Буровая установка для бурения скважин на воду: особенности различных технологий

Где бы не находился дом или дача, доступ к чистой воде является одним из базовых условий устроенного домашнего быта. Получить постоянный доступ к питьевой воде помогает буровая установка для бурения скважин на воду. Разбираемся, какие механизмы помогут решить эту масштабную задачу, какими особенностями и возможностями применения они обладают.

Вода на участке – залог комфортного проживания Источник mdsg.ru

Плюсы профессиональных и самодельных буровых установок

Нередко единственным источником воды для частного хозяйства становится скважина, причем уровень водоносного слоя может располагаться на глубине 50-100 и более метров. Добраться до такой глубины поможет специализированный механизм.

Крупногабаритная буровая техника, способная не только бурить скважины на воду, но и проводить инженерно-геологические изыскания, редко применяется на застроенных участках. Заезд подобных установок на территорию затруднен или невозможен, поэтому единственной возможностью остается использование малогабаритных буровых установок.

Профессиональные малогабаритные буровые установки для скважин (МГБУ) относятся к универсальным агрегатам, позволяющим выполнять буровые работы разных видов и разными способами (включая бурение артезианской скважины). Использование МГБУ на частных участках имеет следующие плюсы:

• Буровые работы можно проводить там, где не пройдет крупная техника.
• Благодаря использованию электричества уменьшается стоимость работ.

Участку будет нанесен минимальный вред Источник santex-mir.ru

• Небольшие габариты позволяют сохранить окружающую территорию в первозданном виде; почве наносится минимальный вред.

Профессиональные механизмы работают быстро и качественно, но их применение не всегда оправдано, а стоимость услуг для многих хозяйств неподъемна. Для агрегатов промышленного изготовления существует альтернатива: самодельные устройства, способные качественно справиться с бурением.

Разумеется, не стоит приобретать или сооружать подобное оборудование для одного-единственного использования. Но есть смысл получить опыт, который потом может стать источником стабильного заработка. Бурение – процесс, востребованный не только для водообеспечения, но и, например, при возведении фундаментов.

Самодельные агрегаты имеют небольшую мощность, которой не хватит, чтобы пробурить артезианскую скважину, средняя глубина которой начинается от 100-150 м. Но их ресурсов достаточно, чтобы сделать скважину средней глубины (20-40 м).

МГБУ помогает организовать водоснабжение частного дома Источник par-torg.com

Самодельные установки для бурения скважин на воду активно используются в частных хозяйствах по следующим причинам:

• Компактные размеры и небольшой вес делают простой транспортировку и установку агрегата. Для передислокации на новое место вам не понадобится искать спецтехнику для перевозки.
• Легкая сборка/разборка, простая эксплуатация. Во время работы самодельную установку, как и профессиональную, можно подключать к электрической сети или к альтернативному источнику, что обеспечивает быстрое выполнение работы.
• Скважину можно пробурить в ограниченном пространстве (подвал, гараж), если высота потолка превышает 2 м.

Производители и популярные модели

Крупное производство установок налажено на заводах Европы и США, но также существует качественные установки гнб китайского и отечественных производителей.

Vermeer

Американская компания Vermeer и ее представительства в Европе выпускают бурильную технику, которая является настоящим эталоном качества. Продукция Вермер универсальна: используется для прокладки всех видов подземных трубопроводных трасс, имеет широкий ассортимент мощностей и размеров. Среди них наиболее применимы установки Series II, которые работают с наиболее тяжелыми грунтами.

На видео буровая установка Vermeer Navigator D7х11:

Sany Heavy Industry CO

Sany – крупнейший в Китае производитель буровой техники. Его машины – это колоссальная спецтехника большой мощности, способная работать с грунтами всех категорий в любых погодных условиях.

Ditch Witch

Установки горизонтального бурения Ditch Witch не имеют аналогов в мире. Компания была одной из первых, начавших заниматься технологиями бестраншейных коммуникаций, и на сегодня ее продукция – это удобство, высокая производительность и безопасность пользования. Буровые выпускаются в основном среднего класса тяжести (миди).

Видео обзор установки горизонтально-направленного бурения Ditch Witch

МЕМПЭКС

МЕМПЭКС – Белорусский производитель бурильной техники, являющийся одним из пионеров бестраншейного бурения. Производит установки всех классов тяжести, от «мини» до «макси».

На видео принцип работы установки гнб на примере модели УБН-20:

Характеристики установок и виды скважин

Профессиональные и самодельные МГБУ наделены разными техническими возможностями параметрами (скоростью и мощностью бурения). Они заточены на изготовление скважин определенной глубины с заданными. Большинство бурильных установок для скважин обладают следующими особенностями:

• В производстве бурильного оборудования используются прочные сплавы и легированные стали, хорошо противостоящие износу в процессе эксплуатации.

