Как сделать буровую установку для бурения скважин

Способы бурения скважин ↑

Способ бурения выбирают в зависимости от типа грунта на участке. Выбирать грунт позволяют два типа движений инструментов – удар и вращение. Удар позволяет «вгрызться» в землю, после чего инструмент извлекают и очищают. Вращение изымает грунт постепенно. Бур погружают в землю, и он выталкивает почву. Способы бурения могут быть основаны на принципе ударов, вращения или объединении обоих типов движения. Есть несколько наиболее распространенных методов:

Шнековый

Самый распространенный способ бурения. Лопасти шнека разрыхляют грунт и выносят его на поверхность. Сами лопасти приваривают к трубе под углом 90 градусов. Такой инструмент не очень удобен, т.к. часть измельченного грунта ссыпается вниз. Если угол наклона лопастей составляет 30-70 градусов, то извлекаемый грунт не измельчается и не сыплется обратно в скважину.

Колонковый

Инструмент для колонкового бурения представляет собой трубу со специальной коронкой, снабженной острыми режущими элементами. Принцип работы основан на разбивании грунта и поднятии шлама через трубу. Этот метод хорошо подходит для бурения твердого грунта. Диаметр скважины соответствует диаметру трубы. Шлам, поднятый в металлическом «стакане», выбивают кувалдой. Чтобы стенки скважины не рушились, подается вода с глиной. Трубу удлиняют по мере заглубления в землю, наращивая дополнительные штанги по 1,2-1,5 м.

Ударно-канатный

Устройство для этого вида бурения представляет собой двухметровую треногу, на которой установлен блок с перекинутым через него тросом. На конце троса прикреплена желонка – режуще-захватывающий инструмент. Желонка «вычерпывает» землю, потом ее поднимают тросом и очищают через специальное технологическое отверстие. Чтобы упростить процесс, в скважину вливают воду, которую позже удаляют.

Ударно-вращательный

Приспособление для ударно-вращательного бурения почти такое же, как и для ударно-канатного. Помимо ударных движений, установка выполняет еще и вращательные. Это позволяет выполнить работу гораздо быстрее. Для твердых грунтов ударно-вращательный способ считается самым эффективным.

Для скважин можно использовать обычный ледобур. Единственная проблема, которая может возникнуть, – недостаточная длина штанги. По мере заглубления в землю ее можно наращивать самодельными дополнительными элементами.

Популярные модели

Малогабаритная буровая установка, цена и качество которой соотнесены идеально, позволяет пользователям решать вопрос по обустройству колодца. Большой популярностью среди потребителей пользуются установки отечественного производства.

Для бурения скважины глубиной до 70 м пользователи выбирают агрегат РБ-50/220. Это поршневое оборудование, стоимость которого составляет от 80 тыс. руб. Желая создавать скважины до 100 м глубиной, следует отдать предпочтение модели РБ100/380. Мощность мотора составляет 4,2 кВт. Это оборудование профессионального типа. Цена этого агрегата составляет около 120 тыс. руб.

Для небольших скважин глубиной до 15 м можно приобретать шнековый бур УБК-12/25. Цена нового оборудования составляет от 200 тыс. руб.

Желая применять установку не только для создания скважин на воду, но и для установки свай, обустройства фундамента, стоит приобрести оборудование ПМ-23. Стоимость оборудования составляет 110 тыс. руб.

Преимущества и недостатки скважин

Скважина на песке обладает рядом достоинств, в том числе:

1. незначительные денежные затраты в связи с неглубоким залеганием песчаного водоносного слоя;
2. монтаж не требует длительного времени (сбор и подготовка к эксплуатации 1-2 дня);
3. небольшое количество растворенного железа, что значительно улучшает ее свойства;
4. отсутствует необходимость в получении специальной документации, которая необходима при бурении артезианских скважин;
5. продуктивность большая, чем у колодцев (1-1.5 м3/час);
6. целесообразность использования МБУ на ограниченном пространстве, а также в подвальных помещениях и помещениях, куда нет доступа автомобилю;
7. нет серьезных повреждений приусадебного ландшафта;

Есть у песчаных скважин и недостатки:

• бывает, что при разработке скважины песчаный водоносный слой отсутствует;
• срок службы составляет 6-10 лет при условии периодической очистки;
• не всегда качественная вода, при употреблении возникает необходимость фильтрации;
• при калибре обсадной колонны 135 мм запас воды ограничен объемом 500 литров.

Основные плюсы и минусы скважины на известняк:

• большая производительность по сравнению со скважиной на песок;
• срок эксплуатации составляет 50-60 лет;
• не заиливается, поэтому не требуется постоянная очистка;
• расположение скважины на приусадебном участке не принципиально, так как водоносный горизонт есть везде;
• глубина водоносного слоя значительна, поэтому разработка скважины обходится дорого;
• монтаж требует более длительного времени (сбор и подготовка к эксплуатации минимум 3 дня);
• большое содержание растворенного железа, что ухудшает свойства питьевой воды.

Малогабаритной установкой практичнее всего осуществить бурение скважины на песок, но есть возможность выполнить и более глубокое бурение. Водоскважина на песчаный водоносный слой может быть на глубину не более 40 метров и калибром 125-135 мм. Сильных отличий от артезианского источника у нее нет, кроме того, что внутренняя часть скважины на песок всегда выполнена из одной трубы (обычно пластиковой, из ПВХ). Для того чтобы защитить ПВХ оболочку от давления грунта на большой глубине, в артезианских скважинах делают защитную гильзу из металла.

Недостатки и преимущества

Самодельный станок для бурения скважин на воду имеет преимущества и недостатки, как и любая другая техника. Достоинства выделяют следующие:

• • Высокая степень ремонтопригодности. Каждая деталь заменяемая, что делает эксплуатационный срок довольно продолжительным.
  • Габариты компактные, вес небольшой.

• Самодельные устройства стоят значительно дешевле.
• Многофункциональность и эффективность. Возможность применять на ограниченном участке.
• Быстрая установка и демонтаж, малогабаритную буровую машину, изготовленную своими руками, можно транспортировать в прицепе легкового автомобиля.

Основные недостатки – потребность регулярно изменять трубы на более длинные, если глубина погружения достигает более 10 метров, а также необходимость тратить время на ее изготовление.

Изготовление буровой установки для воды позволит владельцу создать автономную систему водоподачи без привлечения специалистов. Инженерная конструкция не представляет сложности, поэтому создать ее под силу каждому человеку без особых навыков и опыта.

Разделение по виду выполняемых работ

В соответствии с этим критерием установки для бурения скважин бывают:

• Эксплуатационные. Машины применяются на стадии разведки пород в месторождении. Их основная цель — забор проб грунта для уточнения данных о геологии.
• Разведывательные. Эта техника применяется для сбора проб грунта с месторождения. По итогам его исследования необходимо определить значение промышленного объекта.
• Для бурения технических скважин. Отверстия необходимы при строительстве зданий и сооружений различного назначения, для устройства фундаментов. Также их можно причислить к типу буровых установок на нефть и газ.

Виды установок

Буровые установки применяют не только на суше, но и в воде. Они часто могут выполнять несколько разных видов работ. Для бурения определенной скважины выбирают установку по допустимой нагрузке на крюк. Нагрузка не должна превышать вес (в воздухе) самой тяжелой обсадной колонны. Выбирая модель оборудования и размер, необходимо учитывать климатические, геологические, дорожно-транспортные и энергетические условия. В соответствии с этими данными выбирают тип привода (электрический либо дизельный) и схему монтажа. Существует много подходов к классификации установок для бурения. Их можно подразделять по:

Дислокации: плавучие и наземные. Плавучие бывают:

• ПББУ (полупогружная);
• МСП (морская стационарная);
• СПБУ (самопогружная)

Способу передвижения: несамоходные и самоходные.

Виду работ:

• для разработки месторождений: газа, нефти и подземных вод;;
• для глубинных геологических исследований.

Последние, в свою очередь, делятся на разборные и неразборные. Разборные (мелкоблочные и крупноблочные) используются для сооружения скважин глубиной до 10000 м.

Размеры буровых сооружений различны. Это могут быть небольшие станки, управление и монтаж которыми могут осуществлять два человека, или огромное оборудование, смонтированное на стальных вышках и обслуживаемые бригадой специалистов.

Подразделяются буровые установки и по виду разбуриваемой породы. На участках, перекрытых осадочной мощной толщей и твердыми породами, бурение скважин проводят при помощи следующего оборудования:

• шнековая (для мягкого грунта);
• ударно-канатная (применяется очень редко, только для разведочного бурения);
• вращательная (в непродуктивных отложениях);
• станки «Эмпайр» (при разведке бокситовых месторождений для бурения на глубину 9−12 м рыхлых отложений).,

https://youtube.com/watch?v=lXNpEdp_xAY

Можно классифицировать по способу бурения. Но главный параметр классификации — грузоподъемность, определяющая конструкцию и характеристику входящего энергетического и бурового оборудования. Грузоподъемность зависит от нагрузок при подъеме и спуске бурильной и обсадной колонны и от нагрузок.

Имеется два параметра характеристики буровых машин:

1. Номинальная грузоподъемность, которую определяют длительностью использования оборудования.
2. Максимальная грузоподъемность — определяется кратковременными перегрузками установки.

Разница между максимальной и номинальной грузоподъемностью с ростом глубины скважины увеличивается. В связи с тем, что при бурении глубокой скважины возможна кратковременная перегрузка, оборудование должно быть больше, чем при работе с неглубокой скважиной.

По грузоподъемности номинальной установки для эксплуатационного и разведочного бурения подразделяют на пять классов. При наличии большого разнообразия конструкций и глубин скважины, различных целей и условий, нельзя удовлетвориться одним типоразмером установки. Поэтому согласно ГОСТу, оборудования различаются по допускаемой нагрузке на крюк.

https://youtube.com/watch?v=cTWtOVadTs8

Виды выполняемых работ

В зависимости от параметров выполняемых задач, эксплуатируемое оборудование имеет подкатегории:

• эксплуатационная техника;
• разведывательные устройства;
• машины для технических и вспомогательных процессов.

Типы скважин

Эксплуатационные комплексы используются на предварительных заборах породы для дальнейших работ и исследований грунта. При инженерных работах параметр скважин имеет незначительную глубину.

Разведывательные машины используются для геологических поисков полезных ископаемых. В геологоразведке применяют для нахождения нефти и газа.

В этих же процессах для исследования водяных пластов и бурения артезианских скважин.

Вспомогательное оборудование используется для проделывания скважин под сваи в строительстве при укладке фундамента различной глубины и назначения.

Как бурить скважины?

Проход к залегающему на мелководье водоносному слою можно выполнить своими руками применяя один из трех видов бурения:

1. ручное;
2. ударно-канатное;
3. ударное.

Способ выполнения колодца выбирается в зависимости от типа грунта и глубины прохода.

Ручное бурение скважин

При неиспользовании дополнительного оборудования, буровой треноги (вышки) и системы блоков пробурить «колодец» можно на глубину до 20 м.

Технология бурения:

• На выбранном участке для прохода устанавливается тренога. Высота вышки должна быть выше на 1 -2 м, длина секции буровой штанги.
• Лопатой делается углубление на один-два штыка для центрирования и направления прохода режущей кромки бура.
• Для заглубления бура на глубине более одного метра вам понадобится помощь напарника. Одному человеку не по силам дальше выполнять бурение под сваи.
• При возникновении трудностей с выемкой бура из отверстия необходимо провернуть его в обратную сторону бурения на 2 – 3 оборота и извлечь его.
• Через каждые 500 мм заглубления необходимо извлекать бур и очищать от грунта.
• Процесс бурения повторяется, пока рукоятка бурильной установки не достигнет уровня земли.
• Бурильная штанга достается вместе с буром и удлиняется дополнительной секцией.
• Все операции повторяются, пока не пробьетесь до водоносного слоя. Это определяется по виду извлекаемой почвы.
• После достижения пласта с водой нужно продолжить бурение до твердого (водоупорного) слоя. Это позволит заполнить скважину максимальным объемом воды
• Откачивание воды, содержащей грунт, можно осуществлять при помощи насоса ручного или погруженного типа.
• Откачав 3 – 4 ведра мутной воды должна появиться чистая. Если не пошла прозрачная вода, то необходимо увеличить глубину выработки на 1,5 – 2 метра.

Совет: Используйте конструктивные возможности установки для извлечения максимального объема грунта, т. к. на эту операцию уходит много времени.

Инструменты:

• тренога;
• бур;
• шланги для откачки воды;
• составная бурильная штанга;
• насос или помпа.

Ударно-канатное бурение

Скважина, выполненная этим способом бурения, обладает длительным сроком эксплуатации от 80 лет и больше, увеличенным запасом и притоком воды. Процесс работы заключается в разрушении и измельчении породы по замкнутому циклу специальным ударником.

Процесс бурения:

1. Буровая установка размещается над точкой для заглубления забивного стакана (скат, буровое долото).
2. Выполняется направляющее углубление для прохода ската.
3. Пробивку первого метра скважины можно выполнить вручную.
4. Далее устанавливается направляющая, в виде стальной трубы большего диаметра, чем диаметр стакана.
5. Сброс ската в трубу осуществляется путем освобождения лебедки при ударе грунт разрушается и измельчается, тем самым наполняя стакан. Наличие специального клапана препятствует высыпанию грунта из снаряда.
6. После чего происходит подъем стакана и выемка разбитой почвы.
7. Цикл повторяется опять, пока дойдете до водоносного слоя.

Такой способ бурения трудоемок и длится по времени до нескольких недель. Поэтому его лучше применять для выполнения скважин на таких видах грунта:

• глина;
• на суглинках;
• на мягкой (обводненной) почве;

Ударное бурение

Принцип ударного прохода как ударно-канатного. Отличие в том, что долота для бурения находятся в забое и удар осуществляется по ним при помощи ударника. Таким способом можно проходить глубины больше 100 м.

Бурение можно осуществлять на многих видах грунтов:

1. мягкая земля – применяется клинообразное долото;
2. вязкий грунт – долото двутавровой формы;
3. твердые породы – крестовая форма долота;
4. валуны – пирамидальная форма долота.

Как происходит бурение:

• устанавливается буровая установка;
• в забой заводится долото, подобранное под определенный грунт;
• спускается снаряд, масса от 500 до 2500 кг, с высоты от 300 до 1000 мм;
• после удара грунт раскалывается, долото зарывается в почву;
• снаряд поднимается и цикл повторяется;
• частота цикла – 45 – 60 ударов/мин.;
• после прохождения каждых 200 – 600 мм долото извлекается из забоя и очищается от земли.

Как сделать установку для роторного бурения

Буровая гидравлическая установка должна иметь станину, которая позволяет передвигать вверх/вниз мотор, к которому через вертлюг подсоединяют бур. Также через вертлюг внутрь колонны поддается вода.

Принципы построения бурилки

При изготовлении буровой установки своими руками, рекомендован такой порядок действий:

• Сначала должны быть вертлюг и штанги. Если вы не квалифицированный токарь или у вас нет такого на примете, то эти детали лучше купить. При их изготовлении требуется высокая точность, что можно достичь при высокой квалификации. Причем резьба на вертлюге и штангах должна быть одинаковой, или потребуется переходник. Резьба на штангах лучше — трапеция, так как потом конусную мало кто из токарей может сделать.
• Купить мотор-редуктор. Если питание будет от 220 в, то характеристики его такие: мощность 2,2 кВт, оборотов — 60-70 в минуту (лучшие : 3МП 31,5 или 3МП 40 или 3МП 50). Более мощные поставить можно только при условии наличия питания в 380 В, да и более мощные редко нужны.
• Покупаете лебедку, может быть ручной или электрической. Грузоподъемность желательно не менее 1 тонны (если есть возможность, лучше — больше).

• Когда все эти составляющие имеются на руках, можно варить каркас и делать бур. Ведь все это оборудование крепится на него, а виды крепления могут быть разными, угадать невозможно.

Рама мини-буровой установки состоит из трех частей:

• горизонтальной платформы;
• вертикальной рамы;
• подвижной рамы (каретка), на которой закреплен мотор.

Основа варится из толстостенной трубы — толщина стенки 4 мм, минимум — 3,5 мм. Лучше — из профилированной сечением 40*40 мм, 50*50 мм или около того, но подойдет и круглая. При изготовлении рамы малой буровой установки точность неважна

Важно соблюдать геометрию: вертикальность и горизонтальность, одинаковые углы наклона, если это необходимо. А размеры «подгоняются» по факту

Сначала варится нижняя рама, измеряется. Под имеющиеся размеры изготавливается вертикальная рама, а по ее размерам — каретка.

Простой форты бур можно сделать самостоятельно — их варят из обычной стали (чертеж на фото ниже). Если брать высоколегированную сталь, ее сложно приварить к штангам. Для сложных и каменистых грунтов лучше купить бур в специализированной кампании — они имеют сложную форму, есть много разных видов.

Чертеж бура на 159 мм

Чтобы работать было проще, подключают два пульта с возможностью реверсного хода. Один ставят на мотор, второй на лебедку. Вот, собственно, и все.

В конструкции буровой установки роторного или шнекового бурения главное — вертлюг, но его изготовить без опыта нереально. Для тех, кто хочет сделать его самостоятельно, выложим фото и его чертеж.

Устройство вертлюга для бутовой установки

Чертеж вертлюга для малогабаритной буровой установки

Особенности пневмоударного бурения

Бурение с пневмоударником относится к технологиям ударно-вращательного бурения и наиболее широко применяется в сфере инженерно-геологических изысканий, а также для бурения водозаборных скважин. С помощью бурения с пневматическим инструментом можно выполнять горные выработки вертикальных и направленных скважин в грунте до 10 категории буримости.

Главная отличительная особенность методики – для разрушения породы
используется одновременно ударное и вращательное действие, выполняемые
соответственно пневмоударником и вращателем буровой установки.

Рабочим органом станка является погружной пневмоударник. С помощью клапанного устройства сжатый воздух, поступающий по буровой штанге, приводит в поступательно-возвратное движение ударник, наносящий удары по хвостовику буровой коронки. Одновременно вместе со штангой вращается пневмоударник; вращатель расположен вне скважины. Буровые сколы удаляются из скважины сжатым воздухом.

Преимущества и недостатки бурения с
пневмоударником

Основные преимущества бурения с пневматическим молотком – высокая скорость
создания скважин, эффективная очистка от шлама, возможность работать на
скальных трещиноватых породах и отказаться от расходов на бентонит и доставку
воды для промывки.

Так же преимуществам мы отнесем:

• Цикл бурения в разы меньше по времени ранее рассмотренных. Технология бурения с пневмоударником дает возможность выполнять создание скважин значительно быстрее, чем при бурении с промывочной жидкостью. Основная причина – скорость движения воздушного потока значительно больше скорости перемещения промывочного раствора;
• Попутная очистка скважины в процессе бурения. Вынос шлама достигается движением мощного восходящего потока воздуха в зазоре между бурильной колонной и стеной скважины;
• Нет необходимости в использовании промывочного раствора, для изготовления которого необходимо приобретать бентонит и организовывать транспортировку воды к месту работ;
• Быстрая и удобная смена бурового инструмента.

К недостаткам бурения пневмоударным способом можно отнести, потребность в большом объеме  сжатого воздуха, возможен прихват буровой колонны при бурении водоносных горизонтов и пород повышенной трещиноватости. Следует обеспечить устойчивость стенок скважины.

Алмазные бурильные долота

Алмазный буровой инструмент представляет собой твердосплавную алмазонесущую  рабочую матрицу в стальном корпусе, который оборудован  внутренней  присоединительной замковой резьбой конусного вида.

Такой буровой инструмент различается по форме рабочей матрицы, по качественным характеристикам используемых  алмазов, а также по применяемых промывочным системам.

Такие металлосодержащие порошки хорошо удерживают алмазы и дают возможность изготавливать рабочие матрицы с разной твердостью и  износостойкостью. Наилучшими показателями по таким качественным характеристикам, как прочность, износостойкость и теплопроводность, обладают алмазные матрицы  на основе вольфрама.

При изготовлении бурильных головок алмазного бурового инструмента применяются так называемые технические алмазы  массой от 0,05 до 0,34 карата.  При производстве такого  долота, к примеру,  диаметром 188 миллиметров, расходуется от 400 до 650 карат (от двух до двух с половиной тысяч алмазных зёрен).

Бурильные головки алмазных долот изготавливаются в двух модификациях:

• однослойные (типы КР. КТ, ДР, ДТ т ДК), на которых алмазные зерна размещены в поверхностном слое рабочих кромок  металлических  матриц по определённым схемам;
• импрегнированные (тип ДИ)Ю на которых мелкие алмазные зерна распределены равномерно по всей матрице.

Алмазный буровой инструмент

Алмазные долота бывают следующих типов:

• с поверхностным расположением алмазов;
• импрегированные (алмазы размещены на поверхности до 8 миллиметров);
• инструменты особых конструкций;
• с радиальным расположением каналов и с наружной поверхностью  биконического вида (ДР);
• с напорным каналом и  с тораидальными выступами (ДК);
• с синтетическим типом размещения  алмазных зерен (С);
• с импрегированными алмазными зернами (И);
• лопастные (ДЛ);
• с внутренним конусом (ДВ);
• импрегированные с заостренными торцами лопастей (ДИ);
• универсальные (ДУ).

Такой породоразрушающий инструмент применяется при бурении глубоких (более трех километров) скважин. Стойкость алмазного инструмента по сравнению с шарошечным выше в 20- 30 раз.

Как вам статья?