Ювелирное обозрение

Наиболее доступный и простой способ бурения скважины является так называемое ударно-канатное бурение. Основная его особенность – это возможность производства операций без использования тяжелой специальной техники. В этом случае также можно в самые короткие сроки осуществлять монтаж буровой установки.

Применение технологии ударно-канатного бурения

Ударно-канатный способ – это самый простой и наиболее распространенный способ бурения, который дает уникальную возможность осуществлять вскрытие поверхностных водоносных пластов. Интересно, что требуемое оборудование можно сделать даже своими руками.

1 Назначение и краткое описание технологии

Интересно, что этот способ бурения использовался еще в древние времена. Первые упоминания о ней с легкостью можно найти даже в трудах самого Конфуция. Но сегодня, чтобы начать работать, нужно иметь немного различных приспособлений. В этом случае вам понадобится такой инструмент:

Данная технология предполагает, что основной инструмент – это забивной стакан, который представляет собой своеобразный отрезок трубы, сделанной из стали. Она скошена вовнутрь и имеет снизу режущую кромку, которая отличается очень высокими показателями прочности. У забивного стакана сверху есть так называемая наковальня, по которой штангой производятся удары.

Лебедка выполняет функцию опускания и подъема забивного стакана. Порода, попадающая в стакан, за счет силы трения удерживается в нем. Ударная штанга используется для того, чтобы максимально глубоко проникнуть в грунт, поэтому её с силой бросают на наковальню. После того, как стакан полностью заполнится грунтом, его поднимают наверх и тщательно очищают.

Процесс бурения скважины по ударно-канатной технологии

Такой процесс повторяется до тех пор, пока скважина будет иметь необходимую глубину. Как можно понять, данная технология не сложная, поэтому буровая установка своими руками – это реальная возможность сэкономить достаточно много денежных средств.
к меню ↑

1.1 Плюсы и минусы

Естественно, что ударно канатное бурение скважин имеет ряд как положительных, так и отрицательных сторон, поэтому постараемся в них разобраться.

Этот метод бурения имеет такие достоинства:

1. Во время бурения можно взять раздельные образцы (пробы) из водоносного слоя грунта.
2. Возможность осуществления бурильных скважинных работ во время больших начальных диаметров, которые могут достигать 500-та миллиметров и более.
3. Можно создавать скважины в самые короткие сроки, то есть сразу после того, как завершатся бурильные работы.
4. Водоносные горизонты благодаря использованию на практике этой техники, не засоряются, сохраняют такой же вид, как и до того, когда начинает использоваться буровая установка.
5. Возможность успешного проведения бурильных работ в так называемых галечниково-валунных прослойках. Кроме того в породах, которые легко впитывают различные промывочные жидкости.
6. Не нужно обеспечивать установку водой и раствором из глины, поэтому инструмент не так сильно засоряется.
7. Гарантия того, что будет произведено качественное и быстрое вскрытие с дальнейшим опробованием водоносного пласта.

Как видно, эта технология имеет много больших плюсов, поэтому стоит задуматься над тем, как сделанная своими руками буровая установка сослужит вам хорошую службу.

Теперь можно перейти к немногочисленным минусам, которые имеет этот способ бурения:

Мобильная буровая установка УАЗ УКБ-60

1. Осуществление исключительно вертикального бурения.
2. Во время создания глубоких скважин могут возникнуть определенные проблемы.
3. В некоторых грунтах песчаного типа бурить таким способом вообще невозможно (здесь даже специальный инструмент не поможет).
4. К самому большому недостатку относят низкую скорость бурения.

1.2 Применяемое оборудование

Теперь стоит немного остановиться над тем, какой нужен инструмент, когда применяется ударно-канатный метод для бурения, тем более, если есть желание сделать скважину своими руками. Долото (обычно применяют долото PDC) – это главный рабочий инструмент, который выполняет функцию разрушения породы. Для того, чтобы извлечь разрушенную породу на поверхность используется так называемая буровая желонка. Ножницы являются составным элементом бурового снаряда, штанга нужна для ударов. Кроме того, требуется канатный замок, и, конечно, канат.

Установку и сборку бурового снаряда производят со вспомогательным инструментом. Сюда входят разнообразные ключи, в том числе гаечные и рожковые, отвертки и затяжные трещотки. Кроме того, эта технология требует использования специального оборудования, которое нужно для работы с обсадными трубами – хомуты, снаряды, забивные головки и башмак.

Если говорить о перечне, то буровые станки для осуществления качественных работ с применением ударно-канатного способа бывают различных типов (если сравнивать с роторным способом). Но многие специалисты советуют использовать комбинированный способ бурения, когда роторная технология сочетается с обратной промывкой и ударно-канатным способом.

Чаще всего, комбинированный метод используется в США. Они удачно сочетают ударно-канатный и вращательный способ осуществления бурильных работ, а также можно производить обратную промывку. Важно помнить, что цена комбинированных устройств намного больше стоимости стандартных простых бурильных конструкций, поэтому для того, чтобы быстрее окупить это оборудование нужно выполнять очень большие объемы работ.

Именно по этой причине небольшие компании их не применяют. Но если вы хотите сделать скважину своими руками, то такой способ может заинтересовать.
к меню ↑

1.3 Особенности проведения работ (видео)

2 Этапы работы

Важно помнить, что бурение с применением забивных стаканов чаще всего используют во время работы на не сыпучих и сравнительно мягких породах. Поэтому на сыпучих грунтах использование данной разновидности бурения не рекомендуют.

Причина проста – в сыпучих породах частицы имеют недостаточную силу связи друг с другом, из-за чего для того, чтобы удержаться внутри корпуса забивного стакана им попросту не хватает силы трения, поэтому он во время выхода из забоя стает пустым, а сыпучий грунт забивает тело скважины.

Здесь может помочь только желонка, которая применяется при бурении скважины на сыпучих грунтах. В нижней части конструкции желонка есть специальный клапан, открывающийся во время врезания желонка в породу, в результате чего открывается свободное продвижение для сыпучего вещества.

Когда желонку поднимают наверх, клапан под весом захваченной породы в свою очередь закрывается и таким образом возникает препятствие для высыпания грунта. После того, как желонка поднимается на поверхность и освобождается от породы, процесс повторяется по новому кругу.

Если вы начали бурить скважину с помощью ударно-канатного способа на каменистых и твердых породах, то лучше всего использовать специальное буровое долото, которое выполняет функцию желонка или забивного стакана. Именно ударное действие долота гарантирует разрушение каменистых и твердых грунтов, они быстро измельчаются и превращаются в достаточно мелкие частицы. С применением желонки они в дальнейшем без проблем извлекаются наверх со дна новой скважины.

Очень важно во время осуществления бурения ударно-канатным методом придерживаться основных этапов работы. Самым главным этапом является сборка и точная установка конструкции в требуемом месте. Если все сделать правильно, особенно своими руками, то никаких трудностей во время создания новой скважины возникнуть не должно.

Если вы начали бурить на сыпучем грунте, или на породах с его прослойками, то нужно следить, чтобы скважина не засыпалась грунтом. В этом случае нужно внутрь скважины установить специальные стальные обсадные трубы. Здесь важно, чтобы первой отрезок используемой трубы был с небольшим расширительным конусным башмаком.

Обсадные трубы при этом должны иметь больший диаметр, чем диаметр самого забивного стакана. Это даст возможность последнему свободно перемещаться в скважине. Интересно, что во время опускания обсадных труб в скважину своими руками, которое осуществляется с помощью не очень сильных ударов или просто под собственным весом, из-за своего большего диаметра они попросту срезают часть грунта со стенок скважины.

Стоит помнить, что использование ударно-канатного способа бурения можно значительно облегчить, так как все требуемые в этом случае детали вполне реально изготовить самостоятельно, еще и в домашних условиях. Специальные глубокие познания в этой сфере вам не потребуются, главное – это иметь желание.

УДАРНОЕ БУРЕНИЕ (а. percussive drilling; н. Sto ß bohren, Schlagbohren; ф. forage par battage, forage par percussion, burinage; и. perforacion por percusion, sondeo por percusion, taladrado por percusion) — способ бурения, при котором разрушение породы происходит под действием ударов падающего на забой скважины бурового снаряда либо ударов по снаряду, стоящему на забое. Используется в основном в мягких и рыхлых отложениях с обломочными включениями, а также скальных породах до глубины 100 и более метров. Разрушение пород носит характер дробления, раздавливания и рыхления. Бурение осуществляется сплошным или кольцевым забоем.

После нанесения очередного удара инструмент отрывается от забоя либо постоянно контактирует с ним (забивание). Для спуска бурового снаряда используются канат или штанги (ударно-канатное и ударно-штанговое бурение) и специальные двойные концентрические трубы. В узком смысле под ударным бурением понимают только ударно-канатное бурение, получившее в практике наибольшее распространение. Разрушение породы при ударно-канатном бурении сплошным забоем осуществляется снарядом, включающим долота различных типов, ударные штанги, яссы (ножницы) и канатный замок, в котором закреплён конец инструментального каната. Для бурения в мягких породах используют плоские долота с клинообразным (иногда сменным) лезвием, в вязких породах — двутавровые, в твёрдых трещиноватых — крестовые, в валунах — пирамидальные. Разрушение достигается сбрасыванием снаряда массой 500-2500 кг с высоты 300-1000 мм с частотой 45-60 уд/мин. В момент подъёма снаряда под действием упругости каната происходит его поворот на 20-50°, что обеспечивает обработку всей площади забоя. Для подъёма и сбрасывания ударного снаряда используется ударный механизм (качающаяся рама с приводом от кривошипно-шатунного механизма, эксцентричный ролик, система гидроцилиндров). В сухих скважинах на забой периодически подливают воду. После разрушения участка скважины определённой длины (0,2-0,6 м) продукты разрушения извлекаются с забоя посредством обычной или поршневой желонки, которая в песках и галечниках применяется также и для бурения (забивания в породу).

Реклама

Ударно-канатное бурение сплошным забоем используется для сооружения скважин на воду и при разведке россыпных месторождений полезных ископаемых в наиболее сложных геолого-технических условиях (рыхлых породах с большим содержанием гравийно-галечных отложений и валунов), водопонизительных скважин для осушения карьеров, а также при взрывных и строительных работах. Глубина скважин в основном 50-100 м, реже до 300 м, диаметры 150-850 мм.

Ударно-канатное бурение кольцевым забоем осуществляется посредством грунтоносов (забивных стаканов, иногда разъёмных), сбрасываемых на забой и внедряющихся в породу на 0,1-0,2 м либо забиваемых бойком с ударной штангой с частотой 40-50 уд/мин. Масса ударной части снаряда 100-500 кг, интервал углубления без отрыва стакана от забоя 0,2-0,6 м (за один удар в песках 0,3-0,4 см, глинах 0,8-1,2 см, супесях и суглинках 1,5-2 см). Применяются также установки, в которых для сбрасывания ударного снаряда используется эксцентриковый механизм свободного сброса или лебёдка. Бурение кольцевым забоем используется в мягких и рыхлых породах на глубине до 15-30 м инструментом диаметром 73-273 мм при инженерно-геологических и гидрогеологических исследованиях, поисках и разведке россыпных месторождений, нерудных строительных материалов и других полезных ископаемых

При ударном бурении двойными концентрическими бурильными трубами их забивают дизельным молотом или другим источником ударных импульсов. Для разрушения породы служит кольцевой башмак с твердосплавными резцами. В кольцевой зазор между наружной и внутренней трубами подаётся сжатый воздух, который поднимается по центральному каналу и транспортирует с забоя разрушенную породу. Этот способ применяется за рубежом для бурения скважин диаметром 140-500 мм на глубине 15-30, реже до 100 м при разведке россыпей и строительных работах (в осадочных породах с большим содержанием обломочного материала). Энергия удара до 10-12 кДж, частота 90-100 уд/мин. Скорость бурения в несколько раз превышает скорость ударно-канатного бурения, достигая 5-30 м/ч при углублении 5-6 мм за удар.

Способ ударно-канатного бурения предусматривает постепенное разрушение почвы посредством методичных ударов тяжелого орудия. Главным достоинством процесса являются простота и доступность. Для этого не нужно быть специалистом, поскольку при установке используют самые ходовые материалы. Несложная конструкция может быть обустроена и своими руками.

Бурильный инструмент

Все работы выполняют с помощью снаряда Шитца. Он включает в себя:

• вышку с ударной штангой;
• забивной стакан – отрезок трубы с приваренным к низу стальным режущим краем;
• желонку, оснащенную клапаном;
• долото;
• лебедку и блок.

Вышку для бурения устраивают в форме треножника, который изготавливают из брусьев или труб. Установку и сборку выполняют с помощью различных ключей, затяжных трещоток и отверток. Сверху конструкции размещают ворот для подъема, через который пропускают трос. Высота вышки должна превосходить длину рабочего органа. Ударную штангу делают из цельных стальных болванок. Отдельные детали соединяют с помощью фланцев либо болтов. В целях утяжеления орудия внутреннюю полость заливают бетоном.

Схема бурового снаряда Шитца

Основной бурильный инструмент – стакан – имеет заостренный к центру торец, благодаря чему в момент удара снаряд глубоко проникает в землю. Кроме этого, кромка трубы может быть оснащена острыми зубьями. С их помощью разрушают породу, сформированную из глинисто-песчаной смеси или влажной глины. В верхней части предмета находится наковальня – место удара штанги. Снаряд больших размеров сохраняет ровность забоя. Неслучайно стандартное орудие имеет длину не менее 2 метров.

Материалом для желонки служит фрагмент трубы диаметром 90 мм. Снизу она имеет клапан плоской формы, который открывается в момент соприкосновения с землей. Так почва попадает в снаряд. При подъеме конструкция закрывается под тяжестью измельченной массы.

Тросы изготавливают из стальных проволок. Наибольшую популярность имеют 6-прядные изделия с пеньковым сердечником, пропитанным битуминозными средствами. Толщину каната и его крепления выбирают, исходя из массы снаряда и штанги. При выборе инструмента учитывают его разрывное усилие и коэффициент безопасности.

Особенности бурения по различным грунтам

На мягких несыпучих участках используют стакан, поскольку такая почва хорошо закрепляется в его стенках. При ударе о землю острый край захватывает часть слоя, вслед за этим штанга бьет по наковальне и углубляет колодец. После нескольких пробивок полость снаряда заполняется, и его поднимают наверх.

Для выемки песков-плывунов предназначена желонка. Обязательной процедурой при наличии однородной сыпучей породы становится монтаж обсадной трубы. Ее же используют на грунтах с песчаными прослойками. Колонна углубляется в почву под тяжестью собственной массы, что позволяет увеличить срок эксплуатации шахты.

Установка обсадной трубы в скважину.

На водоносных и чистых песках используют желонки, утяжеленные короткой ударной штангой. Число соприкосновений с землей должно быть небольшим. Необходимо следить, чтобы ударное орудие не выходило более чем на 0,5 см из трубы, в ином случае она может перекоситься и заклинить в уклоне, что приведет к материальным издержкам.

Бурение каменистых пластов производят с помощью плоскостных долот либо орудий в форме двутавра. Для увеличения диаметра ствола, наряду с обсадной трубой, применяют специальный расширитель. Он сносит породу со стенок, тем самым расширяя пространство для прохода. Функцию транспортировки раздробленной земли выполняет желонка с плоским клапаном и низким башмаком.

При прохождении трещиноватых слоев, склонных к обвалам и оползням, операцию проводят с большой осмотрительностью. Такие участки обрабатывают округляющими и крестовыми долотами.

Обсаживание стенок скважин

Согласно технологии бурения канатным способом, для укрепления ствола шахты прибегают к установке труб для обсадки. Их диаметр должен быть больше, чем сечение забивного стакана. Тем самым упростится перемещение снаряда.

Колонны бывают муфтовые и с высаженными концами. В первом случае на обоих концах изделия присутствует резьба. Соединяют их с помощью муфт с внутренней резьбой. Этот вариант используется при необходимости установить трубу диаметром менее 50 мм.

Обсадные трубы с высаженными концами оборудованы расширительным конусным башмаком. По высадке нарезается внутренняя резьба, на противоположном крае – наружная того же размера. Это дает возможность состыковать элементы без применения муфтового сцепления.

Изготавливают их из чугуна, асбоцемента и пластика. При работе с ними используют хомуты, забивные головки, башмаки, забивной снаряд. Устанавливают колонны при углублении шурфа на 4 м.

Скважина на участке

Перед проведением буровых работ необходимо выполнить ряд процедур:

• прояснить вопрос наличия или отсутствия водоносных горизонтов;
• ознакомиться с характеристиками грунтового пласта;
• проверить комплектность бурового инструмента по видам;
• предусмотреть необходимость использования лебедки для работы с ударником и тельфера для подъема обсадных труб;
• подобрать желательную конструкцию и направленность скважины, а в связи с этим – необходимое количество колонн для обсадки.

Порядок выполнения работ

По инструкции началу бурения предшествует обустройство шурфа для защиты забоя от обвалов. Длина отверстия может составлять 5 м, а ширина – 1,5 м. Глубину рассчитывают в пределах 1,5 – 2 м. Стенки траншеи укрепляют дощатыми щитами.

Затем устанавливают вышку. В случае ручного обустройства скважины производят контроль его вертикальности. Малейшее искривление траектории инструмента приведет к невозможности монтажа обсадной трубы и дальнейшего использования водозаборной конструкции.

После установки первой секции колонны выполняют резкий сброс стакана с высоты 1,5 м. По заглублению на 0,5 см ударник вытягивают наружу и повторяют процесс до достижения водоносного слоя. По мере необходимости забивной снаряд меняют на долото или желонку, увлажняют забой или досыпают сухую почву. Применять такой метод бурения можно как в одиночку, так и бригадой.

Недостатки и преимущества процесса

Этот способ имеет большое число достоинств:

1. Водоносная порода вскрывается качественно, без повреждения пористой структуры, что продлевает срок службы скважины до 80 лет.
2. Применение системы возможно без использования спецтехники, что позволяет пробурить скважину необходимой глубины в труднодоступных местах и при ограниченном бюджете.
3. Отсутствует необходимость использования глины и промывочных жидкостей – воды или специального раствора.
4. При создании колодца можно производить бурения в валунно-галечниковых отложениях, в многолетнемерзлых породах, а также грунтах, легко впитывающих влагу.
5. Методика выполнения работ препятствует загрязнению водоносного пласта.
6. Процесс предусматривает использование инструментов большого сечения – 500 мм и выше.
7. Скважину осваивают сразу же после ее обустройства.
8. С помощью установки проводят разведочные работы. Выемка породы осуществляется по всему жерлу ствола.

Среди недостатков выделяют низкие темпы работ. Возможности метода не подходят для обустройства глубинных скважин. Такую конструкцию не используют на некоторых видах песчаных почв. К минусам процесса можно также отнести допустимость только вертикального бурения.