В качестве автономного источника воды скважины занимают первое место по популярности. И роторное бурение скважин на воду, обходит все остальные способы, благодаря заметным преимуществам по сравнению со шнековым или колонковым бурением. Подробнее об определении, технологии, положительных и отрицательных сторонах вращательного бурения скважин читайте далее.
Определение роторного бурения
Роторное бурение скважин – это способ вращательного бурения с помощью инструмента, чей мощности хватает на разрушение породы.
Это устройство движется благодаря электродвигателю или в некоторых случаях под воздействием аппаратуры, оборудованной турбинным двигателем.
Изначально роторное бурение широко применялось только для создания нефтяных скважин: как разведочных, так и действующих, но в последние несколько десятилетий набирает все большую популярность для создания частных скважин на воду.
Вращательный способ бурения лучше своих альтернатив тем, что при шнековом или колонковом методе невозможно пробиться через твердые скальные и известняковые слои, за которыми может находиться водоносный пласт.
Плюсы и минусы роторного бурения
К плюсам роторного способа бурения относятся:
- Высокая мобильность благодаря компактному размеру роторной буровой установки.
- Широкий спектр использования: подходит к практически любому виду грунта, достаточно просто сменить долото.
- В сравнении с ударным методом высокая скорость бурения.
- Диаметр пробуренной скважины может быть до 70 см.
- Низкие затраты электроэнергии.
- Возможность пробуривания глубоких шахт (до 300 м).
В качестве минусов отмечается следующее:
- Вести работы зимой не представляется возможным из-за промерзшего грунта.
- Зависимость конструкции от ротора.
- Затрудненность бурения пластов, заполненных глиняным раствором.
Лучше всего проводить роторное бурение, когда:
- Подземные воды обладают сильным напором.
- Есть точные данные о местоположении водного пласта.
- Грунт изобилует скальными и известняковыми породами.
- Проведено гидрогеологическое исследование почвы.
- Нет недостатка в промывочном растворе.
Читайте также:
- Как сделать фильтр для воды своими руками?
- Как соорудить бур для скважины своими руками?
- Всё про колонковое бурение.
- Как проводится тампонирование скважин?
- Погружной насос «Малыш» — обзор всех моделей.
- Конструкция скважины — схема устройства и основные элементы.
- Как сделать фильтр для воды своими руками?
Комплектующие роторной установки
Роторная буровая установка состоит из:
- насоса для подачи в шахту раствора, облегчающего процесс выемки грунта;
- лебедки для подъема буровой колонны;
- грязевые насосы для изъятия размытой почвы;
- редукторного двигателя на электричестве или дизельном топливе;
- буровой колонны с коронками или сверлами на конце – зависит от типа грунта;
- узла для подачи раствора (вертлюги) с прикрепленными штангами и редуктором;
- платформы, к которой все крепится.
Сам по себе буровой снаряд состоит из главной штанги, как правило, утяжеленной для подачи промывочного раствора, трубы из нескольких штанг, крепко сцепленных муфтами – итоговая конструкция может достигать 50 м, и долота, подходящего под тип почвы.
Принцип роторного бурения
Вертлюга вращается ротором и удерживает буровой снаряд. Ротор буровой установки в данном случае – определенный вращающийся механизм с закрепленным буром, главной штангой и колонной остальных.
Как к важным деталям конструкции, муфтам выставляется ряд требований:
- долговечность и стойкость к трению;
- способность выдержать давление под 100 атм;
- обеспечение высокой герметичности соединений;
- качественное исполнение – при разрыве колонны из-за некачественных муфт, извлечь трубы и долото из шахты практически невозможно без её разрушения;
- способность передавать вращение от верха бурового снаряда до долота.
Благодаря двум насосам, один из которых заливает раствор в шахту, а другой выкачивает грязь, лишний грунт вымывается на поверхность, поэтому подъем бура не требуется.
Что применяется в качестве промывочной жидкости
В качестве раствора можно использовать как воду, так и специальные составы, которые помогают буру легко пройти через известняковые слои. К ним относятся: полимерные, аэрированные растворы и нефтяные эмульсии.
Можно использовать техническую воду, технический крахмал для слоев из песка и глинистый раствор.
Рассмотрим их более подробно:
- Техническая вода используется в устойчивых грунтах с высоким уровнем статического зеркала воды (не меньше 3 м) и диаметром шахты до 20 см.
- Раствор с использованием технического крахмала изготовляется путем долгого (минимум час) перемешивания крахмала (40-50 г) с 1 кубометром воды. Лучше всего применять раствор для сыпучих и низконапорных слоев.
- Гидролизованный полиакрилонитрил тоже используется чаще всего в сыпучих слоях почвы и образует на стенах шахты водоотталкивающее покрытие.
- Глинистые растворы делаются из каолиновых смесей. По консистенции похожи на гель.
- Аэрированные растворы – это наполненная кислородом техническая вода. В некоторых случаях в зависимости от почвы вместо жидкости можно использовать глинистую смесь. Обогатить раствор воздухом можно либо с помощью реагентов, либо путем обогащения сжатым воздухом. Таким способом можно уменьшить загрязненность водного пласта.
Благодаря прохладной температуре поступающего раствора, роторная установка постоянно охлаждается и не происходит перегрева.
Фильтрация промывочной жидкости
После фильтрации от грунта и камней жидкость можно использовать снова и поэтому она постоянно проходит по кругу. В некоторых случаях вместо жидкости используется продувка воздухом или специальным газом.
Для фильтрации жидкости требуется определенное оборудование:
- Емкость для раствора. При небольших скважинах достаточно выкопать яму недалеко от места бурения и застелить в ней дно. В этом случае в качестве раствора подойдет обычная вода.
- Буровой насос достаточной емкости для перемещения жидкости.
- Система траншей, позволяющая раствору перемещаться от места выхода на поверхность к месту фильтрации.
- Сито или вибросито, чтобы удержать камни и разбитую породу.
- Емкость для отстаивания, в которой все лишнее будет выпадать осадком на дно. Для небольших скважин ее тоже можно выкопать в земле.
Технология проведения роторного бурения скважин
По мере откачивания грунта бур постепенно опускается вместе с буровой колонной. Со временем и достаточной глубиной шахты устройство наращивается трубами. Общую технологию роторного бурения скважин можно описать следующими шагами:
- Пробуриваются мягкие и рассыпчатые слои грунта.
- Буровая колонна поднимается.
- Устанавливается обсадка.
- Пустые места заполняются цементом и дается время до его полного застывания.
- Долото заменяется на меньшее размером, и бурение проводится дальше.
- Устанавливается труба с перфорацией на нижнем конце.
Разделяют два вида технологии бурения: с прямым потоком раствора и обратным. Каждый вид стоит рассмотреть подробнее:
Бурение с прямой промывкой
Прямая подача жидкости используется для рассыпчатых песчаных и гравийных слоев почвы, когда глубина скважины относительно невелика – до 30 м. При выборе этой технологии необязательно устанавливать обсадную трубу по мере продвижения бура, поскольку все давление происходит внутри буровой трубы благодаря насосу, пространство вне труб при этом заполняется раствором без давления и это не вредит стенкам шахты.
Тем не менее у этой технологии есть большой минус – при попадании глины в воду, выработка жидкости заметно уменьшится.
Бурение с обратной промывкой
При обратной подаче потока раствора шахта очищается от излишков грунта и грязи наиболее эффективно. В качестве раствора применяется обычная вода, поскольку в дополнительных веществах нет никакого прока.
Вода не подается с напором в шахту, а всасывается из нее, что ускоряет бурение и защищает от глинистых загрязнений
. Более подробно достоинства обратного потока можно описать следующим образом:
- Использование для работы простой воды обходится дешевле, чем закупка профессиональных растворов.
- Скорость бурения возрастает прямо пропорционально мощности насоса – может быть больше до 15 раз, если сравнивать с прямой подачей.
- Пласт с питьевой водой не загрязняется глиной и другими засоряющими частицами.
- Дополнительная подготовка к использованию шахте не требуется и можно сразу монтировать обсадную трубу.
К сожалению, технология обратной подачи невозможна без участия особенного оборудования, аренда которого обходится довольно дорого.
Поэтому скважины, пробуренные этим способом, лучше подходят для нескольких домов – для частного пользования одного хозяйства бюджетнее и выгоднее прямая подача.
При вращательном способе бурения важно помнить, что для легких и рассыпчатых пластов требуется высокая скорость вращения бура и большое количество промывочной жидкости, а твердые скальные пласты предполагают медленное пробуривание и уменьшенного количества раствора. Глинистым слоям необходима обильная промывка, иначе глина забьет собой русло воды.
Чтобы лучше понять технологию роторного бурения скважин, стоит посмотреть видео и подробнее ознакомиться с процессом создания шахты.
Выводы и расчеты по роторному бурению скважин
Бурение скважин роторным способом наиболее популярно для проведения работ в летнее время на грунтах, богатых известняком и горными породами. Это быстрый, легкий и эффективный способ, легко справляющийся с любыми плавунами и позволяющий построить артезианскую скважину на своем участке, которая будет радовать чистой водой долгие десятилетия.
Но за эффективность придется платить – аренда оборудования достаточно недешева, а без него использовать этот метод не представляется возможным.
Расчет стоимости затрат
Провести бурение роторным методом достаточно легко, однако всегда стоит помнить, что за работу приходится платить. В действительности этот способ бурения не самый дешевый.
При расчетах стоимости бурения скважины необходимо учитывать следующие компоненты и их стоимость:
- Стоимость полипропиленовой трубы, которая изготавливается из металла или пластика;
- Обустройство рабочей площадки необходимо для бурения на воду;
- Транспортировка буровой установки на объект. Стоимость может значительно варьироваться. Это полностью зависит от размера вращающейся системы. Часто для транспортировки достаточно полуприцепа.
- Стоимость самого бурения скважины не дёшево и измеряется обычно от тысячи рублей за метр.
- Стоимость фильтра. Стоит помнить, что нужно очистить воду не только от механических частиц, содержащиеся в воде, а также устранить и другие химические вещества. В зависимости от этого в разных скважинах используется определенное количество фильтров для определенных процедур.
Именно эти данные формируют окончательную оценку всех работ, выполненных при вращательном бурении. Понятно, что ничего особенного здесь нет. После проведения расчетов можно приступать к выполнению работ, связанных с бурением.
Для глубоких артезианских скважин. Чем глубже скважина, тем чище будет поступающая из нее вода. Но также этот метод можно использовать и при бурении твердых пород на пути к водоносному пласту, расположенному достаточно близко (около 30 м) от поверхности.
Конечно, но для этого потребуется специальное оборудование, которое сделать своими руками практически невозможно без больших затрат и опыта в проектировании и сборке. При наличии этого оборудования и минимальных буровых навыков роторное бурение скважины не доставит проблем.
Зависит от типа почвы и конкретной глубины. Но до 30 м хватит обычной или технической воды.
Долото. Оно постоянно бурит почву, а его лопасти рано или поздно затупляются.
