Что такое шнековое бурение скважин

Принцип работы шнековой установки

Технология применима для организации вертикальных скважин и горизонтальных проколов. Бурение скважины на воду шнековым буром производится по следующему сценарию:

Бур под собственным весом погружается в грунт, ввинчиваясь за счет острого наконечника и винтовым резцам.
Вращаясь, бур выдает на поверхность выработанную породу в чистом виде или в виде шлама.
По мере заглубления шнек наращивается за счет дополнительных секций. Беспрерывное вращение производится до момента заглубления одной штанги.

По окончании работ конструкция разбирается и вынимается, а на ее место опускаются обсадные трубы, задача которых – не дать грунту осыпаться.

Угол атаки режущих элементов по отношению к грунту зависит от его плотности. Когда порода сыпучая, мягкая, угол колеблется от 30 до 60 градусов. Твердые грунты бурят шнеками, на которых винтовая лопасть закреплена под углом 90 градусов.

Способы изготовления необходимого оборудования

Для любого из перечисленных способов потребуется использование специфического оснащения. Основным достоинством буровых приспособлений является то, что они позволяют обойтись без использования заводских устройств и оборудования. Все, что нужно для работы, дачник сможет сделать своими руками.

Прежде всего необходимо подготовить:

вышку или самодельное устройство для бурения;
бур, соответствующий диаметру скважины;
лебедку и канат;
стальную трубу.

Ручной шнековый бур

Для того чтобы изготовить стандартный шнек, необходимо произвести следующие действия:

Соединить держатель, наточенные режущие лопасти и части штанги при помощи специальных муфт. Трубы для наращивания колонны желательно приобретать металлические.
Для обеспечения надежности всей возводимой конструкции отдельные крепежные фитинги дополнительно затягиваются болтами. Это необходимо для того, чтобы при вращении приспособления в обратную сторону исключить вероятность развинчивания стержней.
Лопасти делаются из прочных стальных пластин. Толщина листа должна составлять 3 мм или больше.

Абиссинская скважина-игла

Конструкция данного инструмента состоит из следующих элементов:

наращиваемой металлической трубы, внутренний диаметр которой 1-2 дюйма;
конусообразного стального наконечника, диаметр которого чуть больше, чем трубы, чтобы уплотненный грунт не повредил установленное над ним оборудование;
80-сантиметрового щелевого фильтра, устанавливаемого на иглу и выполненного из мелкой сетки.

Участок перфорации обматывается проволокой или сеткой из нержавеющей стали. Над фильтром внутри трубы крепится обратный клапан. Для обустройства абиссинского колодца не понадобится тренога, шнек для бурения и промывочный насос.

Желонковое бурение

Желонковое бурение.

Основным рабочим инструментом является желонка. При ее помощи происходит извлечение слоя грунта после его разбивания ударно-канатным способом.

Изготавливают ее из достаточно тяжелого отрезка трубы, имеющей заостренный острый край или зубья для разрыхления породы. Это достаточно простая конструкция, оснащенная плоским клапаном.

Шарнирное соединение фиксирует пластину для клапанного механизма, благодаря чему обеспечивается свободное открытие и закрытие. В данном приспособлении ограничителем выступает металлический стержень. К внутренней части клапана при помощи сварки приваривается прут.

Гидробурение

При данной технологии грунт разрушается напорной струей. Здесь также используется желонка, с помощью которой формируется круглое отверстие. Для подачи воды на отрезке толстостенной трубы крепится шланг. Компрессор обеспечивает необходимое давление подаваемого водного потока. Между резервуаром и скважиной устанавливается насосное оборудование.

Перфоративное бурение

Такой способ бурения используют для строительства абиссинского колодца.

Для этого используется труба из железа, которая собрана из отрезков разной длины, которые между собой скреплены с помощью муфт. По своей форме они похожи на своеобразное копье и поэтому её ещё называют скважин иглой. Герметичность соединений резьбы чрезвычайно важна и добиваются её использованием силикона, или же сантехнического льна.

Прежде всего, бурение проводят до начала обводненного слоя земли. Скважина должна быть в диаметре от пятидесяти до восьмидесяти миллиметров в сухой земле. После этого скважину ставят в фильтр, а обсадные колонны забиваются.

Внизу такой трубы располагается фильтр, представляющий из себя простую трубу с таким же диаметром. В ней имеется много отверстий в среднем диаметров от пяти до восьми миллиметров. Снаружи она защищена фильтровой сеткой, способной пропускать влагу и задерживать взвеси и песок. Сквозь подобную сетку с галунным плетением проходят частички только самого маленького диаметра и размеров.

