Оборудование для бурения скважин на воду: разновидности, преимущества, самодельные конструкции

Бурение ударным способом

Ударный метод бурения был единственным до 40-х годов минувшего века. Это устаревший трудоемкий способ с медленной проходкой, но с помощью этой технологии можно получить колодец с длительным эксплуатационным периодом — 50 лет и больше.

• забивной стакан;
• лебедка;
• ударная штанга;
• каркас конструкции.

Забивной стакан изготавливается из патрубка. Нижняя часть заканчивается крепким режущим краем, имеющим скос внутрь стакана — это увеличивает производительность станка. Лебедка приводит в движение рабочий элемент. Он захватывает грунт и доставляет некоторую его часть наружу. Чтобы скважина не имела искривлений, лучше использовать буровой стакан длиной около 2 м.

Ударная штанга совершает повторяющиеся удары по верхушке патрубка, за счет этого оборудование все глубже проходит в землю. На каркасе крепятся все вышеперечисленные детали, а также блок и трос для лебедки. Трос должен быть устойчивым к разрыву. Лучше предусмотреть запас, так как нагрузка на трос может резко увеличиваться.

В процессе пробивания колодца ударным способом нужно строго соблюдать вертикальность ствола: в искривленной скважине будет сложно монтировать обсадные трубы.

Оптимальное время для бурения

Решив вопрос о том, где лучше всего бурить водоносную скважину необходимо определиться, когда производить бурение. Специалисты считают, что каждое время года имеет свои плюсы и минусы для проведения буровых работ. В одном они сходятся единогласно: нельзя бурить скважину в весенний период.

Причин этому несколько:

• наличие паводка повышает уровень грунтовых вод;
• невозможно достоверно определить место и глубину залегания водоносного пласта;
• весенняя распутица затруднит проезд буровой техники.

В большинстве регионов России бурение скважин невозможно с марта по май, в северных районах с апреля и до середины июня. В засушливых регионах также не рекомендуется производить буровые работы весной даже при отсутствии паводка, в этом случае грунтовые воды всё равно нестабильны, их уровень заметно повышен.

Бурение скважины весной возможно в том случае, если разведочное бурение было проведено в летне-осенний период и точно известна глубина залегания водоносного слоя

Летне-осенний период

Лучшее время для устройства скважины – июль-сентябрь. В это время уровень верховодки находится на минимальной отметке, а значит, можно точно определить оптимальный горизонт для будущей скважины.

Также к преимуществам проведения буровых работ в летне-осенний период можно отнести:

• сухость и устойчивость грунта;
• возможность подъезда специальной техники;
• комфортную температуру для проведения буровых работ.

Многие владельцы участков предпочитают начинать работы по устройству скважин осенью после уборки урожая, чтобы спецтехника не повредила посадки, а при промывке скважины не произошло заливание культур загрязнениями.

Планируя устройство скважины на период август-начало сентября, учтите, что в это время компании, производящие бурение заняты, поэтому договариваться о дате необходимо заранее.

Бурение в зимний период

Зима – идеально время для бурения артезианских и песчаных скважин до грунтовых вод. В этом случае риск ошибки неправильного определения водоносного слоя сводится к минимуму, т.к. верховодка не мешает определению уровня грунтовой воды.

Современная техника легко справляется с промёрзшим грунтом, при этом по минимуму вредит рельефу вашего участка.

Промывку скважины делать нужно обязательно, выполняют ее не только ради откачки мутной воды. Обрушенный во время бурения грунт может забить насос и моментально вывести его из строя. Потому для прокачки выбирают недорогие вибрационные агрегаты типа Ручеек, с которыми не жаль будет сразу расстаться.

Немаловажный фактор: в зимний период количество клиентов у фирм-бурильщиков снижается, а значит и уменьшается стоимость буровых работ.

В зимний период спецтехника не портит ландшафт участка, не вредит газонам и зелёным насаждениям, грунт, оставшийся после бурения, даст усадку и работу по его уборке весной будут сведены к минимуму

Модели и характеристики

Малогабаритные буровые установки серии РБ-50/220. Эти устройства могут идти в комплекте со штангами 1, 1,5 и 1,8 метра. Диаметр их равен 48 мм, а основным материалом для производства служит сталь марки Ст40Х. Глубина бурения у таких установок находится в пределах от 50 до 70 метров при наличии электрического двигателя мощностью в 2,2 кВт. Специалисты рекомендуют дополнительно снабжать машину грязевым насосом. Основное предназначение агрегата — это работа с грунтом, который содержит твердые частицы размером до 20 мм.

Малогабаритные буровые установки на воду серии РБ-100/380. Данные агрегаты являются более мощными представителями того же класса. Для их питания необходим генератор на 380 В. Глубина скважины, которую способно пробурить оборудование — 100 метров. Мощность электрического двигателя в машинах равна 4,4 кВт. Еще одним необходимым условием для эксплуатации такой установки является наличие грязевого насоса с параметрами 900 л/мин.

Как сделать установку для роторного бурения

Буровая гидравлическая установка должна иметь станину, которая позволяет передвигать вверх/вниз мотор, к которому через вертлюг подсоединяют бур. Также через вертлюг внутрь колонны поддается вода.

Принципы построения бурилки

При изготовлении буровой установки своими руками, рекомендован такой порядок действий:

• Сначала должны быть вертлюг и штанги. Если вы не квалифицированный токарь или у вас нет такого на примете, то эти детали лучше купить. При их изготовлении требуется высокая точность, что можно достичь при высокой квалификации. Причем резьба на вертлюге и штангах должна быть одинаковой, или потребуется переходник. Резьба на штангах лучше — трапеция, так как потом конусную мало кто из токарей может сделать.
• Купить мотор-редуктор. Если питание будет от 220 в, то характеристики его такие: мощность 2,2 кВт, оборотов — 60-70 в минуту (лучшие : 3МП 31,5 или 3МП 40 или 3МП 50). Более мощные поставить можно только при условии наличия питания в 380 В, да и более мощные редко нужны.
• Покупаете лебедку, может быть ручной или электрической. Грузоподъемность желательно не менее 1 тонны (если есть возможность, лучше — больше).

• Когда все эти составляющие имеются на руках, можно варить каркас и делать бур. Ведь все это оборудование крепится на него, а виды крепления могут быть разными, угадать невозможно.

Рама мини-буровой установки состоит из трех частей:

• горизонтальной платформы;
• вертикальной рамы;
• подвижной рамы (каретка), на которой закреплен мотор.

Основа варится из толстостенной трубы — толщина стенки 4 мм, минимум — 3,5 мм. Лучше — из профилированной сечением 40*40 мм, 50*50 мм или около того, но подойдет и круглая. При изготовлении рамы малой буровой установки точность неважна

Важно соблюдать геометрию: вертикальность и горизонтальность, одинаковые углы наклона, если это необходимо. А размеры «подгоняются» по факту. Сначала варится нижняя рама, измеряется

Под имеющиеся размеры изготавливается вертикальная рама, а по ее размерам — каретка

Сначала варится нижняя рама, измеряется. Под имеющиеся размеры изготавливается вертикальная рама, а по ее размерам — каретка.

Простой форты бур можно сделать самостоятельно — их варят из обычной стали (чертеж на фото ниже). Если брать высоколегированную сталь, ее сложно приварить к штангам. Для сложных и каменистых грунтов лучше купить бур в специализированной кампании — они имеют сложную форму, есть много разных видов.

Чертеж бура на 159 мм

Чтобы работать было проще, подключают два пульта с возможностью реверсного хода. Один ставят на мотор, второй на лебедку. Вот, собственно, и все.

В конструкции буровой установки роторного или шнекового бурения главное — вертлюг, но его изготовить без опыта нереально. Для тех, кто хочет сделать его самостоятельно, выложим фото и его чертеж.

Устройство вертлюга для бутовой установки

Чертеж вертлюга для малогабаритной буровой установки

Виды бурения

Метод ударного бурения

Ударное бурение — это трудозатратный способ разработки скважины, к которому существуют особые требования:

• высокопрочный гибкий кабель для извлечения большого количества почвы;
• безопасность установки и деятельности;
• высокая производительность.

К основным преимуществам такого бурения относятся:

• длительная эксплуатация колодца;
• возможность расположения гидротехнических сооружений большого диаметра;
• предотвращение засорения воды сторонними добавками при разработке скважины;
• способность контролировать уровень водоносного горизонта;
• высокая эффективность работы в зимний период.

Недостатки также существуют:

• снижена скорость преодоления горных пород, если глубина строения значительна;
• необходимое расположение кожуха;
• возможность обрушения отдельных слоев грунта во время прохождения песка.

Бурение шнековым методом

Эффективный и безопасный способ разработки мелководной скважины на подвижных и легких почвах с высоким процентом песка в составе. Создание рабочего канала для гидротехнического сооружения осуществляется винтовой штангой, оснащенной концевой фрезой и лопастными элементами, которые предназначены для подъема грунта на поверхность.

Сверлильный станок для сверления винтовым методом может быть компактным или большим, требующим предварительной установки на специальное оборудование.

Преимущества данного метода:

• высокоскоростные работы по бурению;
• легкий агрегат и нессложная установка оборудования на месте;
• отсутствие привлечения профессионалов и дорогостоящего оборудования для подъема грунта на поверхность;
• возможность работы на небольших площадях.

Для разработки скважины используется гидравлический роторный агрегат — буровая установка, оснащенная вращающимся долотом и поворотным механизмом. Ротационное бурение обеспечивает эффективное освоение канала скважины, быстрое достижение глубоких водоносных горизонтов скважины.

На участках с рыхлыми и подвижными грунтами, в которых присутствует еще песок и глина, скважина оборудована ложечным сверлом – цилиндрической установкой со спиральными отверстиями. Для плотных суглинистых грунтов применяют спиральные сверла, работающие по принципу штопора. Для скалистых и плотных грунтов — долото заостренной конструкции.

Бурение с промывкой скважины

Наиболее эффективный и действенный способ создания скважины глубиной не менее 35 метров — это использование мини-установки для бурения скважин на воду, которая способна обеспечить скорость проходки до 12 м/ч, что значительно выше других методов.

Вопрос бурения включает в себя обязательную промывку скважины двумя способами (прямой и обратный).

• Прямой метод предполагает подачу раствора для выщелачивания и выброса грунта на поверхность.
• Обратная промывка предполагает подачу раствора в скважину и последующую откачку грунтовой массы с помощью насоса.
• В качестве канала передачи моющего раствора берутся трубы или шланги для бурения.

Буровой раствор выполняет следующие функции:

• Охлаждение, смазка рабочих элементов буровой установки;
• выщелачивание грунта из скважины;
• укрепление корпуса.

Для подачи моющего раствора в канал используются мотопомпы и другое буровое насосное оборудование.

Бурение с промывкой

Один из самых распространённых способов бурения – это бурение с промывкой

Для того чтобы аккуратно проникнуть в твёрдые подземные породы важно грамотно подобрать оборудование для бурения на воду. Бурение пластов при этом всегда происходит с добавлением бентонитового промывочного раствора для выноса отработанной породы и охлаждения бура

Смесь должна быть определённой плотности, чтобы сдерживать давление грунта и частично укрепить и стабилизировать стенки скважины. Раствор заливают в приямок рядом с будущей скважиной и преступают к работе.

Из котлована с помощью насоса буровой установки на воду смесь поступает внутрь вращающихся штанг до наконечника, выходит через его отверстия и под большим давлением поднимается по стволу скважины, вымывая на поверхность частицы разрушенной породы. По канавке смесь возвращается в приямок, затем опять в штанги, так происходит её экономичная циркуляция и оседание шлама в земляную чашу. По мере прохождения подземных пластов, рабочие наращивают штанги. По характерному звуку, работающего оборудования, опытные мастера своего дела определяют породы, которые в данный момент проходит бур.

На глубине 30-50 м бур начинает входить в твёрдый окремнённый известняк, начинается следующий этап – обсадка труб и цементация. Обсадка подразумевает крепление труб к известняку, выполняется прижиганием (прикипанием к породе) или цементацией затрубного пространства.

Густую цементную смесь подают в трубы и под воздействием мощного водного потока выдавливают в затрубное пространство. Цемент равномерно распределяется по всей длине ствола, образуя цементную рубашку. После его затвердевания вскрывают известняк.

Вскрытие известняка

Первым ключевым моментом здесь является добыча керна – образец известняковой породы. Если он в трещинах и кавернах – значит, вода находится близко, если сплошной – надо бурить глубже. Вторым ключевым моментом является поглощение – вода для промывки и выноса породы соединяется с подземными водами и её уровень резко падает. Глубина, на которой это произошло, является статическим уровнем воды в скважине. Однако бурение на этой глубине не заканчивается, надо пройти ещё 10-15 м, вскрыть как можно больше водоносного горизонта (для стабильной подачи воды из скважины) и сделать карман для шлама.

Для продления срока эксплуатации скважины, а также для исключения ржавчины в питьевой воде, в стальную обсадную трубу помещают пластиковую и межтрубное пространство герметизируют.

Виды бурения малогабаритной установкой

Скважинное бурение малогабаритными установками можно проводить двумя способами: ударным и шнековым. Методы ударного бурения:

• канатный;
• штанговый;
• вращательный.

Бурение канатным методом проводится буровым наконечником, опускаемым и приводимым в движение специальным канатом, укрепленным на бурильной установке.

Лебедка, которая находится на установке, поднимает металлическую трубу с желонкой, отпускает, а сверху наносится удар забивной штангой по наковальне, расположенной в верхней части забивного стакана длиной не менее 2-х метров. После опускания на определенную глубину стакан вытаскивается и опорожняется.

При работе производится замена клапана с режущей кромкой, так как он подвержен износу. Если производится бурение в сыпучих породах, по мере заглубления обязательно должны быть использованы обсадные трубы с диаметром большим, чем у забивного стакана. Их опускают ниже уровня водоносного горизонта.

При работах на глинистых и суглинистых грунтах в забивных стаканах не используют клапан для удержания керна.

Штанговое бурение проводится буровым снарядом, опускаемым в скважину при помощи трубчатых штанг, для которых используются вертлюги усиленной конструкции.

При таком способе обеспечена максимальная вертикальность скважины.

При вращательном бурении задействованы два механизма работы – вращательный и пневмоударный. По коронковому хвостовику производятся удары пневматическим молотом, на который через буровые штанги производится подача сжатого воздуха.

Буровая штанга и пневматический молот приводятся в движение вращательным механизмом, состоящим из электродвигателя и редуктора.

Достоинства самодельных бурильных установок

Самодельные малогабаритные скважинные установки обладают следующими преимуществами:

Самодельная бурильная установка.

• небольшие размеры, что позволяет не испортить ландшафт приусадебного участка;
• длительный эксплуатационный период, возможный благодаря промывочной жидкости, из-за которой оборудование не перегревается;
• простота использования — с бурением можно справиться даже в одиночку;
• экономическая выгода — для бурения не нужно оплачивать работу специалистов, покупать дорогостоящее буровое оборудование.

Самодельная скважинная система выгодна, когда пользователь хочет не только проводить работы на своей территории, но и помогать другим людям.

Достоинства самодельных бурильных установок

Разборные МГБУ разработаны и выпускаются для самостоятельного обустройства водозаборов на земельных участках с ограниченными размерами, где затруднен подъезд самоходных установок.

Самодельные конструкции успешно применяют при разработке скважин.

К достоинствам оборудования относят:

• малые габариты и вес агрегатов;
• модульность исполнения — монтаж и демонтаж станка не вызывает затруднений;
• универсальность использования привода: ручное вращение бурильной трубы, подключение двигателя к электросети 220, 380 В, автономное питание от бензинового или дизельного мотора;
• надежность конструкции и доступная стоимость.

Небольшие станки используются для возведения водозаборов, при строительстве фундаментов, для оценки состояния подстилающих горных пород. Все работы по монтажу станка и его эксплуатации выполняются 2 бурильщиками.

Сборка малогабаритной буровой установки с ручным приводом

Устройство самодельной шнековой малогабаритной буровой установки.

Шнековый бур делают по следующей технологии:

1. На узкую трубу длиной 1,5 м приваривают витки листового металла наподобие винта. В нижней части устанавливают остро заточенные ножи под углом к горизонтальной плоскости.
2. На верхней части предусматривают крепление для наращивания штанг. Это отверстия под стопорный палец или резьба для муфты.
3. Готовят такие же трубы с соответствующим креплением — штанги.

Другой снаряд, часто применяемый в бурильных устройствах, сделанных своими руками, желонка.

Она изготавливается таким образом:

• отрезают 1-1,2 м толстостенной трубы диаметром 110-120 мм;
• в верхней части делают окошко для удаления почвы;
• снизу вставляют клапан, сверху приваривают сетку;
• закрепляют ушки для каната;
• затачивают нижнюю кромку.

Для изготовления буровых снарядов не берут закаленную сталь — ее необходимо дополнительно шлифовать. Легированная трудно варится, поэтому самая подходящая для самодельных буровых инструментов — простая сталь. Если скважина более 30 м, стенки труб должны быть толщиной 5-6 мм.

Особое внимание уделяют клапану. Для небольшой желонки используют подходящий шар, перемещение которого ограничивается верхней и нижней шайбами

Для снаряда побольше делают лепестковый клапан — круглую дверцу на пружине.

Легкую желонку утяжеляют — заливают верхнюю часть бетоном или прикрепляют груз.

Устройство желонки с шариковым клапаном.

Изготовление установки для бурения с электрическим приводом

Ручной труд по бурению скважины под воду облегчает электрический привод. Он вместе с лебедкой грузоподъемностью не менее 1 т поднимает желонку с грунтом и штангами. Если используется мокрая проходка, вращает бур.

Для роторного бурения каркас оборудуют вертикальной рельсовой колонной с 2 направляющими. На них размещают двигатель с редуктором.

Рекомендуется заранее решить, какой привод будет на оборудовании — ручной, электрический. Если выбор в пользу последнего, но сначала приобретают двигатель с редуктором и лебедку. Затем собирают вышку в соответствии с их параметрами — так легче сделать монтаж всех частей, подогнать по месту.

Для мокрого бурения используют вертлюг. Это важная деталь, которую лучше купить. Она в постоянном движении, поэтому некачественное исполнение приведет к быстрой поломке. Изготовление можно заказать только токарю высокой квалификации, который обеспечит надежность и герметичность конструкции. Используется высокопрочная сталь.

Необходимые инструменты для буровой установки

• невысокие требования к квалификации бурильщика и простота установки оборудования;
• отсутствие каких-то ограничений на место бурения. Вручную можно бурить почти в любом месте участка;
• сохранение большей части полезной площади земли в исходном состоянии. То есть тяжелая спецтехника не повредит насаждения на вашей территории.

Для работы будут необходимы:

• емкость с водой;
• бур с усиленной кромкой. Рекомендация: усилить бур можно с помощью приваривания на винт буровых резцов, их роль могут играть элементы металлической шинки или напильник. Помимо этого, резцы можно наточить, с помощью болгарки;
• лопата;
• насос со шлангом наподобие «малыш»;
• тележка для вывоза земли.

Для буровой установки также пригодятся:

• металлическая проволока для фильтра;
• гравий или щебенка для подушки;
• проволока для устройства фильтра на дне;
• трубы.

https://youtube.com/watch?v=Q5qvJhy8s3E

Методы бурения

Методы бурения классифицируют по двум параметрам.

В зависимости от применяемого механизма бурение может быть:

• Механическое;
• Ручное.

Варианты исполнения скважины

В зависимости от принципа работы буры:

• Ударно-вращательный метод;
• Ударный;
• Вращательный.

Рассмотрим, чем примечательная каждая технология бурения скважин на воду и как она выполняется.

Ручной способ

Ручное бурение скважины вполне подходит для самостоятельного выполнения процесса при наличии всех нужных инструментов. Такой колодец будет не более тридцати метров, почву пробивают до достижения слоя воды.

Для этого понадобятся обсадные трубы, штанги, лебедка и буровые головки разных параметров. При создании более глубокой скважины, нужна бурильная вышка для подъема и погружения бура.

Если штанги не нашлось, сделать ее можно, соединив трубы шпоном или резьбой. К концу нижней штанги крепят буровую головку. Процесс выглядит следующим образом:

Шнек-бур и станок для бурения скважин своими руками

1. Над местом предполагаемой скважины размещают вышку так, чтоб она была несколько выше длины штанги.
2. Лопатой выкапывают небольшое углубление для бура.
3. Вставить бур в углубление и вращать его. Возможно, понадобится помощь, потому что при углублении движение бура будет затрудняться.
4. Пробив полметра, остановитесь, выньте бур и прочистите его от налипшей земли.
5. Достигнув водяного слоя, откачайте три-четыре ведра грунтовой воды.

Последнее действие необходимо для устранения грязной воды и может быть выполнено погружным насосом.

Роторный способ

Это вращательный метод, который чаще всего используется при бурении глубокой скважины. Для этого понадобится специальная установка, оснащенная трубой. В этой трубе имеется вращающийся вал и долото. Воздействие на долото выполняется за счет гидравлической установки. Грунт из пробуренной скважины вымывают специальным раствором.

Таким образом, труба располагается над местом бурения и при вращении вала и долота пробивает почву. Жидкость может подаваться по стволу сверху вниз, тогда раствор, вымывая землю, выходит наружу через затрубное пространство. Такой способ называют прямой промывкой.

Может быть применена и обратная промывка, при которой раствор самотеком идет в затрубное пространство и после пробивания выкачивается погружным насосом.

Ударно-канатный способ

Метод основан на падении максимально тяжелого инструмента, обычно забивного стакана, с вышки в месте предполагаемой скважины. При  желании самостоятельно применить ударно-канатную технологию, потребуется:

• Прочный канат;
• Забойный стакан – обычно прочная металлическая труба, подвешенная на канате;
• Инструменты для уборки грунта.

Технология и последовательность действий:

Ударно-канатный способ — технология бурения

1. Изготавливают вышку в форме треноги из стальных труб или крепких бревен. Высота зависит от длины забойного стакана и должна превышать ее на 1,5 метра.
2. Забойный стакан изготавливают из стальной трубы, на конце которой находится режущее приспособление.
3. К верхней части стакана крепят трос.
4. Регулируя трос, стакан быстро отпускают на место пробоя.
5. Землю из стакана извлекают через каждые пробуренные полметра.

Для создания глубокого колодца привлекают установки типа УГБ-1ВС.

Шнековый способ

Бурение скважины шнеком

Метод взял свое название от основного применяемого инструмента – шнека или Архимедового винта. Он выглядит как буровая штанга, к которой приваривают лопасти спирально. Вращая такой шнек, земля выносится на поверхность и собирается.

Для более глубокого колодца понадобится аренда малогабаритной легкоперевозимой буровой установки, так как самостоятельно изготовленный шнек бурит не более чем на десять метров в глубину.

Стоит отметить, что шнековый способ подойдет только в том случае, если грунт богат песчаной породой. Кроме того, если шнек сталкивается на своем пути с камнем, придется искать другое место для пробивания грунта и остановить работу.

Колонковый способ

Колонковая технология все реже используется в наши дни для бурения скважин под воду. Чаще применяется для гидрогеологических исследований. Для этого используется оборудование типа ЗиФ-650, которое извлекает столб грунта, создавая так называемую колонку.

Схема колонкового долота для бурения скважины под воду

Разрушение грунта проводится кольцевым способом, затем он вымывается. Скорость такого обустройства достаточно высокая, кроме того, позволяет пробивать твердые породы, но требует больших затрат на аренду серьезного геологического оборудования.

Полезные рекомендации специалистов

Если глубина залегания воды превышает длину бура, то удлинить его можно методом стыковки сверху ещё одной трубы. Состыковать их можно резьбовой муфтой, либо сварочным соединением. При использовании труб небольшого диаметра допускается применить болты или шплинты. Однако, такое соединение не слишком надёжное, и при большом вращательном усилии болт может срезаться, и штанги рассоединятся. Достать оставшийся в скважине бур бывает весьма проблематично.

Прежде, чем приниматься за конструирование устройства, рекомендуется составить чертёж бура для скважины. Это даст возможность иметь перед собой наглядный образец того, что должно выйти в итоге. Попытки создать буровой механизм методом «научного тыка» для некоторых домашних мастеров более увлекателен, но отнимает чересчур много времени и сил.

Более лёгкий ручной вариант устройства скважины – при помощи долота-желонки. Подъём и сброс ударного инструмента требует меньшего приложения сил, нежели вращение заглублённого бура. Кроме того, ударным методом можно вести бурение даже одному человеку. Правда, такой способ весьма долог, и работы могут затянуться на несколько дней.

Если шнековый бур не удаётся самостоятельно поднять из скважины, можно облегчить задачу, соорудив приспособление для рычага. Например, поставив рядом бочку, и перекинуть через неё брусок. Один край бруска привязать к буру, а к другому краю приложить физическое усилие.