Оборудование, используемое при бурении
Бурение скважины выполняется при помощи бура, который состоит из:
– бурового стержня толщиной 25–50 мм, выполненного из стали и имеющего квадратную форму;
– бурового инструмента, имеющего коническую резьбу и навинчивающегося на муфту бурового стержня; изготовляется буровой инструмент из высококачественной твердой стали;
– ветлюги – головки с отверстием и кольцом, которая навинчивается на верхнее звено бурового стержня и служит для управления буром; в отверстие вставляется лом или толстостенная труба для вращения бура, а за закрепленное на шарнире кольцо канатом или веревкой крепится бур в процессе бурения.
Рис. 23. Инструменты для бурения: а – буровая ложка; б – буровая ложка со змеевиком; в – змеевик; г, д – долото; е – пирамидальное долото; ж – желонка.
Вращение бура осуществляется с дощатого настила на вышке или с земли с помощью ключа или специальных хомутов, если вместо стержня используется толстостенная труба.
Чтобы обваливающийся в процессе бурения грунт не засорял шахту, бур вставляется в обсадную трубу, диаметр которой с запасом превосходит диаметр бура. По мере увеличения глубины скважины обсадная труба наращивается, для этого на ее краях предусмотрено резьбовое соединение.
Для обеспечения строго вертикального положения бура при бурении на поверхности земли в месте будущей скважины закрепляется толстая доска с отверстием, диаметр которого равен диаметру обсадной трубы. Отверстие будет расширяться постепенно, по мере наращивания обсадной трубы.
Над доской ставится тренога, к вершине которой крепится блок. На треноге на высоте, как правило, 2,5–3 м от поверхности земли делается настил, с него в отверстие на доске строго вертикально вставляется и ввинчивается в грунт обсадная труба. К блоку с помощью цепи или прочной веревки прикрепляется бур и вводится в трубу.
Инструменты выбирают в зависимости от характера грунта. В сухих и влажных песках используются желонка и ложка. С самого начала бурение ведется в обсадной трубе. Буровой инструмент может выходить за край башмака обсадной трубы не более чем на половину своей длины.
В песках-плывунах бурение ведется в обсадной трубе с помощью длинной желонки.
В породах с большим содержанием гравия и гальки работы ведутся в обсадной трубе с применением долота и желонки. В твердых и вязких (глинистых) породах пользуются зубильным долотом и желонкой или буровой ложкой и змеевиком.
Обсадную трубу можно не применять. Твердые породы перед бурением рыхлят, а в сухой глинистый грунт выливают 2–3 ведра воды после каждого поднятия инструмента.
Глинистые породы с галькой и валунами долбятся пирамидальными долотами, валуны извлекаются желонкой. Бурение ведется в обсадных трубах.
Ударное бурение
Ударное бурение, которое обычно применяют на средних и твердых породах, можно проводить на штанге и на канате. Канатному бурению отдается предпочтение в том случае, если глубина колодца большая. Сначала необходимо выкопать шуфт, над которым устанавливают треногу и подвешивают шлямбур (буровой инструмент) на стальном тросе, переброшенном через блок. Держа буровой инструмент вертикально, опускают его на дно шуфта.
Ударник направляют на пробку, вмонтированную внутри шлямбура. Под тяжестью своего веса ударник с силой бьет по пробке, тем самым заставляя наконечник шлямбура врезаться в грунт. Сделав 5–10 ударов, необходимо очистить наконечник от грунта. Для этого шлямбур нужно поднять на поверхность.
Добравшись до водоносных песков, нужно опустить в скважину водопроводные обсадные трубы. Далее бурение продолжается с использованием желонки. При достаточной мощности водоносного слоя бурение скважины прекращают. Определить мощность водоносного слоя можно по резкому повышению уровня воды в скважине.
Если же водоносный слой имеет малую мощность, то его проходят желонкой. Обсадные трубы при этом опускают до водоупорного пласта.
Чтобы достичь более мощного водоносного слоя, используют для дальнейшего бурения шлямбур меньшего диаметра. Шуфт, после того как закончено бурение, заполняют грунтом и утрамбовывают. Теперь можно приступать к установке насоса в скважине. Но перед этим следует к нижней части цилиндра насоса присоединить всасывающую трубку (3–4 м длиной) с фильтром.
Далее, чтобы заделать зазор между стенками обсадной трубы и фильтром, нужно под муфтой фильтра намотать пеньку. Вокруг трубчатого колодца устраивают глиняный замок, а также отмостку.
Обсадные трубы для колодцев, особенно глубоких, лучше использовать стальные, так как они не только надежнее других, но и легче соединяются. Обсадная труба состоит из отдельных звеньев. Их длина составляет 2–4 м. Для соединения стальных звеньев применяются резьбовые муфты или сварка.
Какой способ соединения звеньев выбрать, зависит от диаметра трубы. Так, трубы, имеющие внутренний диаметр 50 мм, проще соединить муфтами, а трубы диаметром 100 мм и больше – сваркой. Чтобы соединить звенья обсадной трубы с помощью сварки, необходимо нарезать трубу на отдельные звенья (2–3 м длиной) кислородным резаком.
Линию разреза следует делать с мысиком. Это нужно для того, чтобы при сварке облегчить центрирование, а также чтобы стык не имел больших зазоров. Каждый разрез обязательно помечается краской. Центрирование звеньев перед сваркой осуществляется с помощью кондуктора из двух уголков или трех стальных накладок, которые следует приварить к штангам. Это придаст прочность соединительному шву.
Если нет сварки или используется не стальная обсадная труба, можно произвести соединение звеньев стальными накладками на болтах. Ширина накладок – 15–30 мм, длина – 100–200 мм, толщина – 6–9 мм. Узкие кромки накладок следует срезать под углом 30°. Это необходимо для того, чтобы за внутренние прокладки не цеплялся инструмент, а наружные не препятствовали проходу трубы через грунт.
На внутренних накладках для крепежа нарезается резьба. Но соединение стальной или чугунной обсадной трубы можно произвести и без внутренних накладок. Для этого нужно нарезать резьбу непосредственно в стенке.
Бурение при помощи насосно-бурильной установки
Промышленностью выпускается бурильно-насосная установка БН–3, которая укомплектована набором оборудования для бурения скважин и монтажа в них поршневых насосов. Обслуживают эту установку два человека. Скорость бурения – 2 м/ч.
Бурение скважины (глубиной до 30 м, диаметром 105 мм) производится двумя шлямбурами: сначала коротким, потом длинным.
Первым углубляют почву до 1 м, а затем в полученное углубление ставят стойку. Для придания устойчивости ее закрепляют в металлической опорной плите, которая должна располагаться над углублением. На укрепленной стойке монтируют ролик, а также маховое колесо с тросовым барабаном. Трос нужно соединить с ударником. Затем ударник, поднятый тросом, резко сбрасывают, загоняя шлямбур в землю. Попавший в шлямбур грунт поднимают на поверхность, после чего продолжают бурение.
С появлением водоносного слоя скважину следует бурить дальше с помощью желонки, очищая нижнюю часть скважины от гравия, песка и др.
После обработки скважины желонкой приступают к установке обсадных труб. Обычно применяются стальные муфтовые или электросварные трубы. Общая их длина – 21 м при длине отдельных звеньев 1–4 м.
Затем приступают к монтажу насоса. Его всасывающую часть опускают в водоносный слой, а над ней располагают шланговый поршневой насос. Подача насоса 1–1,5 м3/ч, высота подъема воды – до 40 м, мощность электродвигателя – 1 кВт. Если нет электричества, следует применять ручную качалку. Скважину обычно оборудуют фильтром, чтобы предохранить ее от попадания частиц грунта из водоносного слоя. Тип и конструкцию фильтра выбирают в зависимости от водоносной породы.
Установка фильтров
Существует несколько видов фильтров, устанавливаемых в буровых колодцах:
1. Дырчатый фильтр без сетки – стальная труба со множеством круглых отверстий разного диаметра, расположенных в шахматном порядке.
2. Щелевой фильтр – стальная труба с расположенными в шахматном порядке прямоугольными отверстиями.
3. Фильтр с проволочной обмоткой – стальная труба с круглыми отверстиями, на которую сначала наваривают опорную проволоку (через 2,5–3 см), а затем плотно навивают проволоку меньшего диаметра.
4. Сетчатый фильтр – стальная труба с опорной латунной проволокой и закрепленной поверх нее сеткой.
5. Гравийный фильтр: перед установкой дырчатого или сетчатого фильтра в скважину засыпают гравий, который по мере опускания трубы образует вокруг фильтров дополнительный очищающий слой.
