Технология шнекового бурения скважин станками

Как оборудовать пробитую скважину

Пробить/пробурить скважину недостаточно. Надо еще воду поднять, а это — совсем другая история. Как провести воду из скважины к дому читайте тут.  Если хотите сделать водоснабжение постоянным, с нормальным давлением, чтобы можно было подключать бытовую технику, вам понадобится насосная станция.

Для сезонного водоснабжения на даче обойтись можно более скромным набором:

• вибрационный насос;
• обратный клапан, который устанавливается перед насосом;
• емкость для воды;
• поливочный шланг;
• краны и т.д.

Еще один совет: скважину надо чем-то закрыть. В домах постоянного проживания делают кессон — бетонный или пластиковый  бункер, который находится ниже глубины промерзания. В нем ставят все оборудование. При использовании воды только периодически кессон — слишком дорогое удовольствие. Но закрыть скважину чем-то надо. Во-первых в нее может упасть какая-то живность, что никак не обрадует вас. Во-вторых, «добрые»соседи могут что-то уронить. Более бюджетный выход — построить домик по типу колодезного. Еще более дешевый вариант — выкопать приямок, оббить его доской, сделать дощатую крышку. Ключевой момент: все это должно запираться на замок.

Производительность шнекового бурения скважин.

Производительность 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.

Внедрение 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.

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.

Что такое шнековое бурение

Суть процесса заключается в разрушении долотом породы, с последующей доставкой ее на поверхность с помощью винта шнека, который вращается с большой частотой. Такой метод используется при наличии породы невысокой твердости и без промывки скважины. Особенности процесса:

• При шнековом бурении обеспечивается большая скорость работ без перемалывания и истирания уже отделенной от забоя породы.
• Забой очищается непрерывно, одновременно с разрушением породы.
• При отделении от забоя порода поступает на винт-шнек, который вращается с большой скоростью. Возникающие при этом центробежные силы прижимают ее к стенкам, а постоянно движущаяся винтовая лента поднимает породу вверх. При этом часть породы ребордой ленты втирается в стенки.
• При таком процессе забой хорошо очищается от разрушенной породы. Это обеспечивает большие скорости бурения до IV категории пород по буримости.
• Большая механическая скорость обеспечивается при прохождении слабых цементированных отложений мелкой гальки и щебня. Связано это с тем, что последние не разрушаются, а выносятся на поверхность целиком.
• Шнековый транспортёр плохо работает в вязких глинах, налипающих на шнеки и препятствующих транспортировке выбуренной породы.
• Долото и шнеки охлаждаются за счет их быстрого заглубления в мягкие породы с постоянно изменяющейся температурой.
• Шнековое бурение можно производить на глубину от 1,5 до 80 метров.
• Используется такой процесс для проходки поисковых и инженерно-геологических скважин, при гидрогеологических исследованиях в сочетании с другими методами.

В конструкцию инструмента для бурения шнеками входят:

Наибольшей популярностью пользуются двух- и трехлопастные долота. У трехлопастного долота корпус выполнен методом литья из стали с зубчатыми лопастями, имеющими наклон по винтовой линии. Твердосплавные восьмигранные резцы армируют лопасти.

Станки для шнековых установок

Вращение рабочего инструмента на шнековой установке осуществляется специальными станками. Так, шнековое бурение скважин станками типа ЛБУ 50 обеспечивается подвижным вращателем, что исключает применение в нем устройств шпиндельного и роторного типов. Это необходимо для обеспечения большого крутящего момента и осуществления поступательного осевого перемещения шнеков. Для обеспечения высокой скорости, станки должны быть мощными, высокопроизводительными и обладать достаточной мобильностью. Для этого их часто устанавливают на шасси тракторов или автомобилей, как показано на фото.

Шнековое бурение скважин станками типа СО 2 осуществляется навесным рабочим органом. Установка СО 2 стоит на машине-экскаваторе типа Э-1252. На нем:

• С помощью шарнирного устройства, крепится стойка, с которой подвижно связан навесной рабочий орган, включающий в себя каретку с электроприводом.
• На валу устройства устанавливается телескопическая шнековая буровая колонна с инструментом для бурения и очистителем.
• Колонна состоит из телескопических секций в количестве двух штук, на нижней монтируются шнековые лопасти.
• Расширитель или шнек с буровой коронкой крепится с помощью пальцев к нижней секции колонны.

