенно до тех пор, пока в откачиваемой им воде не обнаружится песок. После чего насос немного приподнимают, пока он не начнет качать чистую воду. Как правило, правильное положение насоса составляет 1-2 метра от дна.

Своевременная прочистка необходима скважинам всех типов. Признаками того, что водному сооружению необходим сервис могут стать: наличие в потоке воздушных пробок, рывки в выходе воды, присутствие различных примесей в воде (песка, ила).

Способы бурения

Шнековое бурение

Шнековое бурение

Шнековое бурение скважин характеризуется простотой и относительно небольшими затратами. Многие малогабаритные установки для бурения работают с применением этого способа. Для выемки грунта используется архимедово колесо, в технике оно именуется шнеком. Глубина скважин, получаемых таким образом, менее 10 метров. В этом случае нет необходимости в воде или буровом растворе, используемых при промывке.

Применение шнекового бурения ограничено характеристиками грунта. Способ широко используется при сухом или мягком грунте. Работать шнеком в плавунах или скальных породах не представляется возможным. Для проведения буровых работ требуется соответствующая квалификация, так как помимо умения пробивки отверстия необходимо уметь проводить мероприятия по защите водоноса от проникновения верховодки и сточных вод.

Роторный способ бурения

Таким способом получают скважины большой глубины. В качестве инструмента для бурения скважин используют специальную бурильную трубу. В ее полости располагается вал, оснащенный на конце долотом, работающем от гидравлической установки. Таким образом можно достичь любой глубины скважины. С целью промывки скважины от грунта используется бурильный раствор. Подача его может происходить следующим образом:

• прямой промывкой, при которой происходит подача насосом раствора, и он выводится на поверхность самотеком;
• обратной промывкой, когда раствор попадает самотеком, а откачивается вместе с породой насосом.

Промывка обратным способом дает возможность иметь значительный дебит скважины. Это связано с существенным повышением качества вскрытия горизонта, содержащего воду. При этом стоимость работ значительно возрастает вследствие применения дорогостоящего сложного оборудования. В этом отношении прямая промывка предпочтительнее.

Образец трехгранной конструкции из стали

Бурение ударно-канатным способом

Бурение на воду таким способом производится уже длительный период времени. Характеризуют его высокая трудоемкость и малая скорость производства работ. При этом качество скважины находится на высоком уровне, она может эксплуатироваться до пятидесяти лет.

Технология бурения состоит в дроблении грунта путем воздействия снаряда, обладающего значительной массой. Снаряд поднимают на определенную высоту, и при его падении происходит разрушение грунта. Для удаления породы, подвергшейся разрушению, применяется желонка.

Бурение, происходящее таким образом, не требует промывки водой или бурильным раствором. Такая специфика технологии позволяет произвести точное вскрытие водоносного слоя, что обеспечивает максимальный дебит и эксплуатационный срок скважины.

Приспособление для данного метода

Стоимость буровых работ ударно-канатным способом значительна. Трудоемкость в этом случае существенно выше, чем при роторном методе. Помимо этого при выходе на последующие слои водоносного грунта необходимо использование обсадных колонн для изоляции более высоких горизонтов.