Шнековое бурение скважин на воду: описание способов, методов и технологий – фото устройства

Шнековое бурение

Шнековый способ бурения считается наиболее простым и доступным методом. Он выполняется в мягких породах и грунтах средней твердости. Способ целесообразен для прохождения скважин небольшой глубины в песчаных слоях. Он основан на применение винта, извлекающего породу из скважины наверх. Но при встрече с валунами использование шнека становится проблемным. Таким способом чаще всего обрабатывают скважины глубиной до 10 м.

Технологическое отличие роторного от шнекового бурения состоит в том, что удаление из забоя разрушенной породы производится шнеком, а не промывочной жидкостью. Помимо этого последний метод считается менее затратным. Высокая механическая скорость обработки обеспечивается отсутствием необходимости в промывке породы.

shnek-bur-1.jpg

Преимущества и недостатки бурения шнековым буром

Данный метод бурения скважины обладает рядом достоинств, среди которых основными являются следующие:

  1. Быстрота, с которой выполняются работы.
  2. Непрерывность процесса, автоматическое извлечение отработанной породы.
  3. Отсутствие необходимости применение других технологий выборки грунта.

При этом имеются и недостатки:

  • Есть ограничение по глубине бурения.
  • Для производства работ требуется применять специальные установки, обеспечивающие необходимое давление на бур в процессе вращения.

Производительность шнекового бурения скважин.

burenie_shnekami.jpgПроизводительность шнекового транспортера должна быть не меньше производительности долота с учетом разбуривания ствола (1,0—1,3) и разрыхления породы (1,3-1,6). Обычно минимальная частота вращения при диаметре шнеков 70—100 мм составляет 160-200 мин, а максимальная — 500-700 мин. С увеличением диаметра шнека минимальная и максимальная частоты уменьшаются.

Мощность, расходуемая на трение колонны шнеков о стенки скважины, колеблется в пределах 0,2-0,8 кВт, а на транспортировку породы — 0,16—0,43 кВт.

Затраты мощности при постоянном числе оборотов и прочих равных условиях зависят от скорости подачи и углубления долота в породу за оборот. По мере увеличения скорости подачи снаряда коэффициент заполнения шнеков возрастает и в сыпучих или обильно увлажненных породах может достигать 1. При этом резко возрастают силы трения породы о поверхность шнека, разрушается нормальный вынос ее на поверхность, что резко увеличивает непроизводительные затраты мощности и нагрузку на привод.

Одной из мер снижения мощности, расходуемой на шнековое бурение, является подача на забой при бурении сухих и вязких пород некоторого количества воды (2—5 л/мин или 8-20 л на 1 метр углубки). Вода может заливаться в затрубное пространство или закачиваться через шнеки. При этом скорость бурения увеличивается до 30%, а расходуемая мощность уменьшается до 20%. Шнековое бурение в большинстве случаев может осуществляться без приложения к долоту дополнительной осевой нагрузки.

doloto_shneka.jpgВнедрение лезвий долота в мягкую породу происходит под действием веса шнека, а также реактивного усилия, возникающего при транспортировке разрушенной породы. Величина его равна усилию проталкивания породной массы по шнековому полотну и составляет 8,0—120 кН на каждый метр длины шнековой колонны. Нередко возникает необходимость разгрузки долота от чрезмерного реактивного усилия шнека во избежание его поломки. Эта операция осуществляется лебедкой бурового станка или механизмом подачи. Дополнительная осевая нагрузка прикладывается к долоту при забуривании скважины, а также при бурении по мерзлым породам, сухим плотным глинам и пескам. В этом случае она может достигать 15—30 кН.

При бурении по гравийно-галечниковым отложениям применяется обычный режим бурения, если размер отдельных галек (кусков щебня) не превышает 80 мм. Крупные твердые включения и валуны отбиваются в сторону или разрушаются ударами при расходке с вращением.