Назначение буровой коронки, имеющей форму трехперого долота, осуществляющего вращение – разрушение в забое грунта и подача его на шнек буровой колонны. Для разных грунтов прикладываются к установке комплект коронок.

Таким устройством можно бурить на глубину до 70 метров, а использование расширительного инструмента позволяет увеличить ее диаметр до двух метров.

Шнековые насосы для скважин

Широкое распространение получили насосы для скважин шнековые, работающие по такому же принципу, как и установки для бурения – подача воды на поверхность с помощью шнека.

Насос скважинный шнековый в отличие от других может перекачивать жидкости с содержанием абразивных частиц и агрессивных химических элементов. Одинаково хорошо работают в вертикальном и горизонтальном положениях. Отличаются надежностью и простотой конструкция, цена агрегатов приемлемая для использования на любом участке. Шнековые погружные насосы для скважин обладают несколькими важными особенностями:

• Удобной конструкцией. Прилагаемая инструкция позволяет без проблем эксплуатировать устройство и при необходимости осуществлять ремонт.
• При ремонте можно легко осуществить демонтаж насоса, все быстроизнашиваемые детали легко меняются новыми.
• Конструкция изделия тщательно проработана. На корпусе всасывания нет возможности возникновения отложений, а всасывающий патрубок может поворачиваться на 90 градусов.
• Нет вибрации, что приводит к увеличению срока службы.

Технические характеристики

Буровая мачта установки служит одновременно направляющей рамой механизма подачи, по которой двумя гидроцилиндрами перемещается каретка подвижного вращателя. Нижняя часть мачты при переводе в рабочее положение располагается на незначительном расстоянии от поверхности земли. При этом домкраты, расположенные симметрично оси мачты в ее нижней части, в выдвинутом положении обеспечивают повышенную устойчивость конструкции при бурении и спуско-подъемных операциях. В рабочее и транспортное положение мачта переводится специальными гидроцилиндрами. В верхней части мачты смонтирован кронблок однострунной оснастки.

Подвижный вращатель представляет собой пятиступенчатый редуктор, приводимый от вертикального вала фигурного сечения. Благодаря шарнирному креплению на каретке, вращатель поворачивается в сторону от оси скважины при выполнении спускоподъемных операций, ударно-канатном бурении и при работе с обсадными трубами. В транспортном положении вращатель также может быть отведен в сторону.

Для выполнения работ в темное время суток установка оборудована фарами, смонтированными на верхней траверсе мачты. Пульт управления установкой расположен слева по ходу транспортной базы. Для удобства управления и повышения безопасности оператора бурения, его рабочее место оборудовано съемной откидной площадкой.

Модификация ЛБУ-50-04 оснащена гидравлическим трубодержателем, буровым сальником, дополнительными передними домкратами на буровом столе, повышающими устойчивость установки, инструментальными площадками по обеим сторонам платформы.

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 обустройстве скважинна 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:

• шнековая установка;лопата;тележка.

Чертеж самодельного шнекового бура.

Процесс бурения скважин на воду посредством использования шнека исключает необходимость перемалывания и истирания отделенной от забоя почвы. Забой осуществляется в непрерывном режиме, параллельно происходит разрушение грунта.

При отделении от забоя грунта он поступает на винтовой шнек, вращающийся с высокой скоростью.

Центробежные силы, сопровождающие процесс, прижимают почву к стенкам колодца, тогда как постоянно движущаяся лента выталкивает грунт наверх. Часть почвы остается на стенках скважины. Такие технологии обеспечивают скорости проведения работ до четвертой категории пород по буримости.

Типы скважин

Перед началом буровых работ следует изучить состав грунта на участке, чтобы хотя бы примерно представить свою будущую скважину.

В зависимости от особенностей пролегания водоносного слоя различают три вида скважин:

• абиссинский колодец;
• фильтровая скважина;
• артезианская скважина.

Абиссинский колодец (или скважина-игла) может быть устроен практически повсеместно. Пробивают его там, где водоносный слой залегает относительно близко к поверхности и приурочен к пескам.

Для ее бурения используют технологию забивки, которая не подходит для сооружения скважин других видов. Все работы обычно можно выполнить в течение одного рабочего дня.

Но дебит таких скважин невелик. Чтобы обеспечить дом и участок достаточным количеством воды, иногда имеет смысл сделать две такие скважины на участке. Компактные размеры оборудования позволяют без особых проблем устроить такую скважину прямо в подвале.

Обычно это песчаные грунты, которые хорошо поддаются бурению. Глубина фильтровой скважины обычно варьируется в пределах 20-30 метров.

Работы при хорошем раскладе отнимут два-три дня. Фильтровая скважина нуждается в хорошем обслуживании, поскольку постоянное присутствие в воде частичек песка и ила может вызвать заиливание или запесочивание.

Обычный срок эксплуатации такой скважины может составлять 10-20 лет. Срок может быть больше или меньше в зависимости от качества бурения скважины и ее дальнейшего обслуживания.

Артезианские скважины, они же скважины “на известняк”, самые надежные, поскольку водонос приурочен к коренным отложениям. Воду вмещают многочисленные трещины скальной породы.

Заиливание такой скважине обычно не грозит, а дебит может достигать примерно 100 куб.м/ч. Но и глубина, на которую предстоит провести бурение, обычно оказывается более чем солидной – от 20 до 120 метров.

• Скважину глубиной 10 — 15 м можно пробурить без привлечения буровиков и техники, используя несложный буровой инструмент.
• Вручную без проблем бурятся осадочные несвязные и пластичные породы. К первым относятся пески разной крупности, щебень, дресва, гравий, ко вторым — суглинки с супесями.
• Механизация ручного бурения позволяет значительно повысить темпы выполнения буровых работ. Ускорят процесс двигатели и подъемные устройства.
• Для бурения грунтов, различающихся по физико-механическим свойствам, потребуется разные снаряды и технологии. Чаще всего для устройства одной выработки применяется несколько буровых способов в комплексе.

Разумеется, бурить такие скважины сложнее, а времени и материалов на выполнение работ уйдет значительно больше. Профессиональная бригада может справиться с работами дней за 5-10. А вот если мы бурим скважину на участке своими руками, может понадобиться и несколько недель, и даже месяц или два.

Но усилия стоят того, ведь артезианские скважины могут без проблем прослужить полвека, а то и больше. Да и дебит такой скважины позволяет снабжать водой не только один дом, но и небольшой поселок. Только для устройства подобной выработки не подходят ручные методы бурения.

Физико-механические свойства грунтов также имеют большое значение при выборе метода бурения.

В ходе работ может понадобиться пройти самые различные пласты, например:

• влажный песок, который поддается бурению практически любым способом относительно легко;
• водонасыщенный песок, извлечь который из ствола можно только с помощью желонки;
• крупнообломочные породы (гравийные и галечниковые отложения с песчаными и глинистыми заполнителями), бурят которые желонкой или стаканом в зависимости от заполнителя;
• плывун, представляющий собой мелкодисперсный песок, перенасыщенный водой, вычерпать его можно только желонкой;
• суглинок, т.е. песок с обильными включениями глины, пластичный, хорошо поддающийся бурению шнеком или колонковым стаканом грунт;
• глина, пластичная порода, с бурением которого справится шнек или стакан.

Как узнать, какие грунты залегают под поверхностью, и на какой глубине находится водоносный слой? Конечно, можно заказать геологические исследования грунта, но это процедура не безвозмездная.

Бурение новой скважины на небольшом расстоянии от уже существующего сооружения может и не пойти по точно такому же сценарию, но скорее всего, будет очень похожим.

Особенности бурения шнеком

Глубина бурения шнековым методом относительно небольшая, до 60 м

Такой способ проходки ствола хорош при наличии мягких грунтов с незначительным включением гравия и других скальных пород. Часто, если на пути шнекового бура встречаются крупные твердые элементы, процесс приходится прекращать, или подключать другие способы разрушения пород повышенной твердости.

Глубина бурения шнековым методом относительно небольшая, до 60 м. При благоприятных грунтах и сочетании с другими методами можно добиться более глубокой проходки ствола, — до 100 м. Такой углубленности хватает, чтобы гарантированно достать песчаные водоносные пласты, а в некоторых регионах, — артезианские. Шнековый метод, при всех своих преимуществах, имеет существенный недостаток, что заключается в сниженном притоке воды в обустроенную скважину. С другой стороны, есть еще одно преимущество в том, что при запуске колодца в эксплуатацию не приходится длительно заниматься его прокачкой, то есть очисткой ствола и фильтра от продуктов бурения (глина, песок и другие элементы грунта).

Бурение шнековым методом на воду, — явление весьма распространенное в регионах с грунтами, обладающими невысокими показателями твердости

Подытожив сказанное, можно обозначить плюсы и минусы вращательного способа бурения скважин для добычи воды. Преимущества таковы:

• высокая скорость работы;
• несложные технология и оборудование;
• нет необходимости промывки ствола при бурении;
• непрерывная доставка к устью разрушенных долотом пород;
• грунт извлекается без поднятия бурового инструмента;
• есть возможность добраться до основных водоносов, имеющих потребительскую ценность (песчаный и частично известняковый горизонты).

Недостатки бурения на воду шнековым способом следующие:

• ограниченная глубина;
• не каждый грунт подходит для проходки ствола шнеком;
• сниженный дебет скважины;
• большая нагрузка на привод шнекового бура.

Таким образом, бурение шнековым методом на воду, — явление весьма распространенное в регионах с грунтами, обладающими невысокими показателями твердости, и неглубоким залеганием качественных водоносов. При других условиях необходимо бурить иными способами, позволяющими преодолевать твердость скальных пород и достигать больших глубин залегания качественной воды.

Этапы проведения работ

Шнековый способ бурения применяется для формирования скважин вертикального или горизонтального направления. В последнем случае присутствуют следующие этапы работ:

1. Осуществляется подготовка оборудования, его установка на специальную устойчивую платформу.
2. Роют котлован для удаления сыпучих и неуплотненных грунтов.
3. При помощи лазерных измерительных устройств определяют направление бурения.
4. Происходит установка всего необходимого оборудования, обсадной трубы.
5. Углубление бура происходит до упора, пока не будет достигнута максимальная глубина.
6. Рабочий инструмент извлекают на поверхность.
7. К буру подсоединяют новую секцию, что позволяет достигнуть необходимой глубины.

Вертикальное бурение происходит также, но данный метод не требует применения обсадной трубы.

Шнековое бурение относится к одному из видов вращательного бурения. Сам термин «шнековое» происходит от слова «Schnecke», что в переводе с немецкого означает винт, завиток, улитка.

Особенности выполнения работ

Этот вид бурения существенно отличается от других видов, в частности, в том, что при этой работе выполняется удаление разрушенной породы и ее транспортирование по скважине не потоком очистного агента, а за счет вращения колонны.

Шнековое бурение очень широко распространено, является универсальным способом, используемым для проходки скважин небольшой глубины в мягких или рыхлых породах. Этот способ удобен для выполнения работ в галечных породах. Он также широко распространен в сейсморазведке, разработке взрывных скважин, при инженерных исследованиях гидрогеологической направленности, геологических съемках, поиске полезных ископаемых.

Шнеки буровые в процессе работы разрыхляют и дробят породу, а затем перемещают полученный продукт к устью скважины на специальном шнековом транспортере. Технология работы включает три главных момента. Это: процесс охлаждения инструмента, задействованного в разрушении породы, транспортировка на поверхность продукта разрушения и укрепление стен полученной скважины поднимаемыми породами.

Шнековое бурение выполняется буровым инструментом. Существует три вида технологического инструмента. Буровая техника – это колонна обычных шнеков с долотом, магазинный шнек с коронкой, колонны обычные и полые со съемным долотом и съемным керноприемником.

Широко применяют для работы с рыхлыми породами двух- или трехлопастное долото, имеющее плоские или спиральные лезвия. В тех случаях, когда шнековое бурение выполняется для работы с породами средней твердости, требуется более высокая износостойкость, поэтому используют долото округленного профиля, насыщенное твердыми сплавами.

При проведении работ используются высокотехнологические специальные установки. Скорость бурения огромна, поэтому требования к установкам – мобильность и высокая транспортабельность. Установки изготавливают переносными или же самоходными.

Главная положительная особенность шнекового бурения — непроизвольное самозакрепление стен скважины разрушенной породой при ее подъеме по шнекам, так как она как бы «втирается» и создает эффект своеобразного оштукатуривания.

Отметим, что процесс этот — высокотехнологичный, но при этом достаточно простой в организационном плане способ ведения подземных выработок, при котором до минимума сводится риск обрушения при работе. Шнековое бурение можно осуществлять практически всегда, независимо от времени года

Деформация поверхности при этом незначительна, что очень важно при работах под железными и автомобильными дорогами, постройками и хозяйственными сооружениями. Заметное преимущество работы — достаточно высокая скорость, простота и небольшой ущерб инфраструктуре и окружающей среде

Заметное преимущество работы — достаточно высокая скорость, простота и небольшой ущерб инфраструктуре и окружающей среде.

Специалисты всего мира отмечают постоянный интерес к данному способу бурения и прогнозируют хорошие перспективы его развития.