Для установки такой трубы в грунт на глубину от восьми до двенадцати метро применяют всевозможное оборудование, от штанг до бабки.

Изготовление ложкового бура

Образец ложкового бура для использования на мягком грунте

Бур-ложка идеально подходит для работ в мягких породах. При этом разрыхление грунта происходит не только в нижней, но и в боковых частях приспособления. Выбранная почва накапливается внутри цилиндрического корпуса. Когда вы будете бурить скважину таким приспособлением, потребуется периодически вынимать его и очищать от накопившейся породы.

Бур-ложка изготавливается из трубы с толстыми стенками. Причём её диаметр подбирается по ширине скважины. Кроме этого для изготовления вам понадобится аппарат для сварки и комплект слесарных инструментов. Работу по изготовлению бура ведём в таком порядке:

В трубе сделайте продольный вырез. На чертеже очень хорошо видно, как должно располагаться отверстие.
Далее с помощью лома и тяжёлого молота трубе придаётся нужный профиль (ложка).
Нижние и боковые кромки трубы затачиваются.
К нижней части конструкции по центральной оси приваривается сверло. Оно должно быть достаточно толстым с диаметром не менее 1,8-3,6 см.
К верхней оконечности трубы приваривается штанга. При этом её ось должна быть сдвинута в сторону относительно оси трубы на 1-1,5 см.
Все режущие кромки бура рекомендуется закалить.

Назначение установок

Они предназначены для бурения скважин следующих типов:

Эксплуатационных. Позволяют добывать нефть и газ.
Нагнетательных. С их помощью закачивают в продуктивные слои воду, газ или обычный воздух. Благодаря этому удается поддерживать в них необходимое для извлечения сырья давление, тем самым увеличивается эффективность использования добывающих скважин.
Разведочных. Они позволяют находить месторождения и определять их контуры. При этом проводят испытания и оценивают запасы черного золота.
Специальных (опорных, параметрических, оценочных и контрольных). Позволяют специалистам изучить пластовое строение участка, определить изменение свойств продуктивного пласта, отслеживать давление, а также определить уровень выработки определенных участков. Также с их помощью нефтяники обеспечивают внутрипластовое горение, газифицируют нефть, сбрасывают сточные воды в нижние слои и т. д.
Структурно-поисковых. Позволяют определить расположение нефтегазоносных структур по верхним маркирующим горизонтам. При этом информацию удается получить с помощью неглубоких и недорогих скважин.

Достоинства и недостатки метода

Технология шнекового бурения скважин имеет множество преимуществ:

обеспечивается высокая скорость бурения без дополнительного перемалывания отработанной породы;
очищение углубления в грунте осуществляется непрерывно;
обеспечивает глубину бурения от 1,5 до 70 м;
простота технологии;
отсутствие необходимости привлечения высокотехнологичной техники и оборудования;
не нужно осуществлять подачу бурильной жидкости, что упрощает процесс работы;
при необходимости скважина может размещаться под небольшим углом;
широкий спектр применения в различных отраслях – для бурения питьевых скважин, для формирования свайных фундаментов;
возможность осуществления геологической разведки территории.

Машины для бурения

Шнековое бурение скважин не лишено недостатков. Данный метод невозможно использовать в глинистых грунтах или при наличии почвы с большой плотностью. При попадании режущего инструмента на камень (даже небольшой по размеру) работу можно прекращать. Дальнейшее передвижение становится невозможным. Также при углублении шнека на значительную глубину необходимо приложить немало усилий.

Описание технологии шнекового бурения

Сначала, с помощью пилотных штанг длиной 1м и диаметром 114 мм, строится пилотная скважина. Благодаря оптической навигации, построение пилотной скважины происходит с ювелирной точностью. Далее, проложенный «пилот» служит направляющей для 3-ех метровых шнеков вложенных в соответственно 3-метровые отрезки стального футляра требуемого диаметра, который по мере продвижения вперед, наращивается 3-х метровыми трубными отрезками. Отрезки футляра свариваются между собой по мере продвижения.

Применение шнеков с полым валом имеет значительные преимущества, так как эта система позволяет осуществлять управляемое бурение без разработки приемного котлована. Как это достигается? Всё довольно просто, пилотные трубы не выталкиваются шнеками, а шнеки “наезжают” на пилотные трубы, т.к. диаметр вала шнеков немного больше диаметра пилотных штанг.

После завершения прокладки футляра пилотные трубы и бурошнеки извлекаются на поверхность, в рабочий котлован. Такая технология имеет неоценимое преимущество для выполнения врезок в существующие колодцы любого, даже 1м диаметра, так как не требуют извлечения пилотных труб и шнеков из премного колодца.