Наиболее существенным недостатком шнекового бурения является трудность определения глубины, с которой поднята породная масса, являющаяся в этом виде бурения пробой минерального вещества. Это происходит из-за того, что при транспортировке породы шнеком она непрерывно перемешивается из-за разных скоростей движения частиц породы, находящихся на различном удалении от оси вращения. Во многих случаях при бурении скважины глубиной 20 м не фиксируются пропластки мощностью до 1 м. Этот недостаток частично может быть устранен следующим технологическим приемом. Через равные промежутки углубки (например, через 1 м) подача инструмента прекращается до полного подъема всей породы по данному интервалу опробования.

Читать еще:  Какие трубы выбрать для отопления?

Шнековое бурение скважин реализуется установками различной мощности: от ручных мотобуров и легких переносных установок с бензиновым двигателем мощностью 4 л. с. (глубина скважин 7—15 м), легких передвижных установок УПБ-25, ПБУ-25, УКБ-12/25 и других с подвижным вращателем мощностью 6—10 л. с, обеспечивающим бурение скважин глубиной 18—20 м, до самоходных установок ПБУ-2, УКБ-12/25С, УРБ-1С, УРБ-1В, УШ-2Т4, УГБ-50А, обеспечивающих предельные глубины бурения скважин диаметром 120-230 мм.

Основные этапы проведения работ

Горизонтальное бурошнековое бурение проводится в три основных этапа. На первом этапе производится подготовка укрепленных котлованов: стартового и приемного, встречное бурение таким способом не проводится. Далее производится управляемое бурение с постоянной коррекцией любых отклонений от заданного направления с помощью пилотных штанг.

На втором этапе скважина расширяется до необходимого по проекту диаметра, в нее вводится обсадная труба, грунт изымается из скважины шнеком, в скважину нагнетается буровой раствор. Третий этап заключается в продавливании рабочей трубы одновременно с извлечением из скважины обсадной трубы, после чего можно проводить демонтаж буровой установки и извлекать шнек.

Вертикальное шнековое бурение производится похожим образом:

  • на первом этапе производится разведка, подбирается размер бура и тип коронки;
  • далее бур разрыхляет породу и заглубляется на требуемую глубину, грунт извлекается на поверхность;
  • на третьем этапе в скважину также вводится обсадная труба, которая нужна для укрепления стенок.

Как сделать бур своими руками

Ближайший водоносный пласт залегает на глубине до 20 м. Скважину можно пробурить своими руками, пользуясь самостоятельно изготовленным оборудованием. Им можно пройти породы различной плотности, кроме скальных. Для изготовления понадобятся трубы, листовой метал, болгарка и сварочный аппарат.

Простейший бур без спирального элемента делается из стальной полосы и трубы. Железо толщиной 10 мм, шириной 50-100 мм, по длине 1,5 м. Оно понадобится для изготовления бурового полотна. Из трубы диаметром не более 32 мм делают ручку.

Простейший бур под воду.

Алгоритм действий:

  1. От конца стальной полосы отступают 80 мм, вырезают щель 150×2 мм.
  2. С самого низа полосу обрезают в виде острого наконечника, петлю для ручки делают в противоположном конце.
  3. Металл в области щели разгибают в противоположные стороны, чтобы получился овал.
  4. Его затачивают, стороны сгибают в противоположных направлениях.
  5. В петлю вставляют ручку для вращения бура.

Инструментом можно пройти песок, суглинки, даже если встречается гравий. Порода набивается в рабочую полость, ее извлекают при подъеме снаряда. Если необходимо пройти скважину большей глубины, буровое приспособление наращивают. Добавляют такие же полосы железа или приваривают кусок трубы для подсоединения штанги.

Чтобы сделать такой буровой снаряд, понадобится толстостенная труба диаметром 25-32 мм и стальной диск толщиной 6 мм. Можно взять от циркулярной пилы — он тоньше, но металл более твердый. Размер диска по диаметру скважины. На конец трубы наваривают заостренный наконечник. Диск разрезают на 2 половины, края затачивают, можно нарезать зубы.

От наконечника отступают на 10-15 см, приваривают к трубе части диска с наклоном в противоположные стороны. Величина угла по отношению к оси — 70°. Между половинками винта должен получиться угол 40°. Если сделать больше, земля плохо задерживается, при подъеме осыпается. Сверху на штанге предусматривают крепление для наращивания по длине.

Более производительный вариант, когда вдоль толстостенной трубы делают спиральные витки. Используются полосы закаленной стали. Часто применяют куски винтовых шнеков от сельхозтехники с 3-4 витками. Снизу приваривают сверло или штырь, чтобы отцентрировать инструмент при работе. Периодически вытаскивают на поверхность и очищают от земли.

Сборка ложкового бура

Схема ложкового бура.

Такой землеройный снаряд применяют на мягких грунтах. Почвенный слой разрабатывается одновременно вглубь и в ширину.

Изготавливают из трубы со стенками не менее 5 мм. Вдоль нее болгаркой делают сквозной разрез. Его ширина зависит от свойств почвы. Чем более рыхлые породы, тем уже требуется прорезь.

Берут молот, лом, расширяют щель. Формируют профиль, придавая снаряду форму ложки. Боковые и нижние кромки затачивают. К нижней части приваривают сверло диаметром 10-30 мм. Сверху устанавливают штангу, сдвинув в сторону от оси на 1-1,5 см.

Оборудование работает по другому методу — не вращательному, а ударному. Понадобится, кроме самого снаряда, тренога. Ее устанавливают на месте будущей скважины. Делают из труб или дерева, верхние части скрепляют. Там же устанавливают блочное колесо, через которое перекидывают канат.

Чтобы привести оборудование в действие, снаряд необходимо поднять и отпустить в свободное падение. Используется мускульная сила, но облегчает труд применение лебедки — электрической или ручной.

Инструменты для такого бура — желонка, стакан или колокол. Самый совершенный буровой снаряд — желонка. Она имеет в нижней части клапан, который пропускает внутрь частицы грунта и задерживает, чтобы не выпали обратно в скважину. Применяют, если породы сыпучие или мокрые. Плотная почва плохо проходит сквозь клапан, поэтому используют стакан. В нем твердая земля задерживается без клапана.

Чтобы очистить полость снаряда от частиц породы, его поднимают наверх. Из желонки почву удаляют сквозь окошко, проделанное в верхней части. Для удобной работы делают не маленькое окошко, а прорезь вдоль снаряда почти на ⅔ верхней половины желонки.

Сам инструмент изготовляют из трубы с толстыми стенками, диаметр которой равен стволу скважины.

Ударно-канатный бур.

Последовательность работы:

  1. Сверху по центру к стенкам трубы приваривают полоску железа. Напротив оси в ней высверливают отверстие. В него заводят канат и фиксируют.
  2. Обрабатывают нижнюю часть. Торец трубы затачивают или нарезают зубы.
  3. Делают прорезь для удаления породы.
  4. Устанавливают клапан. Это самая важная и трудная для изготовления часть желонки.

Существует несколько вариантов клапана. Простой и недолговечный — лепестковый. Это пластина по форме трубы, которую закрепляют по центру. Иногда ее оснащают пружиной.

Шаровый клапан более совершенный, но трудно найти основную деталь подходящего размера. Шарик должен закрывать 75% диаметра желонки. Есть несложный способ сделать его своими руками. Покупают детский резиновый мячик, делают надрез. Заполняют дробью или шариками от подшипника, заклеивают. Клей берут водостойкий.

Для шарика делают воронкообразное седло из 2 шайб — сверху и снизу. Клапан должен закрывать в нем отверстие под весом почвы и пропускать ее внутрь, когда желонку опускают в скважину.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий