Скважина на песок: плюсы и минусы, особенности и устройство

Описание технологии бурения

Если все материалы и инструменты приготовлены, можно приступать к работам. Над выбранным местом для скважины устанавливают треногу. На блок заводят металлический трос желонки, и наматывают его на вал редуктора. В грунте под желонкой с помощью садового бура проделывают отверстие такого диаметра, чтобы в него проходила желонка.

Можно начинать бурение. Поднятую над отверстием желонку просто бросают вниз. Удар разрыхляет грунт, клапан раскрывается, и полость желонки заполняется грунтом.

Обычно делают не один, а три-четыре удара, чтобы желонка максимально наполнилась грунтом. Потом ее поднимают из шахты наверх, раскрывают клапан и высыпают из устройства захваченный грунт.

Опустошенную желонку снова сбрасывают в шахту несколько раз и т.д. Постепенно шахта становится глубже. Чтобы защитить ее стенки от обрушения, нужно опустить внутрь первую обсадную трубу.

С помощью желонки скважину можно пробурить даже в подвале, особенно, если пол и потолок пока не настелены. Вместо треноги в качестве опоры для устройства используют стропила, на которых и закрепляют блок для троса желонки

Трубу удерживают с помощью специальных хомутов, чтобы она не опустилась слишком глубоко. По мере необходимости длину обсадной трубы наращивают, приваривая, прикручивая или припаивая трубы друг к другу.

Считается, что неглубокую скважину можно сначала пробурить, а затем уже установить трубы, но гораздо разумнее устанавливать трубы сразу. Это точно предохранит стены скважины от обрушения.

Очень важно правильно установить в шахте первую обсадную трубу. Ее положение выставляют по уровню и тщательно фиксируют

Положение остальных труб выставляют по первой трубе. Если с самого начала труба будет поставлена с перекосом, это может затруднить бурение, установку насоса фильтра, обслуживание скважины и т.п.

Верхний слой суглинистого грунта обычно очень плотный из-за большого количества глинистых включений. Его проходят с помощью стакана, устройство которого описано выше. Действуют так же, как и желонкой: бросают его в шахту, вынимают, очищают и т.д. Пройдя этот сложный участок, можно снова использовать желонку.

Чтобы соединять обсадные трубы было удобнее, верхний и нижний край трубы, которую присоединяют к уже углубленной колонне, фиксируют специальными хомутами или металла или дерева

Сложности могут возникнуть и при прохождении плывуна, если в процессе бурения ствол пойдет через этот богатый водой слой. Некоторые мастера считают, что для ускорения работы имеет смысл подать в обсадку воду и вычерпывать жидкий грунт.

Обычно же бурение желонкой выполняется “всухую”. Это позволяет достаточно точно определить появление в скважине воды, свидетельствующее о том, что водоносный слой достигнут.

Прекращение бурения, как только в шахте появится вода, это распространенная ошибка новичков-бурильщиков. Рекомендуется продолжать бурение и углубиться в следующий пласт грунта примерно на полметра. Таким образом будет обеспечен максимальный дебит скважины. Затем остается скважину прокачать, опустить в нее насос, обустроить оголовок и т.д.

Этапы бурения

Весть процесс проходки, независимо от того как будет она осуществляться, механизировано или вручную, можно разбить на несколько взаимосвязанных этапов.

Подготовка участка. Производится для заезда и размещения спецтехники. Ширина подъездных путей не должна быть менее 3 м. Размер самой площадки 4х9 м. Обязательно наличие сети электропитания 220В мощностью от 1,5 кВт.
Развертывание бурового оборудования.
Бурение скважины. В зависимости от сложности грунтов процесс может осуществляться в два этапа. Вначале проходка выполняется буром меньшего диаметра (проходя водяной слой до подстилающих пород). Затем используют бур большего диаметра (не доходя до пласта водоносных песков).
Промывка ствола. При прохождении твердых грунтов бурение производится с подачей воды.
Установка и монтаж обсадной трубы для защиты от грунтовых вод и укрепления стенок ствола. На конце трубы устанавливается водозаборный фильтр.
Прокачка скважины для очистки водозаборного фильтра от земли.
Установка скважинного насоса и оголовка.

Характеристика приспособлений

Первая в списке приборов для создания скважины – бурильная вышка. Она применяется для рытья почвы под глубокие скважины. С помощью такой конструкции стало возможным погружать бур на большую глубину. Также можно осуществлять его подъем вместе со штангами. Если погружать устройство на небольшие расстояния, то доставать его можно вручную, без применения вышки.

Что такое буровые штанги? Они производятся из обычных труб, которые соединяются друг с другом при помощи резьбы или в редких случаях шпонок. Для изготовления режущих насадок используют листовую сталь толщиной от 3 мм. После их изготовления необходимо произвести заточку кромок насадок

При этом следует принять во внимание, что при вращательных движениях механизма бура они должны врезаться в грунт по часовой стрелке

Перфоративное бурение

Метод выбирают, если водоносный слой залегает на небольшой глубине (до 12 м). В качестве инструмента применяют трубу с заострённым наконечником и отверстиями в нижней части для подачи воды. После бурения она остаётся в забое. Погружение выполняется под действием груза. Диаметр скважины – 5080 мм.

Для очистки воды от взвесей, песка на конце трубы устанавливают сетчатый фильтр, отверстия в котором не превышают 8 мм. При оснащении такой скважины применяют только насосы самовсасывающего исполнения. Они обеспечивают зону разрежения, за счёт которой происходит подъём воды на поверхность.

Проектирование бурения скважины

До начала процесса по созданию нефтяной скважины составляется проект в виде чертежа, в котором обозначаются следующие аспекты:

Свойства присутствующих горных пород (устойчивость к разрушению, твердость, степень содержания воды и ряд других показателей);
Глубина скважины и угол ее наклона;
Диаметр шахты в конце: это важно для определения степени влияния на него твердости горных пород;
Метод бурения скважины (методы бурения будут рассмотрены в этой статье чуть позднее). Проектирование нефтяной скважины необходимо начинать с определения глубины, конечного диаметра самой шахты, а также уровня бурения и конструктивных особенностей

Геологический анализ позволяет разрешить эти вопросы вне зависимости от типа скважины

Проектирование нефтяной скважины необходимо начинать с определения глубины, конечного диаметра самой шахты, а также уровня бурения и конструктивных особенностей. Геологический анализ позволяет разрешить эти вопросы вне зависимости от типа скважины.

Технология проведения работ и оборудование

Известны два метода использования колонкового бура: работа с подачей жидкости на забой или на сухую, то есть без бурового раствора.

Бурение без использования бурового раствора применяется в случае, если несвязные грунты пропитаны естественной влагой в достаточном для проходки и извлечения количестве. Воду также не подают в ствол выработки при проходке по текучепластичным, мягкопластичным и тугоппластичным суглинкам/глинам, твердым и пластичным супесям.

Жидкость в обязательном порядке применяют при разбуривании скальных и полускальных горных пород. При отсутствии воды в этом случае углубление происходит значительно медленнее. Помимо этого существенно возрастает вероятность преждевременного выхода из строя коронки, в связи с чем бурение на сухую считается более затратным.

При бурении с буровым раствором скорость углубления существенно возрастает. Чаще всего данный способ применяется при бурении скважин значительной глубины. Это позволяет выполнить работы в кратчайшие сроки с минимальным риском повреждения коронки.

Еще воду под высоким напором подают на забой в процессе разработки скважины в рыхлых несвязных грунтах, если отбор керна не является задачей. Струей воды в данном случае просто промывают забой, освобождая ствол выработки от разрушенного грунта.

Принцип колонковой методики

Основным элементом при колонковом бурении является разрушающая режущая деталь, установленная на подошву колонковой трубы. Называют ее коронкой. Для проходки скальных пород применяют особые коронки, оснащенные алмазными резцами.

Именно алмазная коронка обеспечивает практически беспрепятственное прохождение бура на большую глубину при проходке водозаборных выработок на известняк. То есть при разработке скважин, заглубленных в коренные породы, в трещинах которых в результате многовековой конденсации формировались запасы наиболее чистой подземной воды.

Горная порода разрезается с помощью коронки, вращающейся на высоких оборотах. Скорость вращения бура можно регулировать в зависимости от плотности разрабатываемого грунта. Коронка “вырезает” грунт только по краю своеобразного цилиндра, центральная часть которого продавливается в колонковую трубу.

Для извлечения керна буровой снаряд поднимают на поверхность. Захваченный им грунт буквально выдувают из колонкового бура струей воздуха, поданной в верхнюю часть трубы. Процесс выдува ускоряют, простукивая снаряд кувалдой.

Колонковые буры при прохождении прочных пород обладают большей производительностью, чем матричные и шарошечные долота. Это обусловлено высокой скоростью вращения бура, благодаря чему снижается степень прикладываемых усилий на разработку.

Вдобавок, долота полностью разрушают породу, которую нужно будет “вычерпывать” желонкой или подавать воду с напором для промывки забоя. По сути придется дважды, а то и трижды проходить один и тот же отрезок: сначала разрушать, затем расчищать. Колонковая технология позволяет пройти и расчистить забой за один прием.

Станки и буровые установки

Выбор станка или буровой установки определяется назначением скважины и ее диаметром. Популярность способа колонкового бурения обуславливает производство буровых установок и станков во всем мире. Тяжелые трактора, грузовики и вездеходы подходят для установок, предназначенных для разведочного бурения.

Чаще всего бурильное оборудование монтируется на классические автомобили марок МАЗ, КАМАЗ, Урал. Однако есть варианты монтажа и на более легкую технику, которая применяется для бурения скважин на воду в частном строительстве.

При ручном вращательном бурении колонковую трубу заменяет его исторический предшественник – стакан. Этот снаряд представляет собой укороченный вариант колонковой трубы с заостренной кромкой на подошве. Стакан вручную или с использованием мотобура закручивают в землю и извлекают на поверхность все, что в него набилось.

Персонал

Если предприниматель не обладает необходимой квалификацией, ему придется найти сотрудников, имеющих опыт в бурении скважин на воду. Конечно, множество полезных данных о подземных водах в том или ином регионе можно обнаружить в интернете, но подобные знания не заменят практических навыков. Для работы нужны:

Гидрогеолог. Необходим преимущественно на начальном этапе, пока бизнесмен не изучит обслуживаемые районы. Можно просто платить ему за консультации.
Буровой мастер. Должен в совершенстве знать технологию бурения скважин и правила проходки разных пород.
Подсобные рабочие. В их задачи входят подготовка буровой площадки, монтаж и демонтаж оборудования, погрузочные работы.
Водители. Для управления автомобилями нужны два человека. Можно обойтись своими силами, если у предпринимателя и мастера будут соответствующие права.

На начальном этапе владелец бизнеса сможет лично выполнять административные функции. Но если количество заказов сильно возрастет, ему придется нанять бухгалтера и менеджера по работе с клиентами. Штат небольшой фирмы будет выглядеть так:

Сотрудники буровой фирмы

Должность	Ставка, руб.	Кол-во	Сумма, руб.
Буровой мастер	30000	1	30000
Подсобный рабочий	16000	2	32000
Водитель автоцистерны	20000	1	20000
Страховые взносы	–	–	24600
Консультации гидрогеолога	10000	1	10000
Итого:	116600

Как можно заметить, зарплаты сотрудников несколько уступают среднему рыночному уровню. Для материальной мотивации персонала разницу компенсируют премией с каждого заказа в виде фиксированной суммы или процента от стоимости работ.

Недостатки способа

Несмотря на перечисленные преимущества, специалисты советуют бурить артезианские скважины, потому что песчаные имеют несколько недостатков.

Не везде есть песчаные слои. В некоторых грунтах они отсутствуют, а в некоторых пересыхают. Узнать это поможет разведывательная скважина. Вы можете опросить соседей и узнать, какие у них скважины

Если песчаный слой находится глубоко и под землей встречаются твердые породы, садовый бур не поможет. В этом случае придется вызывать тяжелую технику, потребуются дополнительные денежные затраты.

Водоносные горизонты

Вода может быть низкого качества. Водяной круговорот в природе очищает ее через несколько слоев грунта: песок, глина, известняк. Так как песок – самый близкий слой к поверхности, вода не успевает очиститься.

Если рядом нет естественного источника (речки, озера), наблюдается сезонное колебание уровня. Летом скважина может пересохнуть, особенно если дождей нет, стоит засуха. Если рядом с вашим участком есть речка, а песок хороший, такой проблемы не будет.

Низкая производительность песчаной скважины. Слой песка в грунте тонкий, сразу за ним идет глина. Она забивает фильтры, и напор падает. Специалисты говорят, такой способ бурения не подходит для водоснабжения дома. Выходом из такой ситуации является только бурение более глубокого источника.

При частом использовании и тонком слое песка срок службы скважины – 8 лет.

Плюсы и минусы колонкового бурения

К положительным моментам процесса относятся:

Точечное действие коронки, вырезающей породу по своему радиусу, в отличие от роторного долота, оное во время прохода разрушает грунт.
Высокая производительность способа.
Возможность посредством колонкового бурения скважин изучить подземное строение грунтов в зоне выполнения работ.
Применяя этот метод, проходят восстающие, многозабойные, наклонные скважины; в любых пластах, в том числе базальтовых и гранитных.
Частота вращения бура регулируется: на мягком грунте довольно небольших оборотов, твердые породы требуют более высоких.
Сравнительно высокая скорость проходки, снижающая себестоимость объекта, при пониженной энергоемкости процесса.

