Бурение скважин на воду: особенности

Особенности проведения бурильных работ в разных грунтах

При проведении канатно-ударного бурения своими руками в зависимости от находящихся типов грунтов следует придерживаться ряда рекомендаций.

Мягкая не сыпучая почва

Легче всего работать при помощи забивного стакана. На поверхность почвы его опускает лебедка. Когда внутри стакана собирается достаточное количество породы, ее извлекают наружу.

Сыпучая почва

Используется желонка с клапаном. Он предотвращает высыпание породы, которая извлекается только на поверхности. В данном случае в обязательном порядке производится укрепление стенок забоя. Для этого применяются обсадные трубы. Они углубляются в почву под действием собственного веса, что позволяет продлить срок службы скважины.

Диаметр обсадных труб должен быть немного больше от бурильного снаряда, что обеспечивает его прохождение на нужную глубину.

Каменистая порода

Для раздробления почвы используется долото, а для извлечения наружу – желонка. Чтобы расширить диаметр скважины применения обсадной колонны недостаточно. Для этого используют специальный расширитель с движущимися резцами. Его опускают через обсадную трубу. Когда он доходит до нужной глубины забоя, происходит раскладывание резцов. Они срезают грунт, что облегчает передвижение обсадной колонны.

Способы самостоятельного бурения

Шнековое бурение можно провести своими руками на глубину до 20 метров

Своими руками можно пробурить источник несколькими методами.

Шнековое

Используют садовый шнек, который вручную ввинчивают в грунт, начиная с формирования верхней лунки. Желательно делать это вдвоем. Порядок выполнения работ пошагово:

• Ухватившись за ручки шнека, его вкручивают вглубь.
• Периодически, по мере углубления устройства приспособление поднимают наверх, чтобы извлечь отработанные грунты.
• Ствол шнека постепенно наращивают при помощи дополнительных частей, чтобы еще больше углубить его. Процедуру выполняют с помощью резьбы или хомутов.
• Бурение выполняют слой за слоем до тех пор, пока не достигнут водоносного горизонта.
• Стенки шахты усиливают обсадной трубой.
• Остается прокачать источник и оборудовать его верхнюю часть оголовком или кессоном.

Ударно-канатный способ (желонка)

Желонка с шаровым клапаном

Проработка грунта осуществляется по принципу падения забивного стакана с высоты 0,5-0,8 м. Под своим весом он врезается в пласт и вбирает в свою полость породы. Остается поднять желонку, освободить её от объема земли и снова опустить вниз.

Чтобы проще было начать работу, нужно подготовить (вырыть) площадку под бурение. Для этого в месте предполагаемой скважины выкапывают яму габаритами 2х2 метра. Ее глубина по проекту должна составлять примерно 1,5 м. Такая зона позволяет прочно установить лебедку на треноге и предотвратить осыпание стенок верхней части шахты.

Проводить работу следует так:

• Монтируют лебедку по центру площадки.
• К ней на прочном канате/тросе подвязывают желонку.
• Опускают её резко с высоты 1-1,5 метра и таким способом забивают в грунт. Так врезаются в земельные почвы.
• Поднимают углубившийся стакан, опустошают его и снова углубляют.
• Циклы работы повторяют до тех пор, пока не будет достигнут водоносный пласт. Затем внутри шахты устанавливают обсадную колонну.

Технологии бурения разных видов скважин

Самостоятельное бурение артезианских скважин на воду — трудоемкий и сложный процесс. Предпочтительнее пользоваться услугами специальных организаций. Абиссинские и песчаные скважины «под ключ» — совсем другое дело.

Наиболее популярны шнековые, роторные и ударно-канатные разновидности бурения. Все они производятся вручную или механизированно. Технологии отличаются по способу разрушения и извлечения породы.

Шнековое бурение принято считать самым бюджетным вариантом. Оно производится с помощью специального винтового механизма — шнека. Вращаясь, бур врезается в почву. Разрушенный грунт достается на поверхность лопастями. Ограничение шнекового бурения — тип почв. Хорошо бурятся только нетвердые породы. На каменистых поверхностях шнек бессилен.

Роторный способ поможет пробурить скальные породы. Инструментом служит бурильная труба, на конце которой шарошечное долото. Получая вращение от привода установки, кромки долота рассекают грунт. На поверхность почву поднимают буровым раствором, который закачивается в трубу насосом.

Ударно-канатная технология самая медленная из всех. Суть заключается в использовании желонки. Она представляет собой отрезок трубы с толстыми стенками. На верхней ее части есть вырез для извлечения грунта, а на нижней — шариковый или лепестковый клапан. Ударяясь об землю, клапан открывается и захватывает почву.

Артезианская скважина

Артезианская скважина считается наиболее надежным источником добычи высококачественной воды. Он предполагает использование вод, расположенных на глубине от 40 до 200 метров. За счет своей глубины, в воду не попадают вредные элементы, поэтому она является полностью экологически чистой. Артезианские скважины подразделяются на несколько типов:

• классический – в грунтовом слое не содержится песка и глины, а давление воды очень высокое;
• двойная обсадка – в грунтовом слое имеется и песок, и глина, а давление воды очень слабое;
• кондуктор – в грунтовом слое не имеется песка и глины, давление воды высокое, но существуют различные преграды в верхних слоях;
• телескопический – существует большое количество преград виде камней и валунов.

Обустройство глубокой скважины происходит при помощи обсадных труб и телескопических колонн. Процесс бурения является очень трудоемким. Каждые 50-60 метров в землю вводятся трубы. Диаметр каждой следующий трубы меньше предыдущей, чтобы их можно было просовывать друг через друга. Последняя труба, погружаемая на самую большую глубину, имеет минимальный диаметр.

Перед тем, как приступить к обустройству скважины, необходимо урегулировать документы, подтверждающие разрешение на осуществление данного процесса. Самостоятельно осуществить насколько трудоемкий процесс практически невозможно, поэтому лучше доверить эта работу специалистам. Стоимость услуг может разниться в зависимости от осуществляемой работы. Основными факторами, которые определяют количество необходимых для оплаты денег, являются:

• глубина скважины (чем глубже пролегает источник воды, тем дороже обойдется процесс бурения);
• сложность конструкции (большое количество элементов приведет к большим затратам);
• способ и ресурсы, использованные для бурения (количество трудовых и материальных ресурсов пропорционально стоимости услуг);
• стоимость устанавливаемого оборудования (качественное оборудование повлечет за собой дополнительные растраты).

Артезианская скважина (на известняк)

Конструктивно она напоминает скважину на песок. Главным отличием является отсутствие фильтрующей сетки в нижней секции труб и глубина источника. Вода из таких сооружений поступает из водоносных слоев, располагающихся в толще известняка. Благодаря чему она получается чистой, с небольшой степенью минерализации.

Достоинства:

• Производительность. Способна обеспечивать потребителей жидкостью в объеме от 1 до 3м3/час.
• Беспрерывная подача воды. На водоотдачу не влияет время работы насоса. При пятиминутном или двухчасовом режиме дебит одинаковый.
• Бактериологическая чистота. Артезианские слои практически не подвержены загрязнениям с верхнего пласта почвы, канализационным стокам.
• Долгий срок службы. Эксплуатация скважины с одной трубой происходит в течение 20-30 лет. При использовании 2 труб (пластиковая вставляется в железную) функционирует до 50 лет.

Существенный недостаток только один — высокая цена.

Гидробурение

Осуществляется мощной струей воды из специального бурового инструмента. Преимущество технологии в том, что возможно гидробурение скважин в каменистой почве.

Нагрузка струи обеспечивается весом штанги и бурильной оснастки. В установку заливают специальный раствор, который потом направляется в подготовленный приямок.

Последовательность гидробурения своими руками:

• В первую очередь устанавливается малогабаритная конструкция или МБУ для гидробурения.
• Начинать работы лучше всего с утра.
• Если бурение происходит в песчаной почве, то необходим большой запас жидкости.
• Перед работой глина смешивается в раствор в подготовленном приямке. Замес выполняется посредством строительного миксера. Консистенция должна напоминать кефир.
• Далее по шлангам подается раствор к работающему буру.
• Постепенно жидкость шлифует стенки и углубляется в почву. Раствор используется по кругу.

Эта технология содействует дополнительному усилению стенок образующегося источника.

Разновидности конструкций

Существует несколько вариантов конструкций артезианских источников. Их выбор зависит от:

• геологии участка;
• диаметра насоса;
• необходимого для использования количества воды.

В зависимости от этого скважины могут иметь несколько вариантов обустройства.

Классический тип

Здесь допускается монтаж одной обсадной трубы, которая одновременно исполняет роль эксплуатационной (водопроводной) трубы. Конструкция допускает эксплуатацию источника при условии достаточного давления в пласте и известковом составе водоупорного слоя. При этом известняк не должен содержать глиняных или песчаных прослоек. Именно поэтому, классическую конструкцию еще называют скважиной на известняк.

• Глубина ствола может колебаться в диапазоне 55-260 м.
• Вода поступает идеальной чистоты.
• Оптимальный диаметр обсадной колонны – 133 и 159 мм.

С двойной обсадной трубой

Подобная конструкция применяется при наличии в известняке глины или песка. Основная металлическая, она же обсадная, труба опускается до известняка, перекрывая попадание примесей в жидкость. Вторую трубу (эксплуатационную колонну) меньшего диаметра с перфорацией и насосом, опускают ниже уровня поступления жидкости в систему.

• Диаметр обсадной трубы — 133 мм или 159 мм.
• Диаметр внутренней эксплуатационной колонны – 117 мм или 133 мм.

Конструкция с кондуктором

Представляет собой усложненный классический вариант. Применение обосновано в случае прохождения скважинного ствола через плывуны и другие опасные участки в верхней части грунта.

Кондуктор – это прочный цилиндр (труба) с диаметром, значительно превышающим размер обсадной трубы. Он обеспечивает защиту ствола в опасной зоне. При использовании кессонов для обустройства нередко кондуктор выполняется, как продолжение стенок кессона.

Телескопическая конструкция

По своей сути, она представляет собой многослойную обсадку скважины. Необходимость в такой конструкции возникает при наличии опасных участков на разной глубине.

Обустраивается скважина следующим образом:

1. вначале, на глубину до нижнего уровня наиболее заглубленного опасного участка опускается металлическая труба наибольшего размера;
2. затем, внутри первой трубы, до известкового слоя, монтируется основная обсадная, металлическая труба;
3. после чего внутри основной колонны производится монтаж эксплуатационной трубы из ПЭНД или нПВХ.

Выбор типа скважины при вскрытии артезианского пласта зависит от конкретных условий и состояния грунта. Он производится на основании данных геологических изысканий

Важно учесть, что недостаточная защита ствола шахты от плывунов и подвижек пластов приводит к разрушению обсадной колонны и выходу гидросооружения из строя

Какая технология используется чаще всего

Здесь всё зависит от проектной глубины скважины и состава почвы на участке. Исходя из данных геологоразведки, подбирают наиболее оптимальный способ.  Также нужно понимать, как найти воду для скважины.

Для бурения артезианских скважин применяют роторный способ. Это метод наиболее обоснован экономически, экологически и дает скважины различной глубины и диаметра в рыхлых почвах со скальными вкраплениями.

Суть его заключается в следующем:

• На конце ротора, приводимого в движение двигателем внутреннего сгорания, располагается специальный бур. Он измельчает породу.
• В скважину подается вода под давлением. Она размывает почву.
• Далее вода выводится наверх по полому каналу ротора. Эту технологию еще называют «бурение с промывкой»
• После установки обсадной трубы большого диаметра, работа идет меньшим долотом-буром.
• По завершению буровых работ необходимо произвести т.н. «разглинизацию» скважины. Нужно это из-за того, что водно-глиняный раствор засоряет поры, по которым артезианская вода будет поступать в скважину.

Скважина дает вам возможность иметь на своем участке запас воды, для полива ваших растений в парниках из поликарбоната с открывающимся верхом, информацию о которых найдете тут.

Роторное бурение используется чаще всего.

Достоинства перед другими способами:

Разновидности подземных вод

Теперь давайте рассмотрим, какие именно есть виды вод.

Верховодка

Верховодка – это подземные воды, которые находятся близко к поверхности сверху водоупорных линз. Не везде есть такие водоупоры, поэтому найти верховодку бывает сложно, а иногда и невозможно. Из-за того, что верховодка почти незащищена фильтрующим слоем сверху, большая часть  химических и биологических загрязнений, находящихся на поверхности, попадают в воду, и по этой причине качество воды ниже необходимого уровня. Такой горизонт воды подпитывается исключительно осадками, поэтому много воды в нем будет только после того, как растает снег, или выпадет много осадков в виде дождя. Такие виды скважин на воду для дачи удовлетворят только хозяйственные нужды в виде полива огорода.

Единственной причиной, по которой есть смысл рассмотреть возможность создания такой скважины – малая глубина залегания – обычно от 3 до 9 метров. Такие способы бурения скважины просты и недорогие, что даст возможность получать воду для хозяйственных нужд.

Грунтовые воды

Хотя грунтовые воды тоже не сильно защищены водоупором фильтрующего вида сверху и часто не являются водой, которая пригодна для питья, но при прохождении вод через толстый слой грунта удаляет большую часть загрязнений, и на выходе она намного качественнее, чем верховодка. Касательно наполненности водой, то и этот способ добычи воды будет во многом зависеть от сезонных колебаний. В лесистых местах, а также регионах с большим количеством осадков вода будет поступать в скважину постоянно, хоть и в разных количествах. А вот выбирать бурение, чтобы дойти до грунтовых вод, не стоит в засушливых регионах – в летний период вода может полностью пропасть.

Межпластовые воды

Как уже становится понятно из названия, эти воды расположены между 2-мя слоями пластов водоупора. Выше мы упоминали о том, может быть много водоупорных слоев земли, а значит, может быть много горизонтов. Воды межпластового вида находятся достаточно глубоко, примерная глубина от 25 до 78 м. Хотя некоторые виды горизонтов могут подниматься и выше, иногда даже выходя на поверхность в виде родников.

Влага для проникновения в межпластовый горизонт преодолевает большой слой грунта и толщину пород водоупора, благодаря чему естественная фильтрация воды на высоте. Отсюда и следствие, что качество такой воды высокое, чем у двух предыдущих видов. Не в каждом горизонте достаточно воды, поэтому геологи стараются найти самые насыщенные водой слои. Но ход дела таков – чем глубже, тем больше воды и тем она чище.

При выборе вида скважины следует при возможности выбирать именно этот вид.  Вода, которая находится между двух слоев, имеет давление. При поступлении в рабочую колонну скважина будет расширяться. По этой причине статический уровень может быть куда выше горизонта воды. Есть и такие межпластовые воды, где давление так высоко, что она сама изливается на поверхность, бьет фонтаном из-под земли. Это уже артезианские воды.

ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ АРТЕЗИАНСКОЙ СКВАЖИНЫ

Несмотря на огромное количество затраченных сил и ресурсов, популярность артезианских скважин постоянно растет. Тем не менее, прежде чем приступать к ее обустройству, или же сразу отказывать, следует рассмотреть все преимущества и недостатки такой скважины.

Преимущества:

1. Пожалуй, одним из основных преимуществ глубокой скважины является ее долговечность. Артезианскую скважину можно использовать не менее 50 лет без возникновения каких-либо поломок.
2. Вода будет поставляться постоянно в необходимом объеме.
3. Высокое качество добываемой воды, за счет которого ее можно использовать в абсолютно любых целях, включая оздоровительные.
4. Отсутствие необходимости в обустройстве дополнительными очистительными фильтрами.
5. Уверенность в отсутствии химически вредных веществ.

Недостатки:

1. Высокая стоимость обустройства в сравнении с другими источниками водоснабжения.
2. В состав воды из скважин могут входить соли и минералы, предназначенные для лечения. Употреблять такую воду регулярно не рекомендуется, иначе организм может перестать воспринимать ее лечебные свойства.
3. Необходимость большого количество документов, без которых бурение и использование скважины невозможно.

При желании и наличии средств все имеющиеся недостатки можно легко решить. Кроме того, преимущества водозаборных скважины более существенны, чем недостатки.

Что такое роторное бурение скважин

Для начала разберем, что вообще из себя представляет роторное бурение скважин и каковы его альтернативы? Одним из самых привычных способов устройства водозаборной выработки пока признают шнековое бурение.

Однако шнековая технология не позволяет пройти скальные коренные породы. Применяемый в шнековом бурении винтовой бур не способен разрушить известняк. А ведь нередко бывает, что нужно забуриться именно в него, т.к. вышележащие слои не отличаются стабильным и достаточным для эксплуатации дебитом.

