Технология бурения скважины под воду

Понятие о скважине

Скважиной называется горная выработка в земной коре, которая имеет малый диаметр по сравнению с ее длиной. Основание скважины (на поверхности) является устьем, дно скважины — забоем. Скважины делятся на две категории:

— разведочные (бурятся для подсчета запасов нефти на новом месторождении);

— эксплуатационные (для извлечения нефти из пласта).

Нефтяная скважина представляет собой капитальное сооружение, которое строится по заранее составленному тех. проекту. Основой проекта является конструкция скважины.

Под конструкцией скважины понимается то количество обсадных колонн, которые необходимо спускать в скважину для успешной проводки ее и последующей длительной эксплуатации. Понятие конструкции скважины также входят оптимальные высоты подъема цементного раствора в затрубном пространстве. Диаметр скважины должен быть минимальным, но вместе с тем достаточным для обеспечения спуска обсадных колонн на запроектированную глубину, а также для обеспечения надежной изоляции продуктивных пластов от водоносных горизонтов и от взаимного влияния пластов друг от друга. От выбранной конструкции скважины зависит скорость бурения, стоимость строительства скважины.

Конструкция скважины выбирается на основе факторов:

— геологических;

— технических и технологических;

— экономических.

Особенности ручного бурения

Способ ручного бурения требует больших затрат физической силы, но позволяет сэкономить на оборудовании. Применяется при монтаже скважин глубиной не более 25 метров и проводится до тех пор, пока бур не дойдёт до водоупорного слоя.

В случае с ручным бурением используют:

• комплект буровых головок (бур-долото, бур-ложка, змеевики, желонки);
• штанги;
• лебёдка или электрическая таль;
• обсадные трубы;
• для работы на большой глубине – бурильная вышка.

Процесс проходки ствола состоит из следующих этапов:

1. Выкапывается небольшая яма глубиной в 40-50 см, в которой разместится бур.
2. Затем один человек начинает вращение бура; когда он войдёт достаточно глубоко, вращать придётся вдвоём, потом – вчетвером.
3. Через каждые 50-70 см вхождения в землю, бур необходимо вытаскивать и прочищать, чтобы грязь не залепила всю головку.
4. Если грунт слишком жёсткий, получившееся отверстие нужно необходимо заливать водой.

В момент заполнения шахты водой изнутри, работа прекращается. Теперь остаётся только откачать грязную воду с примесями – примерно 5-7 литров. Для этого понадобится насос.

Ударный способ

Данным способом устанавливается самая простая скважина-игла – абиссинский колодец. Этим методом активно пользуются домашние умельцы, пробивая скважину на воду на даче. Конструкция «буровой установки» представляет собой ствол, состоящий из отрезков трубы, и наконечник, который разрезает пласты грунта. Молотом служит увесистая баба, которая поднимается и опускается с помощью веревок: при натяжении своеобразный молот поднимается на верх конструкции, при ослаблении падает на подбабок – устройство из хомутов, расположенных симметрично. После вхождения ствола в грунт он наращивается новым отрезком, подбабок прикрепляется уже к новой части, и забивание продолжается до тех пор, пока наконечник не войдет в водоносный слой на 2/3 пласта.

Ствол-труба служит отверстием для выхода воды на поверхность.

Достоинство данной скважины заключается в том, что пробурить ее можно в подвале или другом подходящем помещении. Это создает удобство при пользовании. Привлекает и цена, пробить скважину для воды таким способом стоит недорого.

Ударный способ бурения можно применять на любых типах почвы

Канатно-ударное бурение

Наиболее часто используемый способ. Данный метод предполагает разбивание грунта посредством опускания с двухметровой высоты тяжелого бурового инструмента. Конструкция, используемая при таком виде бурения, состоит из элементов:

• треноги, которую размещают над местом бурения;
• блока с лебедкой и тросом;
• забивного стакана, штанги;
• желонки (для прохождения по сыпучим слоям грунта).

Стакан представляет собой отрезок стальной трубы, скошенный вовнутрь, имеющий прочную нижнюю режущую кромку. Сверху забивного стакана идет наковальня. По ней производит удары штанга. Опускание и подъем забивного стакана осуществляют с помощью лебедки. Порода, которая попадает в стакан, удерживается в нем за счет силы трения. Для того чтобы проникнуть в грунт максимально глубоко, используют ударную штангу: ее бросают на наковальню. После заполнения стакана грунтом его поднимают наверх, после чего очищают.

Бурение скважины на сыпучих грунтах производится с использованием желонки. Последняя представляет собой стальную трубу, на нижнем конце которой установлен задерживающий капан. После попадания желонки в почву клапан открывается, вследствие чего грунт попадает внутрь трубы. При подъеме конструкции происходит закрывание клапана. После извлечения на поверхность желонка очищается, действия повторяются снова.

Канатно-ударное оборудование для бурения скважин

Эффективно применяется при самостоятельном бурении и описанный выше шнековый способ. Как пробурить скважину своими руками с помощью шнека, объяснять дополнительно не имеет смысла – основной принцип сохраняется.

Преимущества ручного бурения:

• экономичный способ в финансовом отношении;
• ремонт и профилактику ручного бура производить несложно;
• оборудование негромоздкое, поэтому нет необходимости задействовать тяжелую технику;
• способ применим в труднодоступных местах;
• эффективен, не требует большого количества времени.

Основными недостатками ручного бурения можно считать опускание на небольшую глубину (до 10 м), где в основном проходят пласты, вода которых требует очистки, и невозможность дробить твердые породы.

Ударно-канатная схема с желонкой и пробойным долотом

Как глубоко находится питьевая вода

Это главный вопрос, который ставит домовладелец при организации водоснабжения жилища. Точный ответ на него может дать лишь геологическая разведка дачного участка, проведенная в последние годы. Чтобы в этом убедиться, стоит изучить схему размещения водоносных слоев в толще земли.

Как видите, вода располагается на разных горизонтах, между которыми пролегают непроницаемые породы – плотный суглинок, известняк и глина. Для определения подходящего слоя предлагаем немного расшифровать представленную схему:

1. Ближе всего к поверхности залегают воды, попадающие в грунт благодаря осадкам – так называемая верховодка. В некоторых местах она начинается с глубины 0,4—0,8 м и продолжается вплоть до 20 м. Как правило, это грязная и плохо отфильтрованная вода, содержащая вредные примеси.
2. На глубинах до 30 м располагаются более чистые грунтовые воды, чей запас тоже подпитывается осадками. Большинство домашних колодцев вырывается именно до этого горизонта (его верхняя граница может находиться на расстоянии 5—8 м от поверхности). Перед употреблением в пищу эта вода подлежит обязательному фильтрованию.
3. Подземные водяные скопления, находящиеся в песчаной прослойке, прошли хорошую природную фильтрацию и годятся для питьевого водоснабжения. Если вы хотите сделать скважину своими руками, то потребуется достичь этого горизонта.
4. Наиболее чистая вода располагается в пустотах известняка на глубине 80—100 м, что недостижимо с помощью кустарных способов бурения. Поскольку артезианская вода находится под давлением, после пробивки скважины поток самостоятельно поднимается до уровня земли, а то и выплескивается наружу.

Расположение источника автономного водоснабжения

Когда мы разобрались, между какими пластами находится подходящий горизонт, нужно определить место для будущего источника водоснабжения. Мы не станем говорить о сомнительных вариантах наподобие биолокации рамкой либо рогаткой из лозы, а дадим ряд простых советов:

• узнайте все о соседских колодцах и скважинах: их глубину, качество воды и местонахождение;
• максимально отступите от очагов загрязнения – септиков, уличных туалетов и скотного двора;
• заметьте: скважины не бурят на возвышенности, для этого лучше выбрать низину.

В любом случае вам необходимо запастись терпением. Вполне вероятно, что с первого раза добыть питьевую воду не удастся и понадобится делать несколько попыток.

Предварительные работы

После того, как буровая машина установлена, прибывает спецкомиссия на проверку оборудования, техники и качества труда.

Когда бурильная установка готова, начинаются работы по приготовлению к бурению. Как только буровая машина установлена и возведение сооружений закончено, буровую проверяет спецкомиссия. Мастер бригады бурения, принимая комиссию, вместе с ней следит за качеством работ, проверяет технику и исполнение охраны труда.

Например, светильники по способу исполнения должны быть во взрывобезопасном кожухе, по шахте должно быть распределено аварийное освещение на 12 V. Все замечания производимые комиссией должны быть учтены до начала работ по бурению.

До того как начать буровые работы, техника оснащается соответствующим оборудованием: шурфом под квадрат, буровыми трубами, долотом, приспособлениями малой механизации, обсадными трубами под кондуктор, контрольно-измерительными приборами, водой и т. д.

На буровой должны быть домики для жилья, беседка, столовая, баня для сушки вещей, лаборатория для анализа растворов, инвентарь для тушения пожаров, вспомогательный и рабочий инструмент, плакаты по технике безопасности, аптечки и медикаменты, склад для бурильного оборудования, вода.

Схема установки вышки для бурения.

После того как вышка для бурения была установлена, начинается ряд работ по переоснастке талевой системы, в процессе чего осуществляется установка оборудования и апробирование средств малой механизации. Технология забуривания начинается с установки мачты. Ее направления должно быть установлено точно по центру оси вышки.

После центровки вышки производится бурение под направление. Это опускание трубы для упрочнения скважин и заливка ее верхнего конца, который должен по направлению совпадать с желобом, цементом. После того, как направление в процессе бурения скважин было установлено, еще раз проверяют центровку между осями ротора и вышки.

В центре скважины производят бурение под шурф для квадрата и в процессе обсаживают трубой. Бурение шурфа скважины исполняется турбобуром, который во избежание слишком быстрого вращения удерживается пеньковым канатом. Одним концом он крепится к ноге вышки, а второй удерживается в руках через блочок.

Приступаем к бурению

Если говорить о пошаговой инструкции для бурения скважины на воду своими руками от А до Я, то она выглядит так:

1. Роется приямок полтора метра длиной и столько же шириной. Глубина – от 100 до 200 см. это нужно, чтобы предотвратить обрушение верхних слоев почвы. Стенки обкладываются фанерными листами на манер опалубки. Дно застилают досками. Поверх приямка монтируется деревянный щит, по которому можно безопасно ходить, не боясь, что стенки приямка обвалятся.
2. В днище и покрытии проделываются технологические отверстия для производства работ. Сквозь них продевают буровую штангу, прикрепленную к буровой установке.
3. Бур приводится в действие специальным двигателем с редуктором или вручную. Если речь идет о проколе, на штырь устанавливается подбабник, по которому наносятся удары кувалдой.
4. Если технология предполагает параллельную установку обсадных труб, работы производят также через технологические отверстия в деревянных щитах.
5. Грунт, вынимаемый из скважины, выбирается вручную. Если это шлам, нужно установить грязевой насос, который будет его откачивать прямо из обсадной трубы.
6. После окончания бурения и установки обсады нужно смонтировать электрооборудование и запустить насос, который должен работать до тех пор, пока вода из скважины не станет абсолютно чистой.

После того, как все этапы будут завершены, вместо оградительного короба монтируется кессон. Устанавливается оголовок, насосное и фильтрационное оборудование, подключается трубопровод. Система тестируется. Комплектация зависит от типа скважины.

Абиссинская

Верхние водяные пласты пригодны для полива, но не используются для бытового применения. Всему виной загрязнения, которые проникают в почву с паводками. Такая скважина имеет глубину менее 10 метров. Вода должна проходить многоступенчатую систему фильтрации. Только в таком случае жидкость превращается из технической в питьевую.

В качестве насосного оборудования можно использовать ручной насос. Допускается применение любого типа электрооборудования (погружное, поверхностное). Насосная станция не должна иметь большую мощность, и это делает скважину самой недорогой. Желательно обустроить накопительный бак, в который закачивается суточных запас воды.

Скважина на песок

На глубине 10-40 метров встречаются пласты, в которых вода проходит естественную фильтрацию. Проходя сквозь песок она очищается от части примесей. В ней нет крупных включений, глины и ряда химических соединений. В бытовых целях и для орошения сельскохозяйственных культур такую воду использовать можно, но чтобы она стала пригодной для применения в пищу, требуется дополнительная фильтрация.

Оптимальным вариантом электрооборудования является помпа. Также применяются поверхностные насосные станции. Если глубина более 10 метров допускается использование эжектора, который увеличит производительность насоса, ускорив поток добываемой воды в трубопроводе.

Артезианская

Это скважины с абсолютно чистой водой, обогащенной природой в известняковых платах среза грунта. Глубина может колебаться от 100 до 350 метров в зависимости от месторасположения участка, геологических особенностей почвы и рельефа местности. Вода не требует фильтрации. Угрозу составляют загрязнения, которые могут попасть внутрь обсадной трубы снаружи. Минералы, содержащиеся в растворе, полезны для человека.

Необходимо устанавливать погружной насос для скважины. Это может быть прибор центробежного или вибрационного типа. Последний предпочтительней, так как ломается он реже, а производительность у него больше. Главное, чтобы у помпы был насос грубой очистки, не дающий попадать твердым частицам в рабочую камеру.

Какие бывают водоносные слои

Очевидно, что бурить нужно там, где есть водоносный слой (горизонт)

Важно понимать, что эти слои распределяются на разной глубине, не равномерно, исходя из свойств породы

По глубине залегания существуют следующие виды подземных вод:

• Почвенные — находятся почти возле поверхности. Осадки сцепляются с твердыми частями почвы и образуют почвенные подземные слои. Водоупорного слоя у них нет
• Верховодка — в основном это осадки, которые скапливаются сверху водоупора.
• Грунтовые — есть почти везде, их образуют осадки, воды озер, рек, других водоемов. Этот постоянный водоносный горизонт лежит на водоупоре.

Важно! У этих трех слоев своего напора нет. Если сделать до них скважину, то вода не будет литься

Именно поэтому бурят до других межпластовых горизонтов. В редких случаях хватает бурения до грунтовых вод, но это скорее исключение.

Межпластовые — это водоносный слой, который зажат между двумя водоупорными горизонтами. Здесь есть напор и можно ставить скважину — их часто называют артезианскими. Вода из нее будет подниматься и бить даже без помощи насоса.

Специалисты компаний, которые занимаются бурением скважин, обычно знают, на какой глубине находится вода в конкретном регионе. Но это не значит, что водоупорный слой  распространяется на весь регион! Может быть так, что на вашем участке вода залегает на 25-30 метрах, а у соседей ее совсем нет или она гораздо глубже.

Что делать, если вам предлагают бурить дорого и глубоко? В этом случае лучше дополнительно проверить, что на участке нет других водоносных слоев, которые залегают не так глубоко. Уточнить это можно так:

1. Собрать сведения в нескольких компаниях. Если несколько специалистов настаивают на глубоком бурении, то, скорее всего, так оно и есть.
2. Есть платные и бесплатные базы данных, в которых указана глубина верхнего водоносного слоя в разных регионах. Можно получить информацию там.
3. Обязательно стоит пообщаться с соседями, особенно, если у них уже есть эксплуатируемая скважина. Соседи могут подсказать другие данные о подземных водах и их качестве.
4. Для густонаселенных и хорошо изученных регионов гидрогеологические карты и разрезы есть в интернете. Их легко отыскать по запросу «водоносные горизонты + название региона».
5. Теоретически информацию можно получить из государственных геологических фондов.

Как пробурить скважину для воды своими руками

Говоря о том, как пробурить скважину, обычно подразумевают абиссинскую или песчаную разновидность, поскольку артезианские варианты сооружений выполняются только профессионально.

Для работ необходимо:

• подготовить место бурения. На участке выкорчевываются корни деревьев (при необходимости подрубаются, для работ на глубине лучше использовать топор с удлиненным топорищем), удаляется любая растительность;
• выкопать яму глубиной 1…1,5 м, сечением не менее 1х1 м. Она необходима для удаления верхних рыхлых слоев грунта, удобства выполнения дальнейших работ и обустройства приямка или кессона;
• установить бурильную установку.

Бур для скважины может быть самодельным. Для этого подготавливаются несколько труб с диаметром 120 мм (они в дальнейшем будут выполнять роль обсадных). Нижний конец нижней трубы оснащается зубъями или буром, противоположный и оба конца последующих труб – резьбой для соединения.

При использовании промышленного бура вначале выполняется «прокол» грунта, потом в него опускаются обсадные трубы.

Для небольших по глубине «проколов» достаточно согласованной работы двух исполнителей. Шнековый бур извлекается после прохода каждых 10…15 см грунта, в противном случае избыточный вес налипшей земли может привести к поломке бура. По мере заглубления можно навесить груз на ручки ворота, в этом случае рабочим придется прикладывать меньше усилий.

Данный метод работ считается ответом на вопрос: как пробурить одному, без оборудования, скважину небольшой глубины? Это действительно реально, но все же работать лучше с помощником.

Гидробурение

Если для бурения используются трубы, дополнительно потребуется емкость для воды (бочка) объемом не менее 200 литров и насос. После первичного заглубления трубы в землю к ней подключается насос и под давлением подается вода. Жидкость постепенно размывает грунт возле нижнего конца трубы, позволяя постепенно заглублять ее методом вращения.

При этом разрушенный грунт вымывается наружу струей воды, которая откачивается из приямка помпой (ручной или механизированной). Поэтому метод получил название гидробурения скважин на воду. Своими руками сделать пробой нужной глубины проще и быстрее, чем другими способами. При небольшой глубине колонны можно исключить сращивание труб резьбовым методом.

Приведенная схема относится к профессиональному буровому оборудованию. При самостоятельном проведении работ достаточно обеспечить подачу воды в будущую скважину и ее естественный отток наружу.

Важно: выясняя, можно ли зимой бурить скважину под воду, следует учитывать температуру воздуха. В морозы работа с влажным грунтом и водой невозможна

Даже подача горячей жидкости не всегда решает проблему. Работы допустимы при отсутствии промерзания грунта.

Бурение ударно-канатным методом

Для этого необходимо использовать специальную вышку.

Она может быть выполнена из металлического профиля или бревен (брусьев) подходящего сечения. Обязательно устройство лебедки или противовеса для извлечения обсадной трубы, располагается вышка так, чтобы ее вершина находилась точно над местом бурения.

Вначале в выкопанную яму устанавливается обсадная труба. Толщина ее стенки должна составлять не менее 5 мм, используется бесшовная труба. После чего в получившуюся направляющую конструкцию опускается желонка (стакан), который с помощью лебедки (ворота) поднимается и опускается (свободное падение) на высоту около метра. Таким образом грунт разбивается и заполняет внутреннее пространство обсадной трубы. После ее наполнения грунтом на 2/3 и более труба извлекается и освобождается на наполняющей ее земли. Процесс повторяется до достижения необходимой глубины – то есть водоносного песчаного слоя.

Важно: при бурении любой скважины верхняя ее часть существенно шире, чем диаметр обсадной трубы. Для укрепления и стабилизации конструкции зазор между обсадной трубой и стенками ямы засыпают щебнем.. Чтобы более детально разобраться в вопросе, мы предлагаем посмотреть несколько видео по теме:

Чтобы более детально разобраться в вопросе, мы предлагаем посмотреть несколько видео по теме:

Ударно-канатное бурение

Ручное гидробурение

Какие бывают скважины?

Здесь всего два варианта:

• песочная;
• артезианская.

И вода из них идет совершенно разная.

Песочная скважина

Это тот вариант, когда нужно решить вопрос с водоснабжением дома быстро и недорого. Песочная скважина имеет сравнительно небольшую глубину (в Подмосковье – до 30 метров). Однако кроме цены достоинств у нее фактически нет, а недостатков — хоть отбавляй:

• Невысокий дебит. Открываешь все краны – насос начинает хлебать воздух. Это не есть хорошо, даже если он самовсасывающий. Плюс сезонные колебания. Давно не было дождей, и нужен интенсивный полив? Как раз в это время уровень воды и опустится ниже забоя (дна) скважины (то есть уйдет из зоны действия насоса);
• Трудности фильтрации. Такая вода требует многоступенчатой очистки от песка, глины, солей природного и техногенного происхождения;
• Микроорганизмы. Вода с таких глубин может содержать продукты жизнедеятельности, попадающие с поверхности земли, включая болезнетворные микробы. Определение «экологически чистая» к ней не применимо;
• Заиливание. Песчинки и разные частицы выносятся в скважину, постепенно заполняют ее и «перекрывают» воду. Для восстановления дебита приходится регулярно делать промывку. Но в итоге лет через 5 – 10 вам все равно придется вызывать бурильщиков.

Таким образом, для полноценного обеспечения дома качественной водой песочные скважины, как правило, не годятся. Они подходят для технических нужд или как временное решение со всеми оговорками.

Артезианская скважина

Артезианская скважина (в том же Подмосковье) намного глубже песчаной и бурится на водоносный известняк. Благодаря длительной фильтрации через многометровый слой водоупорных пород в ней не содержится веществ техногенного происхождения.

Плюсы артезианских скважин — стабильная производительность, высокий дебит и срок службы на десятки лет. Такую воду можно без опасений использовать для питья и приготовления пищи.

Правда хорошая природная фильтрация еще не означает того, что артезианская вода не нуждается в обработке. В ней тоже есть растворенные соли. Но фильтровать артезианскую воду значительно проще и дешевле, чем «песчаную».

Забой колодца

Абиссинский колодец можно забить без специальных бурильных устройств. Для этого понадобится:

• Металлическая или ПВХ-сетка с мелкими ячейками;
• Толстостенные металлические трубы с диаметром, как у насоса, и по длине в глубину забоя;
• Дрель;
• Трубы с резьбой;
• Наконечник острый конусообразный.

Нижняя часть колонны будет буром, потому на конце трубы, над наконечником, устанавливают фильтр. Длина его будет до метра. По окружности трубы нужно высверлить отверстия под углом 45о с диметром 5-8 мм в шахматном порядке. Сверху перфорированную часть трубы обматывают сеткой и крепят проволокой, хомутами или другим удобным способом.

Инструмент для бурения скважин углубляют на метр в грунт, проверяют строительным уровнем вертикальность, которая должна быть соблюдена.