Еще одним дополнительным преимуществом является возможность преодолевать возникающие при пилотном бурении препятствия. Для этого полые шнеки, вложенные в отрезки стального футляра, одеваются на пилотные трубы и скважина разбуривается до препятствия. Далее пилот вместе с полыми шнеками оттягивается назад, в стартовый котлован. После этого препятствие удаляется тем или иным способом, после чего пилотное бурение может быть возобновлено, без необходимости разработки котлована на месте столкновения с препятствием.

Оборудование характеризуется компактностью и особой конструкцией привода, который передает вращение непосредственно на буровую колонну без применения редуктора. Специально разработанный гидравлический блок управления и гидравлическая станция хорошо приспособлена для работы бурошнековой установки, обеспечивая эффективную и энергосберегающую работу на строительном объекте.

ГНБ

Горизонтально-направленное бурение (метод ГНБ) – способ проложить различные коммуникации под землей бестраншейным способом. При использовании метода поверхность ландшафта остается нетронутой, включая элементы благоустройства, дорожное полотно, строения и другие объекты. На данный момент разработано несколько проверенных методов горизонтально-направленного бурения, которые активно используются в целях снижения стоимости прокладки коммуникаций и сохранения объектов на поверхности земли.

Источники

https://stroy-podskazka.ru/bury-dlya-zemlyanyh-rabot/o-gorizontalnom-burenii/
https://www.prof-tm.com/buroshnek
http://gnbs.ru/baza-znaniy-po-tehnologii/gorizontalno-napravlennoe-burenie/gorizontalnoe-shnekovoe-burenie-tehnologiya-metoda
https://specingtonnel.ru/nashi-uslugi/gorizontalnoye-shnekovoye-bureniye/
http://library.stroit.ru/articles/gnb/
https://ingestroy.ru/buroshnek/
https://gnb-stroy.com/services/gorizontalnoe-burenie
https://FB.ru/article/466739/gorizontalnoe-shnekovoe-burenie-tehnologiya-etapyi-preimuschestva
https://perforator.su/tekhnologiya.html

Артезианская глубина

Несмотря на то, что технология гидродобычи самая сложная и дорогостоящая, такие скважины используются очень часто. Оборудование помогает добыть наиболее чистую, сразу предназначенную для питья воду на глубине до 200 метров. Такая жидкость кристальной чистоты с идеальным минеральным составом (кстати, стабильным) находится в межпородных пространствах – между скальными, твердыми породами. Кроме того, объемы добываемого ресурса настолько велики, что можно легко обеспечить им не только один участок, но и соседний.

Достоинства:

Наиболее качественная питьевая жидкость – вкусная, чистая, с оптимальным уровнем минералов.
Высокая производительность – до трех кубометров в час.
Бесперебойность и постоянный уровень влаги, который не зависит от экологии, климата.
Такая скважина будет действовать без повторного бурения около полувека.

Недостатки:

Тяжелое оборудование.
Потребность составления проекта и получения разрешения, уведомление водного кадастрового органа.
Большие финансовые расходы.
Длительный период строительства.

Способы самостоятельного бурения

Специфика существующих методик определяется типом гидротехнического сооружения. Главными отличительными качествами, влияющими на выбор способа и применяемого для ручного бурения технического оснащения, являются глубина залегания водоносного горизонта и физико-геологические характеристики грунта.

Наибольшее распространение получили следующие технологии:

шнековая;
колонковая;
ударно-канатная;
гидробурение.

Ручной шнековый метод

Шнек рекомендуется использовать для формирования скважин, поставляющих жидкость из водоноса, расположенного не ниже 40 м от поверхности. Благодаря доступности исполнения шнековый способ пользуется спросом среди начинающих мастеров, не обладающих профессиональными навыками строительной деятельности.

Принцип действия определяется конструкцией бурового приспособления. Шнек изготавливается в виде спирального стержня с лопастями и специальным наконечником. Аналогично штопору устройство ввинчивается в почвенный слой. Пласты грунта разрушаются при заглублении винтообразного изделия, выносясь на поверхность металлическими витками.

Технология колонкового бурения

Основана на применении особого инструмента, базовым элементом конструкции которого является колонна с сечением до 16 см, оснащенная режущей коронкой. Процесс сооружения скважины ускоряется благодаря специфике выполнения мероприятий по ручному бурению.

На верхней поверхности колонковой трубы при заглублении устройства узлами крепления фиксируются полутораметровые штанги. Поэтапное наращивание способствует формированию технологической колонны.

Плотные породы легко разрушаются заточенными краями коронки, изготовленной из металла повышенной прочности. Базовым критерием при выборе размера и формы режущего инструмента являются физико-механические характеристики грунта.

