-200x200.jpg "Очистка воды из скважины: как очистить, схемы, оборудование водоподготовки для частного дома")
Технология колонкового бурения скважин – самая популярная в геологической разведке и при добыче водного ресурса. Она имеет массу преимуществ, оптимально подходит для развертывания установки на сложнодоступных участках. Метод признается одним из самых экономичных и продуктивных по объему гидродобычи на единицу времени. Из-за особенного способа проведения работ образуется горная выработка с жесткими краями. Они выдерживают очень высокую нагрузку, а само отверстие может углубляться на расстояние до километра. Поэтому технологию применяют как в производственных целях, крупных масштабах, так и при частном решении задач, например, для создания индивидуальной точки водозабора.
Колонковое бурение скважин: что это такое
Это процедура, при которой буровая установка осуществляет вращательные движения с целью разрушить горные породы. При этом разрушение происходит не по всей площади, а по кругу, оставляя в центре керн, то есть нетронутый участок цилиндрической формы. Буровой насос нагнетает мощный поток воды, которым производится вымывание разрушаемой породы. Установки включают множество механизмов, в том числе для спуска и подъема инструмента, его вращения. В зависимости от типа горных пород (прочности и других механических характеристик) выбирается оснастка. В роли режущих кромок выступают долота (коронки). Они бывают разных форм.
Технология настолько успешна, что она нашла множество сфер применения. От гидродобычи до разведки полезных ископаемых.
Характеристика и краткое описание колонкового бурения скважин
Керном называется столбик из искомого материала (горная порода, например) цилиндрической формы. Он с использованием шнекового подъемника поднимается из глубин на поверхность, когда цель всего процесса – разведывание грунтовых слоев. Такая процедура делает возможным подробное составление геологического разреза.
Используемое оборудование позволяет углубляться внутрь на расстояние до 1000 м. Оно оснащено инструментами, способными пробить любую породу. Вторая задача техники – регулярная поставка керновых проб наверх.
Метод настолько эффективен, что его использовали в Заполярье при освоении Кольской сверхглубокого колодца (12 262 м в глубину) для решения научных задач. Она была занесена в книгу рекордов Гиннеса как самая глубокая.
Не менее распространена технология при открытии водных горизонтов на глубине. Добыча воды кристальной чистоты – одна из приоритетных задач.
Сферы использования колонкового способа бурения скважин
В первую очередь метод был создан для исследовательско-научных целей. В рамках геологической разведки можно с высокой точностью определить, на каком расстоянии от поверхности располагаются те или иные грунтовые слои (их кровля и подошва, т.е.верхняя и нижняя границы). Не только твердые породы, но и зеркало подземных вод определяется по такой технологии.
Отрасли, где находит применение методика:
- Гидродобыча. Это как частное водоснабжение, так и крупная водоподготовка, в промышленных масштабах. Такой водозабор очень эффективен, поскольку бурение происходит на большую глубину. Это позволяет снабдить чистым, питьевым водным ресурсом целый квартал, небольшой дачный поселок. При этом снаряд очень хорошо поднимает вверх любой тип почвы, кроме водонасыщенных рыхлых материалов. Но справиться с ними (это песок, глина, некоторые другие примеси) легко можно с помощью установки фильтра грубой очистки. Фильтрующее оборудование промышленного или частного масштаба выгодно заказать в нашей компании «Вода Отечества».
- Геологическая разведка. Она в основном применяется в горнодобывающей промышленности. В чем особенность метода? Дело в особом вращательном инструменте, который фактически напоминает трубку. С его помощью прорезывается цилиндр, а внутри керн остается целостным. Так можно исследовать не только химические характеристики почвы, но и механические, физические качества грунтовых слоев. То есть структура в ходе добычи материала не нарушается.
- Подготовка к строительству. В ходе инженерных изысканий производится георазведка на строительном участке. Колонковый метод бурения позволяет определить сразу несколько показателей – уровень грунтовых вод, пробы почвы и некоторые другие факторы. Конечно, в таком случае глубина погружения инструментов не очень большая.
- Исследовательская деятельность. Отличным примером здесь является Кольская сверхглубокая скважина, целью которой было определение структуры земной коры, а также оболочки ядра Земли. То есть предприятие имело исключительно научные задачи.
- Строительство. Поскольку отверстия получаются ровные, цилиндрические, то в подготовленные ямки очень удобно устанавливать сваи для фундамента, можно произвести монтаж железобетонного основания. Кроме того, достаточно острые и крепкие инструменты позволяют пробурить насквозь даже бетонные блоки или кирпичную кладку.
Бурение с помощью колонковой трубы позволяет достать образец грунта в целостной форме, а также определить точную глубину пролегания пород. Таким образом, технология применяется в большом количестве сфер. В частном использовании основная задача процесса – гидродобыча, создание индивидуальной точки забора и водоподготовки на участке.
Суть технологии
Колонковое бурение предназначено для горной выработки. В зависимости от того, с каким природным материалом приходится работать, есть две применяемые методики:
- С подачей жидкости. Буровой раствор обязательно подают в зону резания при работе со скальными, твердыми пластами. Если воды не будет, то процесс сильно замедлится, а само режущее оборудование в скором времени выйдет из строя, затупится. Промывка не только ускоряет процедуру, но и позволяет очень эффективно освободить рабочую зону от остатков горной породы. Особенно это важно, когда планируется сделать очень глубокую скважину. Также технология применяется, когда на участке очень рыхлые почвы, а взятие керна (целостного пласта) не является приоритетным. В таком случае забой омывается водой, а ствол выработки очищается от частичек грунта.
- На сухую. Способ можно назвать более дорогостоящим, однако, он предпочтительнее, когда выработка производится на несвязных (рассыпчатых) грунтах, а также в том случае, если они пропитаны достаточно большим количеством влаги. В том числе, это супесь, глина, суглинок различной пластичности.
Принцип алмазного колонкового бурения
Один из основополагающих элементов установки – труба. Она будет того диаметра, в зависимости от необходимого размера кернового стержня. На ее окончании располагается коронка – это режущий инструмент. Деталь на подошве необходима для разрешения грунта. Резец является сменным, он прикручивается на время, за одну крупную выработку придется поменять ее несколько раз. Замена осуществляется очень простым способом – на винтовую резьбу.
Если предстоит разрезать скалистые или иные твердые породы, то предпочтительно использование алмазной коронки.
Именно оснастка с напылением из алмазов используется при водозаборе на больших глубинах. Поскольку для того, чтобы добраться до кристально чистого водного ресурса, понадобится прорубить достаточно глубокий тоннель через известняк и другие слои. Ведь влага конденсируется очень глубоко, в разломах коренных пород.
В ходе работы коронка вращается очень быстро – количество оборотов регулируется пультом, режим выбирают в зависимости от того, насколько прочный предстоит прорезать грунт. Если вращения будут чрезмерно стремительными, при соприкосновении с очень твердыми материалами резец может затупиться или вовсе сломаться. Центральная часть цилиндра попадает внутрь трубы. Чтобы извлечь собранный там керн, производится разборка колонны с извлечением штанги. Затем используется мощная струя воздуха (вывод можно ускорить, если параллельно простукивать участок кувалдой). После этого очищенный инструмент снова погружают в выполненное отверстие.
Такие буры признаны наиболее эффективными, их производительность значительно выше, чем у матричных и шарошечных долот. Это объясняется высокой скоростью вращения инструмента – сил затрачивается намного меньше, как и времени. И еще одно немаловажное преимущество – нет необходимости промывать и прочищать затем забой от разрушенных пород, поскольку они очень удобно вынимаются в виде керна.
Станки и установки колонкового бурения
Видов аппаратов несколько, все они зависят от диаметра и глубины желаемого отверстия, а также от назначения скважины и типа грунта, где проводятся геологические работы. Технологически устройства не отличаются друг от друга, однако, сильно могут варьироваться размеры.
Например, для разведывательных целей обычно применяются достаточно компактные установки, которые монтируются на разном транспорте – тракторах, грузовиках. Некоторые гусеничные виды тягачей предполагают возможность выработки на участках без автомобильной дороги – подъехать к ним можно только на таких машинах. В России наиболее часто аппаратуру ставят на КАМАЗ, МАЗ, Урал. Иногда и на более легкий автотранспорт, в тех случаях, когда предстоит несложная работа, например, на строительной площадке.
Когда нужны небольшие лунки, а это иногда требуется при ландшафтном дизайне (установить лавочку), частном строительстве, при монтаже ЛЭП-опор, тогда применяются ручные буры, которые работают по тому же принципу, но менее автоматизированы. Например, остатки грунта нужно доставать вручную. Длина и диаметр получаемых отверстий, конечно, ограничены.
Этапы процесса
Бурильная деятельность производится в несколько шагов:
- Подготовка: выбор участка, его освобождение от мусора, а также от кустарников. В отдалении создается яма для сбора грунтовых вод.
- Сборка и установка оборудования, его закрепляют в подготовленной лунке. Коронка заранее накручена на трубу.
- Включается станок, он запускает вращательное движение.
- Когда полость заполняется керном, инструмент поднимают, осторожно выбивают грунт.
- Если заглубление большое, то применяют специальные подъемники, которые выкачивают породу вместе с влагой (жидкость стекает в зону выработки и охлаждает резцы).
- Чтобы не происходило обвала скважины, устанавливают обсадные трубы.
Технологические особенности
Некоторые нюансы:
- Если порода мягкая, то вращение может быть медленным. Чем тверже, тем быстрее движение.
- Если диаметр отверстия не превышает одного метра, то есть возможность производить бурение под небольшим углом.
- Короткие трубы (до 60 см) можно использовать несколько раз, более крупный инструмент – одноразовый.
- Чтобы алмазная коронка не затупилась сразу, перед ее запуском в работу следует пробить дно скважины долотом, размягчить его.
- Важно правильно закрепить установку, она должна стоять на ровной горизонтальной поверхности.
Плюсы и минусы
Преимущества:
- Точное, направленное действие на конкретную область, очень ровный срез и получение прямого цилиндрического отверстия.
- Сохранение керна – образца грунта с изначальными свойствами и структурой.
- Максимальная производительность, небольшое количество прикладываемых усилий и относительно малые временные затраты.
- Ценность в исследовательском плане. Появляется возможность изучить строение геологических пластов, водных горизонтов.
- Преодоление даже самых прочных природных ископаемых – базальта и гранита.
- Возможность финансовой экономии, если правильно использовать высокую производительность и производить расчеты заранее.
- Мобильность установки.
Если говорить о недостатках, то стоит упомянуть возможную ошибку при бурении, когда специалисты нечаянно заливают водоносные горизонты технической жидкостью. Кроме того, при работах приходится часто менять резцы и даже сами трубы – они достаточно скоро изнашиваются, особенно если не предпринимать меры по их сохранности.
Оборудование для проходки скважин
Очень важно правильно подобрать все составляющие, в зависимости от предстоящих работ. Кроме того, в ходе процесса необходимо регулярно производить замену резцов, а также осуществлять осмотр и техническое обслуживание. Ниже перечислим элементы.
Набор инструментов
Вот что понадобится:
- Снаряды. Тонкостенные применяются для горизонтальных отверстий, а стандартные используются под любым углом. Часто они нужны при прокладке инженерных систем.
- Коронки. Это те самые резцы, которые предназначены для точечного разрушения пород. Они могут быть из латуни или из твердых сплавов, с алмазным напылением.
- Обсадные трубы. Они формируют цилиндрическую форму скважины.
- Штанги. Это как переходники или удлинители, нужны для работ на больших глубинах.
- Шнековые подъемники для транспортировки отработанного материала.
- Промывочные сальники и прочие комплектующие.
Особенности трубы
Конструкция специально предназначена для сохранения в целости керна, поэтому изнутри вся она без сильных выступов. При выборе учитывают не только диаметр, но и такой показатель, как коэффициент керноотбора.
Есть два вида инструмента:
- Одинарный. Подходит для бурения в простых условиях, в основном применяется для гидродобычи.
- Двойной. Конструктивно он отличается тем, что внутренняя труба не вращается, что позволяет сохранить пробу почвы в нетронутом виде. Эта технология применяется в геологической разведке.
Особенности коронки
Кольцо с резьбой (цельнолитой или приваренной) прикручивается к подошве трубы. Они отличаются по материалу изготовления (алмазные, твердосплавные, вольфрам-кобальтовые и пр.), а также по своему строению (мелкорезцовые, ребристые, с восьмигранными или квадратным сечениями и т. д.). Их также различает диаметр и количество ребер.
Обсадные трубы
Они нужны, чтобы края колодца не осыпались. Могут быть стальными, но при водоподготовке сейчас намного чаще используют легкие пластиковые. Кроме того, они могут быть снабжены фильтрующими устройствами, пескоуловителями.
Функции бурильной колонны
По сути, это вал, не цельный, а ступенчатый, имеющий способность удлиняться. Его основная задача – это соединение режущего инструмента (вращающихся коронок) с наземной установкой.
Выводы
Подводя итоги, следует отметить высокую производительность метода, его повсеместное использование, а также достаточно большие перспективы. В качестве завершения темы посмотрим видео про колонковое бурение скважин:
