Основні методи буріння водозабірних свердловин

При будівництві приватних малоповерхових будинків і котеджів особливо гостро постає питання підведення комунікацій. Однак якщо з підключенням газу і електрики не виникає, як правило, особливих труднощів, то питання водопостачання набуває характеру першорядної важливості, особливо в разі неможливості підключення до централізованої водопровідної магістралі. Зрозуміло, можна скористатися випробуваним "дідівським" способом і викопати поруч з будинком колодязь, проте це навряд чи буде найкращим рішенням. Вода в дрібних колодязях часто не відповідає санітарним нормам, а її обсяги і якість сильно схильні до сезонних коливань.

Оптимальним варіантом у випадку з автономним водопостачанням буде буріння свердловин під воду. Свердловина дозволить споживати якісну воду в майже необмеженій кількості, причому незалежно від сезону. В даний час використовуються найрізноманітніші методи буріння свердловин під воду, кожен з яких має певні переваги і недоліки. Вибір методу буріння безпосередньо залежить від цілого ряду чинників, серед яких:

• цільове призначення свердловини;
• потенційні обсяги водозабору;
• геолого-гідрогеологічні умови місцевості;
• техніко-економічні показники;
• глибина і діаметр свердловини.

вибір способу буріння свердловин обумовлює в результаті їх довговічність, швидкість подачі і якість води, ступінь засоряемость фільтрів і т.д.

Тому до питання вибору способу буріння слід поставитися з усією серйозністю.

Класифікація

Залежно від глибини і діаметру все водозабірні свердловини діляться на 3 основних типи:

1. Дрібна свердловина, глибиною до 10 м і діаметром 3-5 см. Використовується переважно для господарсько-побутових потреб і для поливу. Вода з таких свердловин вимагає обовязкової фільтрації зважаючи на велику кількість домішок.
2. Свердловина середньої глибини, до 30 м, і діаметром від 5 до 12 см. Найпоширеніший тип водозабірних свердловин. При терміні служби до 20 років і робочому тиску води близько 3-5 м на годину є оптимальним варіантом у фінансовому відношенні.
3. Глибока свердловина, глибиною до 150 м і діаметром до 35 см. Вода в таких свердловинах найбільш чиста завдяки додаткової фільтрації. Термін служби глибокої свердловини може досягати 50 років.

З огляду на глибину і напрямок буріння, а також характер прохідних порід, можна виділити і такі різновиди свердловин, як:

• свердловина на пісок;
• свердловина на вапняк;
• абіссінський колодязь;
• артезіанська свердловина.

Одним з найбільш простих і порівняно дешевих видів водозабірних свердловин є так званий абіссінський колодязь. Проходження шарів грунту тут здійснюється шляхом послідовного забивання труб діаметром до 5-6 см, зєднаних між собою за допомогою герметичного нарізного сполучення за допомогою спеціальних муфт. На кінці першої труби встановлюють конусоподібний наконечник трохи більшого діаметра, що дозволяє зменшити тертя труби об грунт. Термін служби абиссинских колодязів може досягати 30 років, швидкість подачі води на поверхню - від 10 до 30 літрів в хвилину.

Артезіанські свердловини облаштовуються в переважній більшості випадків у вапнякових породах. Пояснюється це тим, що в вапняних водоносних шарах присутність води є гарантованим в будь-якому випадку, незалежно від місцевості і сезонно-кліматичних умов. Глибина свердловини артезіанського типу може становити від 50 до 450 м в залежності від гідрогеологічних умов місцевості. Характерною особливістю артезіанських свердловин є їх здатність до самоізліванію, тому воду з них можливо відкачувати зі швидкістю до 5 м на годину, що в значній мірі перевищує даний показник для свердловин на пісок.

Основні принципи

В даний час для буріння водоносних свердловин використовують два основних принципи:

• ударний;
• обертальний.

Ударне буріння за характером проходження порід являє собою буріння суцільним забоєм. Залежно від способу передачі зусилля від силового агрегату до бурового наконечника розрізняють:

• ударно-штанговий метод;
• ударно-канатний метод.

Ударно-штанговий метод

Ударно-штангові буріння здійснюється за допомогою передачі ударного навантаження на наконечник за допомогою штанг - металевих прутів діаметром 16-22 мм. Удари штангою наносяться безпосередньо по буровому наконечника, що дозволяє уникнути деформації різьбових зєднань обсадних труб. Даний метод використовують у випадках, коли неможливий підведення води до бурової установки, в умовах крайньої півночі і в важкодоступних місцевостях.

Ударно-канатний спосіб

Ударно-канатне має на увазі використання гнучкої передачі ударного навантаження на наконечник за допомогою каната (троса). Цей метод використовувався ще в Стародавньому Китаї, коли з певної висоти скидався важкий конусоподібний вантаж, ущільнюється і розсовують грунт. В даний час в якості наконечника при ударно-канатному бурінні використовують так звані желонки і забивні склянки. Желонка має спеціальний клапан, за допомогою якого утримується обираний зі свердловини грунт. У склянці порода утримується за рахунок сили тертя.

Желонка використовується переважно для буріння пухких піщаних грунтів, забивний стакан - для розробки глинистих ґрунтів і суглинків. Даний спосіб дозволяє обладнати досить глибокі свердловини глибиною до 300 м. Найбільш глибокі свердловини, розроблені ударно-канатним способом, мають в поздовжньому розрізі телескопічну структуру, що звужується в міру поглиблення.