Ударно-канатный способ

Заключается в разъединении поверхностных пластов почвенных пород посредством ударной силы, возникающей при падении забивного стакана.

Конструкция буровой установки представлена следующими элементами:

над местом будущей скважины размещают треногу;
для облегчения подъема на двухметровую высоту используется лебедка с тросом;
инструмент, разрушающий слои грунта, изготовленный из металлической трубы с режущей кромкой, способной пробивать отверстия в твердых породах, канатом закрепляется на подъемном механизме.

Для автоматизации процесса рекомендуется задействовать редуктор, приводимый в действие двигателем.

Ударно-вращательный метод

Является разновидностью, отличаясь от предыдущей технологии бурения скважин на воду дополнением ударных действий вращательными движениями. Способ позволяет ускорить процесс создания водяной шахты. Рекомендуется использовать данную методику на участках с неоднородными геологическими характеристиками.

Станок для ударно-вращательного метода.

Конструктивное исполнение ударного инструмента определяется типом разбиваемой породы. Функциональным элементом бура, применяемого при ручном сооружении скважин желонковым методом, является шариковое, дисковое или поршневое клапанное устройство.

Гидробурение

Технология основана на использовании разрушительных способностей жидкой среды. Вода, усиливающая воздействие на поверхностные пласты бурового инструмента, позволяет сократить время на формирование скважинного шурфа.

Способ предусматривает применение дополнительного оборудования, представленного мотопомпой, поставляющей жидкость во внутреннее пространство водяной шахты для вымывания породы, измельченной буром.

Способы изготовления необходимого оборудования

Прежде всего необходимо подготовить:

вышку или самодельное устройство для бурения;
бур, соответствующий диаметру скважины;
лебедку и канат;
стальную трубу.

Ручной шнековый бур

Для того чтобы изготовить стандартный шнек, необходимо произвести следующие действия:

Соединить держатель, наточенные режущие лопасти и части штанги при помощи специальных муфт. Трубы для наращивания колонны желательно приобретать металлические.
Для обеспечения надежности всей возводимой конструкции отдельные крепежные фитинги дополнительно затягиваются болтами. Это необходимо для того, чтобы при вращении приспособления в обратную сторону исключить вероятность развинчивания стержней.
Лопасти делаются из прочных стальных пластин. Толщина листа должна составлять 3 мм или больше.

Абиссинская скважина-игла

Конструкция данного инструмента состоит из следующих элементов:

наращиваемой металлической трубы, внутренний диаметр которой 1-2 дюйма;
конусообразного стального наконечника, диаметр которого чуть больше, чем трубы, чтобы уплотненный грунт не повредил установленное над ним оборудование;
80-сантиметрового щелевого фильтра, устанавливаемого на иглу и выполненного из мелкой сетки.

Желонковое бурение

Желонковое бурение.

Гидробурение

Советы и рекомендации

Пробурить скважину для воды своими руками трудно и проблематично. Несколько советов и рекомендаций:

Для того чтобы вода в источнике всегда была чистой, нужно обеспечить приток свежего воздуха. Несколько вентиляционных отверстий в верхней части конструкции помогут в этом.
Верхнюю часть стоит оснастить откидным люком. Это позволит быстро осматривать шахту, доставать из нее насосное оборудование.
По окончании буровых работ нужно сделать забор воды и передать ее на анализ в лабораторию. Это позволит выявить содержание и состав примесей в ней. Забор воды на анализ нужно делать спустя некоторое время, а не непосредственно после окончания бурения.
Улучшить качество воды можно с помощью установки фильтровального оборудования.

Технологии и методики бурения на воду различны и имеют собственную специфику. Перед началом буровых работ нужно собрать необходимые данные, запастись инструментом и оборудованием. Желательно приобрести базовые навыки.

Глубина бурения

Расположение водоносных слоев относительно поверхности почвы зависит не только от региона и гидрологических особенностей. Играет роль, вода какого качества является целью бурения. Специалисты различают три ключевых водоносных пласта различных по качеству воды, мощности запасов влаги, глубине залегания.

Недалеко от поверхности (3-10 м) находится первый водяной пласт, называемый верховодкой. Это как раз та вода, до которой можно без особых сложностей пробиться, если бурить своими руками. На пути бурения крайне редко попадаются твердые породы, поэтому, имея небольшой опыт и несложный инструмент, есть возможность устроить абиссинский колодец (так называется скважина для добычи влаги из верховодки). Мощность поверхностных водяных пластов небольшая, поэтому на дебет выше 0,5 м3 в час не стоит рассчитывать. Качество воды в большинстве случаев невысокое, которого хватает только для обеспечения технических потребностей.