Бурение скважины на даче Источник bani-nsk.ru
Смотрите также: Каталог компаний, что специализируются на инженерных системах (отоплении, водоснабжении, канализации и прочих) и сопутствующих работах

• Наиболее компактным и удобным является гидравлическое оборудование для бурения скважин. Необходимое для вращения бура давление обеспечивается дизельным двигателем и соединенным с ним маслонасосом.
• Существует несколько способов бурения, которые реализуются и в профессиональных, и в самодельных механизмах. Доступны следующие методы: шнековый, пневмоударный, с промывом породы, роторный, колонковый.
• Гидравлическое оборудование способно разрушать самые твердые породы и скалистые грунты. Бурение может быть как вертикальным, так и наклонным.
• Использование большинства механизмов сезонное: для работы выбирают теплое время года.
• Скважины организуются двумя способами: вращательным или ударным. Первый метод позволяет быстро удалять землю из рабочей зоны, второй применяется все реже, поскольку требует чрезмерных трудозатрат при невысокой скорости работ.
• Основным минусом МГБУ является вибрация в процессе бурения. Она заставляет снижать скорость работ и увеличивает износ нагруженных узлов техники.

Использование малогабаритной переносной техники Источник bur56.ru
Малогабаритные установки для бурения скважин под воду рассчитаны на выполнение двух видов скважин:

• Выработка в песок (песчаная скважина). Наиболее быстрый и дешевый способ достичь водоносного слоя. Используется, когда вода находится на минимальных глубинах (иногда 5-10 м). Такая скважина рассчитана лишь на 10-20 лет эксплуатации, зато ее можно пробить при помощи ручной установки.
• Выработка в известняк (артезианская скважина). Глубина иногда доходит до 250-300 м; могут потребоваться не только геологические изыскания, но и разрешение (лицензирование) от инстанций. Работы обойдутся в существенную сумму из-за трудоемкости, но зато вы сможете использовать чистую артезианскую воду более 50 лет.

У различных моделей МГБУ существует свой предел заглубления в грунт. В среднем он не превышает 100 м, и для выполнения сверхглубокой выработки понадобится более мощная установка для бурения скважин. Самодельные механизмы ограничиваются глубиной 30-40 м (от 40 м скважины классифицируются как глубокие).

Использование разных видов водоносных горизонтов Источник dearhouse.ru

Следует знать, что один и тот же механизм обеспечивает разную глубину выработки в зависимости от выбранной технологии. Например, если глубина бурения с промывкой составляет 200 м, с продувкой – 150 м, со шнеком – 30 м.

Станки типа СБУ

На горных предприятиях, где требуется после взрыва получать более равномерный по фракционному составу материал и без переизмельчения, например на щебеночных карьерах, применяют частую сетку взрывания при меньших диаметрах скважин – от 105 до 160 мм. Наиболее продуктивно на крепких породах, например на гранитах, бурение такого диаметра производят станками типа СБУ. Эти станки широко востребованы и при обуривании труднодоступных участков, при работе в сложных горногеологических условиях, на стесненных рабочих площадках.

Физика процесса ударно-вращательного бурения схожа с шарошечным бурением. Отличие – в способе создания усилия на рабочем инструменте. Долото для СБУ снабжено твердосплавными зубками с рабочей поверхностью сферической формы, которые внедряются в породу при ударном воздействии, передаваемом на долото погружным пневмоударником или гидроударником через буровой став. При этом вращатель бурового станка непрерывно поворачивает буровой став, обеспечивая тем самым рассредоточенное внедрение зубков по всей поверхности забоя скважины. При внедрении зубков в разрушаемом породном слое возникают максимальные напряжения сдвига, вокруг зубков происходит скол чешуек, которые удаляют из скважины сжатым воздухом.

Корпус долот для ударно-вращательного бурения состоит из головки и хвостовика, выполняемых сплошными. По форме головок они могут быть лезвийными или штыревыми (со сплошной забойной поверхностью, покрытой зубками). Различаются и способы продувки – центральная, внецентренная и внешняя. Долота могут быть многолезвийные, их стойкость выше, чем однолезвийных долот. Лезвийное долото К-105К имеет выемку в центральной части. При бурении в центре образуется керн, который затем разрушается штырем, расположенным между четырьмя лезвиями. Энергоемкость бурения при этом снижается, а скорость бурения возрастает.

Многие годы на карьерах успешно эксплуатируются станки модели СБУ-100Г-35 Кыштымского машзавода. Эта модель оснащена гусеничным ходом и состоит из следующих узлов: рабочий орган, шарнирно закрепленный в передней части станка, включающий в себя пневмоцилиндр подачи, оснащенный направляющими, по которым перемещается вращатель. Механизм подачи пневмопоршневой, включает неподвижный цилиндр и подвижной шток, связанный с плитой вращателя.

Вращатель состоит из асинхронного двигателя мощностью 4 кВт и планетарного двухступенчатого редуктора. Гусеничный ход представляет собой две тележки с индивидуальным приводом на каждую гусеницу. Привод хода – асинхронный двигатель и червячный редуктор с тормозным устройством. Источник питания станков – компрессорная станция и электрическая сеть 380 В. Модификации станка: СБУ-100Н-35 – на салазках, СБУ-100П-35 – на пассивном пневмоколесном ходу. На базе станка в свое время были созданы новые образцы – СБУ-100Г-50 и 2СБУ-100Н-32.

Более мощный СБУ-125А-32 включает уже цепную систему подачи, мачту (длина штанг более 4 м) и кассетирующее устройство для механизированной сборки-разборки бурового става. Вращатель состоит из двухскоростного электродвигателя и планетарного редуктора. Гусеничный ход с индивидуальным приводом на каждую гусеницу.

Погружные пневмоударники представляют собой цилиндр с поршнем-ударником, с бесклапанной системой. Двигаясь в цилиндре, поршень сам перекрывает окна циркуляции сжатого воздуха, совершая колебательные движения и нанося удары по хвостовику буровой коронки. На современных станках широко применяются гидроударники, которые устанавливают на самом станке совместно с гидровращателем, и удары на коронку при этом передаются через весь буровой став. Однако такая схема эффективна при небольших глубинах бурения, так как энергия удара теряется за время прохождения по буровому ставу.

Технологии бурения

Буровые установки промышленного изготовления рассчитаны на использование нескольких технологий. Скважину получают одним из следующих способов:

• Ударным. Механизм зафиксирован на несложном приспособлении, треугольной раме; сверху закреплен гибкий трос с долотом и желонкой.
• С использованием шнекового инструмента. Подходит для небольших (до 20 м) глубин, грунт вынимается с помощью шнека (стержня с винтовой поверхностью).
• Вращательным (роторным). Наиболее быстрый и доступный по стоимости метод, осуществляется производительными гидравлическими агрегатами.
• Гидробурение. Проводится с промывкой рабочей зоны.
• С использованием колонкового инструмента. Порода разрушается не по всему сечению забоя, а по кольцу. Используется при бурении крепких пород (например, гранита), из рабочей зоны извлекают не измельченную породу, а керны.

Измельченный грунт частично извлекается на поверхность Источник yandex.net

Станки с резцовым инструментом

Скорость бурения, а соответственно и производительность бурового станка зависят от свойств породы разрушаться под воздействием бурового инструмента, от вида бурения, конструкции бурового инструмента. На относительно некрепких породах успешно применяют станки с резцовым буровым инструментом. Стружка отделяется при значительном осевом усилии резцами, установленными на буровой коронке. При вращении штанги посредством винтовой навивки шнека порода удаляется из скважины. При использовании гладкой штанги мелочь удаляется сжатым воздухом.

На карьерах СНГ традиционно широко распространены станки СБР-160А-24 производства ОАО «Карпинский машиностроительный завод» и более ранние СВБ-2М. Это машины на гусеничном ходу с электроприводом. На гусеничную тележку опирается сварная рама, на раме расположены маслостанция, шкафы управления, мачта с направляющими для перемещения бурового става и вращателя, кассеты для хранения шнеков, механизмы свинчивания-развинчивания, подачи бурового става. Также на станке установлены гидроцилиндры выравнивания станка и подъема мачты, компрессорная станция, смонтированы гидро- и пневмосистемы, электрическая часть. По сравнению с устаревшими станками СВБ-2М у станка СБР-160А-24 увеличена высота мачты, механизированы трудоемкие операции по сборке-разборке бурового става, увеличена мощность приводов основных механизмов, гидропривод поднятия-опускания мачты, более просторное машинное отделение, обогреваемая кабина и др. На базе СБР-160А-24 создан СБР-160Б-32 с увеличенной глубиной бурения. Кыштымский машзавод предлагает более мощный и универсальный станок СБР-200-32, который может бурить также шарошечными долотами (диаметр 160 мм), для чего необходимо использовать прицепной компрессор.

Резцовые коронки бурового инструмента различаются числом перьев (лезвий), способом их крепления, формой режущей кромки, расположением резцов на коронке. Коронки могут быть с перьями как сплошной формы, так и со съемными резцами. Обычно коронки со сплошным исполнением режущей кромки применяют на породах крепостью до f=4 по шкале Протодьяконова. Резцовые коронки ступенчатой формы, оборудованные резцами, предназначены для бурения пород крепостью f<6 и содержанием крепких аброзивных прослоек крепостью f=6…8. В каждое перо (всего два пера) закрепляется по два резца, в центральной части на резьбовом соединении крепится двухперьевой зазубреник. Трехперьевое долото уже включает по три резца разной конфигурации на каждое лезвие и применяется для бурения малоабразивных пород крепостью f≤8. Четырехперьевые долота и долота с круговым расположением резцов имеют большой коэффициент перекрытия скважины и рекомендуются к использованию с продувкой скважины сжатым воздухом. Такой инструмент применяется при бурении трещиноватых малообразивных пород крепостью f≤8.

Чтобы достичь оптимальных параметров бурения, отдельно подбирают вид коронки, регулируют частоту вращения (если позволяет конструкция привода вращателя) и усилие подачи. Существует целое семейство серийно выпускаемых буровых коронок для использования на буровых станках типа СБР.

Бурение пород крепостью f>6…8 станками вращательного бурения с резцовыми коронками малоэффективно: значительно повышается износ резцов, имеет место сильная вибрация става, скорость бурения низкая. По крепким породам более эффективным является шарошечное бурение. Трехшарошечное долото под большим осевым усилием (до 30 тс при диаметре бурения 250 мм) подается на забой. На шарошках установлены твердосплавные зубки различной формы (сферической или баллистической, т. е. клиновидной). Шарошки обкатываются по поверхности забоя (частота вращения долота 2,5…0,8 с–1), и зубки под большим усилием внедряются в породу, создавая максимальные напряжения сдвига в разрушаемом слое. От породного массива отделяются чешуйки, которые выносятся из скважины сжатым воздухом. Шарошечное бурение наи­более эффективно при больших диаметрах скважин.

Видео описание

О бурении артезианской скважины в следующем видео:

Бурение с промывкой (гидробурение)

Бурение с промывкой скважины считается наиболее производительным и качественным способом; его применяют на глубинах 35-40 и более метров, а скорость проходки может достигать 12 метров в час. Промывка выполняется одним из двух вариантов:

• Прямой метод. С помощью помпы в рабочую зону подается техническая вода, которая вытесняет разрушенную горную породу на поверхность. Присутствие воды значительно снижает трение земли об бур.
• Обратный. Вода подается в скважину одним насосом, а затем откачивается другим насосом вместе с вымытым грунтом. Способ сохраняет фильтрационные свойства прилегающих к зоне бурения пород, обеспечивает оптимальные режимы бурения и увеличивает срок эксплуатации скважины.

Гидробурение наиболее технологично; оно осуществляется с помощью дополнительного оборудования, что определяет высокую себестоимость работ.

Для реализации технологии гидробурения нужен насос (или два) Источник topas-lobnya.ru

Коротко о главном

Малогабаритные буровые установки промышленного и самодельного изготовления нашли широкое применение на частных участках. Они достаточно производительны, чтобы обустраивать водоносные скважины на малых и средних глубинах, от 30 до 100 м.

МГБУ отличаются типом установки (самоходные, на прицепе, разборные), рабочими характеристиками и глубиной бурения. Им доступны разные методы обустройства скважин под воду: пневмоударный, шнековый, вращательный, с промывом породы, колонковый. На производительность работ влияет вид буровой конструкции и метод обустройства, который выбирается с учетом геологии участка.

Колтюбинговое шасси Terberg для российских нефтяников

Голландская фирма ASEP, производитель нефтегазового оборудования, приобрела полноприводное шасси КамАЗ под монтаж своей установки. Для будущего монтажа выбрали небольшого автопроизводителя Terberg Benschop B.V. Так у голландской фирмы появилось в модельном ряду новое специализированное шасси Coil Truck 8х8, укомплектованное двигателем Volvo D13A мощностью 440 л.с., механической коробкой передач ZF 16S2225TO, раздаточной коробкой ZF-Steyr VG2700 и осями фирмы Axle Tech. Для привода колтюбинговой установки используется дополнительный двигатель Volvo PTO.

На этом специальном транспортном средстве между второй и третьей осями шасси располагается длинный монтажный участок, который может приподниматься или опускаться на 400 мм, для чего конструкторы Terberg разместили двигатель и раздаточную коробку над третьим мостом шасси.

Колтюбинговое оборудование фирмы ASEP предназначено для ремонта и очистки сверлением нефтяной скважины максимальной глубиной до 10 км. Для этого в установке предусмотрено использование гибкого трубопровода диаметром 1,25 или 2,38 дюйма, который наматывается на барабан.

Автомобиль Coil Truck может работать в очень жестких дорожных и климатических условиях – при температуре от –40 до +50 °С. Для этого по заказу российских нефтяников транспортное средство сделано в арктическом исполнении.