Обидві ці різновиди ударного буріння аж ніяк не позбавлені недоліків. Буріння ударним методом - процес тривалий і досить трудомісткий через малу глибину проходки. Крім того, ущільнення стінок свердловини в процесі проходження сильно знижує питому водоотдачу грунту. Проте даний спосіб дуже поширений, оскільки передбачає мінімальне використання спеціальної техніки і може бути застосований при найнесприятливіших умовах.

Набагато більшу продуктивність мають різні методи обертального буріння, серед яких основними є:

• роторне буріння;
• шнекове буріння.

роторний варіант

Роторне буріння широко застосовується для буріння свердловин і являє собою обертальний буріння суцільним забоєм. Даний метод полягає в проходженні грунту обертовим буром і наступному видаленні зруйнованої породи за допомогою подачі води. У напрямку циркуляції промивного розчину і виведення шламу зі свердловини розрізняють такі різновиди роторного буріння:

• з прямим водотоком;
• зі зворотним водотоком.

При бурінні роторним методом з прямим водотоком вода під тиском через штанги і бурильні труби подається безпосередньо в зону буріння. Потім разом з частинками зруйнованої породи вода піднімається до гирла свердловини і по лотку направляється в заздалегідь обладнаний відстійник. В якості промивної рідини використовують зазвичай розчини глини або інших речовин, що клеять різної щільності, що дозволяють зміцнити стінки свердловини.

При бурінні із застосуванням зворотної промивки розчин самостійно надходить з відстійника в зазор між стінками свердловини і бурильними трубами і досягає забою. Потім за допомогою насоса, розташованого на поверхні, вода разом з частинками породи через отвори в бурі піднімається до гирла і через шланги відводиться в відстійник.

Буріння роторним методом як з прямим, так і з зворотним водотоком, можна здійснювати на досить велику глибину без опади, оскільки стінки свердловини утримуються від обвалення надлишковим тиском стовпа води.

Роторне буріння з промиванням володіє низкою характерних переваг в порівнянні з методами ударного буріння. Це і висока швидкість проходження, і порівняно малі витрати обсадних труб, і можливість буріння свердловин досить великого діаметру.

Роторно-турбінний метод

Обертальним методом з прямою подачею розчину для промивання є і так званий роторно-турбінний метод буріння свердловин. В цьому випадку до бурової колоні підключаються два спарених турбобура, що приводяться в рух напором надходить зверху рідини. При цьому досягається найбільш рівномірне проходження грунту всередині всього забійного простору.

гідродинамічний спосіб

Розробка свердловин можлива і зовсім без бура (долота). Таким є, зокрема, так зване гідробуреніе. Полягає воно в вузьконаправленої подачі струменя води під великим тиском в точку, намічену під розробку. Процес цей досить швидкий, але він має свої недоліки. Вибір гідродинамічного методу може бути доцільний тільки на пухких грунтах - пісках і супісках. При виході на глинисті або вапнякові горизонти виникають відповідні проблеми. Крім того, глибина свердловин, пробурених у такий спосіб, не може перевищувати 15 м.

шнековий

Шнекове буріння здійснюється без використання розчину для промивання і застосовується при розробці свердловин на глибину до 50 м (в окремих випадках - до 80 м). Шнек являє собою конструкцію, зварену із сталевої труби і закрученою навколо неї стрічки гвинтоподібної форми. На кінці труби закріплений породоразрушающий елемент - бур або долото з двома або трьома різцями. При обертанні шнека зруйнована порода гвинтовими направляючої піднімається нагору і виводиться у відвал. Це називається бурінням "всуху".

На проблемних і погано вивчених грунтах можливе одночасне використання двох або більше методів (наприклад, ударно-канатний в поєднанні з роторним). Подібні способи буріння свердловин називають комбінованими.

критерії вибору

Основними критеріями вибору способу буріння свердловин є гідрогеологічні умови місцевості, рівень залягання ґрунтових вод, цільове призначення свердловини і інші фактори. Здійснюючи вибір технології буріння, в першу чергу необхідно оцінити якісний склад грунту і передбачувану глибину майбутньої свердловини.

Так, при бурінні піщаних і гравійно-галечникових грунтів на глибину до 100 м при діаметрі свердловини до 20 см цілком підійде шнековий метод. Ударно-канатний спосіб є найбільш підходящим для піщаних і твердоскальних грунтів за умови заглиблення забою не більше ніж на 150 м. Та ж технологія з використанням забивного склянки може бути виправдана на глинистих ґрунтах і суглинках.

Роторний метод з прямим водотоком підійде для розробки як піщаних і текучих пластичних грунтів, так і для найбільш твердих скельних порід. Роторний спосіб із застосуванням зворотної промивки буде оптимальним на пухких грунтах при глибині шахти забою аж до 500 м і діаметрі до 1 м.

На проблемних грунтах з чергуванням шарів різної щільності доцільно застосовувати комбіновані методи, наприклад, ударно-канатний - в пухких водоносних горизонтах на глибині до 150 м, і роторний - в безводних щільних шарах на глибині понад 150 м.

У будь-якому випадку приступати до організації свердловини потрібно лише після ретельної і всебічної оцінки конкретної окремо взятої ситуації.

Увага, тільки СЬОГОДНІ!