Колонковая и шнековая буровая технология не предоставляет возможность пройти скальные горные породы. В случае устройства скважины на известняк эффективней и экономичней использовать роторный метод бурения

Потому роторная технология, используемая ранее только в горнодобывающей отрасли, и стала внедряться в сферу устройства частных водозаборных сооружений. Ее рабочим элементом является находящееся в забойной части скважины долото. С помощью долота разрушаются связные и несвязные грунты, дробятся скальные коренные породы.

Выемка же разрушенной горной породы осуществляется с помощью жидкости, которая подается к забою через рабочую колонну или же затрубное пространство. Это 2 разных способа бурения, каждый из которых будет подробно рассмотрен далее.

Диаметр долота превышает диаметр рабочей колонны, что позволяет:

• сократить энергозатраты на весь процесс бурения (мощность здесь расходуются непосредственно только на проворачивание с усилием долота в забое, а потери на трение рабочей колонны о стенки скважины сводятся к минимуму);
• предохранить большую часть элементов рабочей колонны от повреждений, а также стенок пробуренной скважины от разрушения;
• создавать внушительные по диаметру скважины (к примеру, до 70 см) при крайне внушительных глубинах.

Таким способом можно формировать водоносные скважины, глубиной в 300 и более метров, т.е. бурить водозаборные выработки для снабжения водой дачных массивов и поселков.

А вот в расчистке ствола выработки и забоя от шлама применяется поданная под напором вода. Благодаря такому решению постоянно разбирать и собирать буровую колонну для извлечения керна как в колонковом бурении не нужно.

Нагнетаемая в выработку жидкость сразу решает две важные задачи: освобождает путь буровому снаряду для производства дальнейших работ и производит промывку скважины, необходимую для подготовки водозабора к эксплуатации.

Положительные и отрицательные характеристики

Плюсы:

• Высокое качество воды. К водозабору артезианской скважины не достают талые воды, различные загрязнения с отходами, удобрениями и прочее. Согласно требованиям СНиП, бурить такой источник разрешается на удалении минимум 300 метров от промышленных предприятий, АЗС и подобных объектов, которые потенциально являются источником загрязнения. При всем этом, устье легко защитить от попадания различных загрязнений.
• Стабильный напор. Независимо от времени года наблюдается постоянный и стабильный уровень водоотдачи. За счет этого один источник способен обеспечить водой сразу несколько домов. В среднем в час артезианская скважина производит до 50 литров.
• Бурение на воду можно выполнять в любое время года.
• Возможность пробурить на любом участке дома.
• Нет потребности все время производить чистку источника.
• Срок эксплуатации до 50 лет.

Минусы:

• Пробурить артезианку вручную не так и легко. Могут встречаться валуны и другие препятствия.
• Если скважина обустраивается под домом, то возникают затруднения, связанные с ограниченной площадью. Из-за этого достичь нужной глубины в таких условиях бывает затруднительным.
• Требует серьезных финансовых вложений, так как используется большое количество оборудования.
• Необходимо приобретать дорогие и сложные механизмы, например систему фильтров, чтобы понизить уровень минерализации воды.
• Обязательным требованием является лицензирование источника в государственных учреждениях. Также необходимы разрешительные документы.
• Оголовок обязательно должен утепляться. Лучшее решение – изготовление кессона. Потребует дополнительных затрат.

Инструкция по сооружению скважины

• Определите место бурения.
• Подготовьте инструменты: бур (шнек, желонку), лебедку, штанги, насос, лопату и трубы для обсадки. Создание глубокой скважины невозможно без бурильной вышки. Ее высоту выбирают чуть больше общей длины штанги.
• Выройте шурф 1,5х1,5х2м. Защитите стенки такого углубления досками или фанерой. Шурф необходим для предотвращения осыпания поверхностных слоев почвы в процессе бурения.
• Собранный буровой инструмент устанавливается вертикально и погружается в землю. Через каждые 50см. бур извлекают из земли с помощью лебедки и очищают. Бурение продолжается до тех пор, пока не будет достигнут водоносный слой.
• После обнаружения воды устанавливаются обсадные трубы и изготавливается кессон. Кессон — это камера для размещения насоса. Распространенный материал для его строительства — пластик, кирпич, бетон или металл.
• Подключается насосное оборудование.

Начало работ не представляет большой сложности. Бур легко вгрызается в почву. Но с каждым новым погружением бурение идет все тяжелее. Если бур завяз и не поднимается на поверхность, рекомендуется повернуть его против часовой стрелки и попытаться достать.