Залегание песчаных водоносных пластов находится на глубине 10-35 м. Здесь удовлетворительная по качеству вода, значительнее мощность притока (дебет до 1 м3). Бурить своими руками до песчаного водоноса вряд ли целесообразно, хотя опыт показывает, что некоторым усердным водяным «старателям» это удавалось, если горизонт находился на небольшой глубине (до 15 м). В большинстве же случаев для устройства колодца «на песок» применяют механизированные методы бурения.

Глубже всего расположены известняковые водоносы (30-250 м), до которых бурением своими руками точно не добраться при самом поверхностном их расположении относительно поверхности почвы. Для того, чтобы достать рыхлый известняк, несущий самую качественную артезианскую воду, иногда не всякая бурильная техника подойдет. Приток воды здесь намного выше (3-5 м3) и зависит от мощности пласта и совершенства скважины. Теперь рассмотрим применяемые сейчас способы бурения скважин на воду, в том числе выполнимые своими руками.

Технология бурения шнеком

Процесс бурения скважин на воду вышеописанным методом имеет множество плюсов, один из которых заключается в скорости прохождения. Одновременно с осуществлением бурения происходят продавливание и укладка стенок скважины, что помогает удерживать почву, исключая ее обрушение. Монтируемые стенки скважины могут быть выполнены из бетона или металла. Бурение скважин на воду таким способом не предполагает необходимости промывки колодца во время проведения процесса.

Данный метод бурения применим исключительно для таких скважин на воду, которые характеризуются незначительным дебитом. Посредством винтового шнека из забоя извлекается разрушенный грунт. Шнек представляет собой бурильную трубу, которая полностью обвита металлической лентой. Шнековое бурение предполагает использование буровых механизмов, которые располагают подвижным вращателем. Шнеки сопрягаются резьбой или элементами, которые обладают фигурным сечением. Шаг подачи при работах ограничен максимальным пределом до 15 м.

Герметичные шнеки имеют полости и оснащены реверсивными замками, которые снабжены разными долотами. Сталь высокого качества, которая лежит в основе замковых соединений, характеризуется превосходной износоустойчивостью, что позволяет сократить время на бурение во много раз.

Виды шнековых буров.

Если шнековое бурение скважин ведется на участке с мягкими и рыхлыми грунтами, то лопасти долота следует располагать под углом в пределах от 30 до 60° относительно забоя. Если же бурение скважин таким способом производится на плотных грунтах или отложениях, в основе которых гравий и галька, то лопасти долота должны быть расположены под углом в 90° относительно забоя. Определять угол при ведении работ нужно в зависимости от твердости почвы, с которой предполагается работать.

Когда обустраивается скважина на воду, режущие детали инструмента высвобождают высокие температуры за счет разрушаемой почвы. Отработанный грунт поступает наверх по спирали шнека. Объем отработанной породы при сохранении средней скорости транспортировки представляет примерно 0,2-0,4 от объема пространства. Технология предполагает сохранение частоты вращения бурового инструмента от 150 до 200 об/мин.

При на воду описываемым способом самыми эффективными можно считать шнеки, которые располагают центральным каналом. Именно он транспортирует воздух или воду посредством гидронасоса, что позволяет сделать трение при проведении работ более низким. Технология предполагает заглубление до 50 м. В некоторых редких случаях бурение шнеком может быть осуществлено до глубины в 120 м. Если предполагается обустраивать глубокую скважину, то работы со шнеком часто совмещают с иными видами бурения. Таким образом, при осуществлении шнекового бурения допустимо использовать технологию, которая предусматривает применение обсадных труб. Заменить ее можно тампонированием стен колодца бетоном, что происходит под давлением и с верхнего горизонта. Описанный вид бурения способен обеспечить скорость прохода в сутки до 30 м.

Схема шнековой буровой установки.

В станках для проведения бурения шнеком используются литые головки, режущие элементы и хвостовик. Рабочая поверхность лопасти часто наплавлена твердым сплавом. Если на участке перед проведением бурения были обнаружены особо твердые грунты, то буровая головка должна иметь в оснащении технические алмазы.

Глубина бурения шнеком осуществляется на габариты одной штанги, после станок отключается, штанга отсоединяется от шпинделя, чтобы появилась возможность ее поднять и нарастить посредством новой штанги. Затем проведение работ можно продолжить.

У шнекового бурения имеется и свой недостаток, который, правда, можно считать единственным: обустроенная скважина, как правило, обладает чрезвычайно маленьким дебитом.

Для проведения работ вам понадобятся следующие инструменты: