Скважинные насосные агрегаты и автоматика
Для забора воды из скважин в основном используются поверхностные и погружные электронасосы центробежного принципа действия. Преимуществом данной конструкции является возможность создания высокого напора в линии, благодаря применению агрегатов с большим количеством рабочих колес, позволяющих повышать давление в каждой последующей ступени.
Бытовые погружные электронасосы могут поднимать воду с очень больших глубин (около 200 метров), в то время как поверхностные виды используют в источниках с зеркалом воды на глубине до 9 метров от поверхности земли. Для увеличения глубины забора поверхностных моделей иногда используют встроенные или погружные эжекторы, правда при этом их КПД значительно падает.
Рис. 11 Центробежный электронасос
Виды скважин на воду
Скважина на песок
Скважина обеспечит дом водой
Бурение в этом случае производится на глубину 15-30 метров до момента достижения горизонта, содержащего воду. Чаще всего, для этого применяется шнековый способ. Труба, имеющая диаметр более 100 мм, оснащенная фильтром, является скважиной. В качестве фильтра используют перфорированную трубу. Его устанавливают в песках крупной фракции, имеющих примесь гальки. Дебет таких скважин находится в пределах 0,6-1,2 куб. м. в час, что дает возможность обеспечить водой дом с двумя точками забора.
Срок эксплуатации скважин на песок находится в пределах 5-10 лет при постоянном использовании. В случае нерегулярной эксплуатации скважины этот срок существенно снижается и составляет 2-3 года. После чего заилившуюся скважину очищают под напором воды, имеющим сильное давление. При отсутствии требуемого эффекта от промывки требуется бурение новой скважины.
Артезианская скважина
Французская провинция Артуа дала имя этому виду бурения. Это связано с тем, что именно там было осуществлено первое бурение на известняк, где имело место явление саморазлива воды из скважины. Практика показывает, что не все скважины такого типа способны фонтанировать. В процессе бурения необходимость в установке сетчатого фильтра отпадает. Воды в этом случае залегают в известняке, однако не в каждом из них может присутствовать вода. Дебит скважины на известняк находится в пределах 3-10 куб. м. в час. Количества воды достаточно на минимум 60 лет, а ее качество находится на высоком уровне. Для производства буровых работ требуется применение специальной техники, что подразумевает потребность в пространстве для ее заезда и развертывания.
Стоимость работ по бурению артезианской скважины достаточно высока, но качество и больше, чем достаточное количество воды, а также долговечность ее компенсируют затраты.
Бурение скважины на воду
Общие принципы процесса бурения
Процесс бурения скважин для добычи нефти или газа осуществляется специальным оборудованием. С поверхности земли – с бурового стола вышки в грунт заглубляется рабочий орган – долото. Долото насаживается на буровую штангу. Чтобы долото опускалось на нужную глубину штангу делают разборной – из нескольких секций. До определенной глубины вращательное движение долота обеспечивается вращением всей конструкции – при помощи электродвигателя приводится в движение буровые штанги и сам рабочий орган. После того как будет достигнута максимально возможная глубина вращение рабочего органа будет осуществлять двигатель, опускаемый непосредственно в скважину на штанге.
Для того чтобы шахта не обрушилась в перерывах между бурением проводят работы по укреплению стенок – опускают обсадные трубы или делают цементирование цементным раствором.
Процесс бурения нефтяной скважины
Для облегчения процесса бурения в полость скважины под давлением закачивают воду, при этом обратно выкачивают ее с измельченными горными породами. При проведении разведывательных работ используют специальный бур, который аккуратно вырезает цилиндрической формы колонну из горных пород. После прохождения 5-10 метров разведывательной скважины штангу с долотом поднимают, а содержимое укладывают в специальные контейнеры для дальнейшего исследования.
Работы осуществляются несколькими типами рабочих органов, есть долота с твердосплавными головками, есть с подвижными, а есть с алмазными, что дают возможность проходить пласты самых твердых пород.
При работах на промышленных скважинах проводится постоянный мониторинг состояния горных пород в них оценивается наличие содержания нефти и газа. После того как будет достигнута проектная глубина осуществляется подготовка скважины к введению в эксплуатацию – делается обустройство оголовка, проводятся работы по укреплению забойной части скважины.
Механические способы бурения
Технологии бурения скважин с применением твердосплавных насадок на буровой снаряд и тяжелой техники относятся к механическим и служат для создания глубоких артезианских скважин — так называемых, скважин на известняк. Для данных скважин характерна высокая производительность и отменное качество воды.
Метод #1 — колонковое бурение
Самый эффективный метод из механических вариантов бурения, применяемый для прокладки скважин большой глубины (до 1000 м) в скальных породах — колонковое бурение, которое выполняется вращением бурового снаряда с насадкой в виде алмазной коронки высокой прочности. Основное преимущество данного типа бурения — высокая скорость проходки, компактные и маневренные буровые установки, высокий КПД бурения за счет разрушения породы не сплошным забоем, а кольцевым, когда выработка грунта представляет собой цельный стержень (керн).
Колонковое бурение производится с применением твердосплавных насадок — коронок с алмазным напылением
К недостаткам колонкового бурения относится небольшой (до 16 см) диаметр скважины и быстрый износ буровых коронок. Стоимость проходки 1 м.п. колонковым способом варьируется от 300 до 500 руб. и зависит от сложности пород и глубины прокладки скважины.
Метод #2 — механическое роторное бурение
Роторное бурение выполняется при помощи долота, закрепленного на вращающемся буровом снаряде, который приводится в действие специальным механизмом — ротором. Данный способ бурения водоносных скважин применяется при крайне твердых почвах и относится к самым производительным методам. Использование роторного метода выступает залогом достижения глубинных водоносных горизонтов с чистой водой без соединений железа и высокого стабильного дебита скважины. Недостатком данной технологии бурения считается высокий расход глины и воды для замеса промывочного раствора и попадание частиц глины в водоносный горизонт при промывке ствола скважины.
Также существуют определенные сложности при выполнении бурения роторным способом в зимнее время из-за необходимости подогрева промывочного раствора. Стоимость прохода 1 м. п. при роторном бурении составляет около 2000 руб.
Долото необходимо постоянно охлаждать водой (слева стоит человек, который поливает его из шланга)
Метод #3 — бурение шнеком
Самым удобным методом, используемым при прокладке неглубоких скважин в сыпучих грунтах, является шнековый способ бурения скважин. Шнек представляет собой стержень с резцом на конце и лопастями, которые способствуют удалению грунта из скважинного канала.
Буровая станция для шнекового бурения может быть внушительных размеров, требующих установки на тяжелую спецтехнику, и компактных габаритов. Буровыми мини-установками сборно-разборной конструкции зачастую пользуются самостоятельные мастера для бурения скважины шнековым способом
Шнековый метод выступает наиболее часто применимым решением для закладки водоносных скважин на частном земельном участке. При шнековом бурении работы выполняются быстро, не требуют высокой квалификации рабочих и использования громоздкой техники. Кроме того, данный метод не предполагает привлечения дополнительного оборудования для удаления из устья скважины разрушенной породы.
Сравнение стоимости различных способов
Стоимость одного метра роторного бурения в среднем выходит около 2000 рублей, а стоимость колонкового – около 300 – 500 рублей за метр в зависимости от сложности прохождения слоёв.
Шнековое бурение может осуществляться с помощью отличных по мощности установок и цена на эти работы также различается.
При прокладке скважин самостоятельно следует учитывать не только финансовые затраты, но и количество времени, которое придётся посвятить процессу бурения.
Специалисты фирм, осуществляющих бурение скважин под воду, составляют договор на проведение работ, предоставляют гарантию, оформляют все необходимые санитарные документы на установление скважины, которая может служить более 70 лет. Также рекомендуем ознакомиться с материалом, который расскажет что делать если протекает унитаз.
Роторное бурение
Подобный способ бурения скважин требует наличия спецтехники, в частности буровых машин. Часто используют АРБ-2А2. При подобном бурении горная порода разрушается под воздействием шарошечного долота, а перемененную землю поднимает наверх буровой раствор. Подобное строительство скважин называется бурение с промывкой. Таким образом, можно разрушить прослойки извести, включения скальной породы. Буровые штанги приводятся в движение крутящим моментом от ротора, который находится на самой буровой машине, и от двигателя внутреннего сгорания, который располагается непосредственно на машине, идет привод к ротору. Для того чтобы долото крутилось и бурило, сверху на него поступает большая нагрузка. Этого можно достигнуть благодаря тяжелым бурильным штангам.
Инструменты и установки
Разные виды бурения скважин требуют использование различного оборудования. Выбор инструмента определяет характер почвы в вашем районе.
Используются следующие ручные буры:
- Шнековый. Необходим при роторном бурении в условиях мягкой глины и влажных супесей.
- Стакан. Нужен в канатно-ударном, в условиях облипающей и вязкой почве.
- Ложковый. Применяется в ударно-вращательном бурении, в условиях сыпучего и рыхлого грунта.
- Желонка. Используется в канатно-ударном, в условиях ила, осыпающейся почвы и тому подобное.
- Долото. Штанга для разбивания валунов.
Каждый бур имеет режущую коронку. Делается она из твердосплавной и закаленной стали.
Перед тем как пробить источник, происходит монтаж специальных установок:
- Ударно-канатная. Скорость бурения очень низкая. Принцип заключается в падающей желонке, которая под своим весом разбивает грунт. Она же и поднимает почву наверх. Представляет собой треногу с тросом. На веревку крепится желонка.
- Шнековая. Длина шнека достигает 2 метров. Процесс бурения происходит вручную и механизированно. Выполнив 3 оборота, почва извлекается наружу. Постепенно штанга наращивается. Мобильная установка позволяет обеспечить высокую производительность.
- С промывкой. Самая производительная установка. По сути, это бурение водой при использовании штанги с лопастным буром. За один час можно углубиться до 10 метров.
Варианты исполнения скважин
Буровая скважина являет собой узкую длинную полость в виде ствола. Внутри нее помещена обсадка из концентрических труб, которые предохраняют стенки ствола от разрушения. Нижний конец ствола может иметь глухое исполнение либо же завершаться забоем – ступенчатым сужением. В этой точке и размещают заборное устройство.
Верхняя точка скважины, именуемая оголовком, включает оборудование по обустройству и обслуживанию гидротехнического сооружения.
Среди многообразия видов скважин на воду для бурения своими руками наиболее подходят варианты, представленные на рисунке.
Каждый вариант исполнения гидротехнического устройства имеет свои особенности:
Скважина–игла
Конструкция, получившая широкое распространение при обустройстве абиссинских колодцев. В ней буронабивная штанга, снаряд и обсадка составляют единое целое.
Скважина, эффективная только на однородных неплотных грунтах, выгодна скоростью монтажа. При ударной технологии бурения скважины на воду скорость процесса достигает 2-3 м/ч проходки. Предельная глубина погружения – 45 м.
Для ее реализации применяют штанги D120 мм, а дальнейшего обслуживания – насосы погружного типа калибром в 86 мм.
Несовершенные и совершенные скважины
Несовершенная скважина представляет собой гидротехническое сооружение, которое словно висит в пласте, достигая нижним концом мощного водоносного пласта. Скважина характеризуется открытым забоем, при котором пласт вскрывается не на всю мощь, а лишь частично.
Любую несовершенную скважину можно модернизировать в совершенную. Для этого нужно подобрать такой радиус, чтобы их дебиты были равны. Поэтому для проходки таких скважин необходим опыт буровика и точные знания местной геологии.
Способы бурения скважины?
Выбор способа, который бы помог добраться до нужного водоноса, зависит, в первую очередь, от глубины залегания и особенностей грунтов. Выбирать же придется среди таких методов бурения:
- шнековый;
- роторный;
- ударно-канатный;
- ручной.
Каждый из перечисленных способов имеет преимущества, однако не всякий поможет добраться до глубоких пластов водных запасов. На какую глубину бурения можно рассчитывать, используя обозначенные виды бурения скважин, поговорим далее.
Бурение шнеком
Шнековая проходка скважины самая простая из применяемых механизированных технологий. Бурение происходит с помощью вращения винтоподобного приспособления, которое сначала разрыхляет грунт, врезаясь в него, а затем поднимает его к устью скважины. Бурить таким способом можно на глубину до 80 м при ширине колодца от 10 до 60 см.
Преимущество шнекового бурения в простоте технологии и ее сравнительно невысокой стоимости. В регионах с сухими и не твердыми грунтами такой способ бурения скважин предпочтительнее других, если бурить до верховодки или «на песок». Есть возможность достать шнеком до известняка, если он залегает не глубоко.
Роторные бурильные установки
Роботу роторного бура можно сравнить с действием строительного перфоратора. Порода разбивается за счет вращения рабочей части и удара, который обеспечивает гидравлический механизм. Разрушенный грунт выводится на поверхность благодаря непрерывной промывке ствола глинистым раствором. Различают такие виды промывки:
- прямая;
- обратная.
Прямая промывка легче осуществима технически. При этом раствор подается в ствол и выходит к устью по затрубному пространству (между обсадными трубами и краем пробуренного ствола).
Обратная промывка сложнее технологически, однако дает лучшее вскрытие водоносного пласта и больший дебет скважины при последующей эксплуатации. Промывная жидкость заливается в затрубное пространство, после чего откачивается насосным оборудованием вместе с разрушенной в процессе бурения породой.
Роторное бурение самое технически сложное и дорогостоящее из применяемых методов, но незаменимо при желании достичь глубоких артезианских водоносов, особенно на сложных для проходки грунтах. Глубина бурения ротором достигает 300м, что позволяет вскрыть любые глубокорасположенные артезианские пласты. Еще одним преимуществом метода является высокая скорость проходки ствола.
Ударно-канатное бурение
К новым способам проходки ствола ударно-канатный метод не отнесешь, так как он является одним из первых, что применялся механизировано еще в начале прошлого века. Несмотря на то, что технология во многом не совершенна, она применима до сих пор ввиду своей простоты и хорошего качества изготовленной скважины.
Бурить грунт таким методом приходится долго. Суть проходки ствола в том, что с высоты падает тяжелый, зауженный снизу цилиндрический предмет (стакан) и за счет этого разбивает грунт. Выборка разрушенной породы происходит тем же стаканом, устроенным так, что грунт заходит в его полости и поднимается наверх вместе со снарядом. Подъем стакана происходит с помощью троса и лебедки, что установлена на треноге, или другом надежном каркасе, возвышающимся над уровнем почвы.
Для разрушения твердых пород, встречающихся на пути проходки ствола, используется ударная штанга, что бьет по стакану сверху, многократно умножая усилие. Часто для этих же целей дополнительно используется наконечник, выполняющий функцию долота.
Несмотря на трудоемкость ударно-канатного способа бурения, технология имеет и ряд преимуществ, главное из которых, — качественное вскрытие водоносного пласта с минимальным его загрязнением. Второй несомненный плюс, — технологическая простота, благодаря чему этот способ бурения скважин многие домовладельцы, как показывает опыт, с успехом применяют при устройстве неглубоких колодцев своими руками.
Как чаще всего бурят своими руками?
С учетом того, что ручное бурение является очень трудоемким, на изготовление глубокой скважины рассчитывать не приходится. Опыт свидетельствует о том, что бурить глубже 10 м своими руками даже с несколькими помощниками тяжело физически, и на это уходит слишком много время.
Для самостоятельной проходки ствола обычно применяется ручной бур, что, по сути, является укороченным шнеком (принцип воздействия на грунт тот же). Вращение бура происходит за счет ворота, находящегося над поверхностью. При заглублении для соединения шнека и ворота используются соединительные штанги.
Шнековый способ бурения скважин на воду
Популярность этого способа бурения скважин под воду объясняется его высокой эффективностью и простоте реализации. Шнековая технология основывается на сверлении породы вращающимся приспособлением. Роль режущей кромки сводится к разрушению грунта по направлению движения. После этого он в измельченном состоянии выносится на поверхность спиральным шнеком. Следует сказать, что наверху оказывается только 40-50 % породы: остальная часть материала уходит на уплотнение стенок. Как результат, дополнительная обсадка стенок в этом случае не требуется. Обсадную колонну вводят внутрь шахты по окончанию процесса.
Есть также интересный вариант с ручным изготовлением скважины на верховодку. Для этого в продаже имеется несколько моделей портативных буровых станков, позволяющих сооружать скважины глубиной до 50 м, при условии наличия на участке легких и средних грунтов (кроме песчаных). Данные приспособления очень популярны среди дачников и владельцев загородных домов. Для разового использования ручной станок можно арендовать
При этом важно понимать, что работы по бурению скважин на воду артезианского типа выполняются совсем другим оборудованием.
Ударно-канатное бурение
Тут обустройство скважины предусматривает разрыхление почвы при помощи забивного стакана, который оснащен острием и падает с высоты. Своими руками работы выполняются с учетом таких этапов:
- Построение вышки-треноги. Ее высота должна быть больше длины забивного стакана, который изготавливается из стальной трубы. В стенке представленного приспособления должно находиться отверстие, при помощи которого будет происходить очищение.
- Крепление стакана посредством троса к верхушке треноги.
- Во время выполнения работ грунт надо выбрасывать из стакана каждые 50 см.
Для обустройства глубинного колодца часто применяются такие виды оборудования: УКС-22М2, УГБ-50.
Многозабойный способ
Такой способ заключается в проведении двух стволов из главного забойного стакана, при этом главный ствол используется не единожды.
В таком случае растет рабочая площадь и поверхность фильтрации, но сокращаются объемы бурильной работы в поверхностном пласте.
В зависимости от вспомогательных стволов возможны следующие виды многозабойной конструкции:
- Радиальная – горизонтальный главный ствол и радиальные – вспомогательные.
- Разветвленная – состоит из наклонных двух стволов и наклонного главного.
- Горизонтально разветвленная – похожа на предыдущий тип, но угол вспомогательных стволов составляет девяносто градусов.
Выбор типа многозабойной конструкции определяется формой конструкции вспомогательных стволов и их размещением в пространстве.
Особенности бурения скважин в море
Развитие газо- и нефтедобычи на суше очень часто становиться нерентабельным из-за высокой стоимости строительства объектов инфраструктуры. Газопроводы, дороги, доставка грузов и транспортировка оборудования делают нерентабельными вложения в разведку и освоение. Другое дело технология бурения и добычи на морском шельфе. Конечно, как показывает практика стоимость оборудования здесь выше, но освоение морского дна более выгодное за счет снижения дополнительных расходов.
Для добычи на морском шельфе устанавливается сначала плавучая буровая вышка, а после того как будет введена в эксплуатацию устанавливается стационарная платформа, которая и обеспечивает добычу нефти и газа.
Сам процесс бурения не отличается от подобного процесса на суше, за исключением того, что доставка всего оборудования осуществляется морскими судами, а платформа представляет собой плавучий остров со всеми элементами, начиная от системы электрообеспечения и заканчивая жилыми модулями для персонала. Разведывательные платформы устанавливаются на дно при помощи ферм, а после оборудования оголовка и стен скважины заменяются на стационарные, которые служат одновременно резервуарами для добытой нефти. В оборудовании платформы входит сепараторы для того чтобы отделить газовый конденсат из нефтяного сырья.
Оголовок
Если необходимо решить вопрос крепления погружного электронасоса и защиты скважинного канала от проникновения грязи и осадков, применяют оголовок, который устанавливают поверх обсадной трубы. Устройство рассчитано на стандартный диаметр, может быть выполнено из пластика, стали или чугуна, способно выдержать вес подвешиваемого насосного оборудования до 250 кг. в пластиковом исполнении и до 500 кг.
при использовании металла. В типовой конструкции предусмотрено размещение карабина для подвешивания электронасоса и выходное отверстие, через которое пропускает напорную трубу при подключении к линии.
Конструктивно оголовок выполнен из двух частей, которые соединяют после погружения электронасоса в скважину. Для этого на обсадную трубу надевают фланец, прижимая его к поверхности земли, устанавливают резиновое кольцо и сверху ставят второй фланец с подвешенным электронасосом, неподвижно фиксируя его с помощью болтов.
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
- Над местом предполагаемой скважины размещают вышку так, чтоб она была несколько выше длины штанги.
- Лопатой выкапывают небольшое углубление для бура.
- Вставить бур в углубление и вращать его. Возможно, понадобится помощь, потому что при углублении движение бура будет затрудняться.
- Пробив полметра, остановитесь, выньте бур и прочистите его от налипшей земли.
- 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
- 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.
- Забойный стакан изготавливают из стальной трубы, на конце которой находится режущее приспособление.
- К верхней части стакана крепят трос.
- Регулируя трос, стакан быстро отпускают на место пробоя.
- 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.