Как в любом процессе, колонковое бурение имеет некоторые недостатки:

В тех процессах, когда применяют глинистый раствор, есть риск заиливания водоносного слоя продуктами промывки.
Быстрое изнашивание инструмента.
Сухое бурение – слишком затратное.

Во время работы с глубинными пластами эти факторы остаются решающими. Стоимость оборудования вместе с ценой грунтовых работ составляет солидную цифру.

Процесс колонкового бурения проходит в несколько этапов, оборудование подлежит регулярному осмотру на предмет повреждений и сколов

Мастера проходят регулярную учебу по технике безопасности, такая мера предосторожности существенно снижает процент повреждений

Канатно-вращательное бурение

Метод привлекает специалистов высокой производительностью, простотой и скоростью механизированного строительства скважин, своей ценовой доступностью. Технология предусматривает использование полой штанги, в которую для удаления грунта подаётся буровой раствор, в котором содержится бентиновая глина. Вещество обеспечивает дополнительное укрепление стенок забоя, чтобы не допустить их обрушения.

Выпускаемые установки отличаются переносной конструкцией и компактными габаритами, что даёт возможность их применение на участках с плотной застройкой, сложным доступом. Диаметр трубы – до 125 мм, скважины – до 200 мм. Пространство между ними заполняется гравием фракцией 520 мм. Такое техническое решение продляет срок службы точки водозабора, улучшает её эксплуатационные характеристики, срок службы.

Бурение на песок

Такая скважина на воду обладает невысоким дебетом (до 1,5 м³/час) и используется для организации водоснабжения отдельных домовладений или дачных участков. Этот способ предназначен для подъема воды с верхнего водоносного горизонта, залегающего обычно на глубине 15-40 м. Бурение неглубоких скважин (до 30 м) осуществляется с использованием малогабаритных буровых установок. В остальных случаях не обойтись без более мощного оборудования. После достижения водонасыщенного песка производится обсадка скважины. Система труб, укрепляющих ствол скважины, называется обсадной колонной.

При прохождении сыпучих пород или при возникновении вероятности водопритока в скважину применяют бурение с одновременной обсадкой. Эта технология показывает хорошие результаты в районах со сложным геологическим строением грунтов.

Этапы колонкового бурения

До начала проведения работ нужно изучить кадастровый план и произвести подготовку рабочей поверхности. Необходимо обеспечить беспрепятственный подъезд к месту проведения бурения как самой бурильной установки, так и машины с промывочной жидкостью.

Следующим шагом будет рытье ямы объемом не меньше 2 куб.м – это позволит избежать необходимости использования дополнительного резервуар. Яма предназначена для слива грунтовых вод и отработанной промывочной жидкости. Для установки основной части ствола необходимо произвести пробивку грунта.

Далее выполняется соединение выбранной коронки с буровой колонковой трубой и подбора обсадных труб, которые по мере углубления будет наращиваться. Установку следует надежно закрепить, после чего производится запуск бурового станка.

Колонковая технология с промывкой забоя водой позволяет наиболее простым и оперативным способом освободить ствол выработки от разрушенной породы

По мере углубления и заполнения колонкового бура выполняется периодический его подъем на дневную поверхность и прочистка от грунта, захваченного инструментом в ходе бурения. После чего освобожденный от керна бур снова можно погружать в отверстие скважины для продолжения бурения.

Для подъема наверх колонну бурильных труб, состоящую из колонкового снаряда и штанг, разбирают. То есть последовательно отделяют штангу за штангой, пока не достанут из ствола колонковую трубу.

Оптимальным вариантом для разработки скважины частникам считается колонковое бурение, сопровождающееся промывкой. Никаких образцов отбирать в этом случае не нужно. Главное, быстро сформировать ствол и очистить его от шлама.Одновременно с тем выполняется подготовка выработки к предстоящей эксплуатации.

Для промывки можно использовать любую воду, вполне подойдет из соседнего пруда или речки. Бурение может производиться и всухую, если разрабатывается скважина на песок. Обычно в этом случае достаточно пары ведер воды в качестве бурового раствора лишь для охлаждения снаряда на забое.

По колонковой технологии производится бурение отверстий в бетонных и железобетонных конструкциях, фундаментах и кирпичных стенах

При работе в рыхлых маловлажных песках для укрепления стенок отверстия в рабочий раствор рекомендовано добавлять жидкое стекло либо глинистую массу. В любом случае при прохождении бура сквозь горизонт с неустойчивой структурой оправданным будет укрепление стенок скважины обсадными трубами.

Что следует учитывать

До начала возведения песчаных скважин рекомендуется ознакомиться с особенностями подобных конструкций.

При отсутствии опыта делать скважину на песок лучше поручить профессионалам

Важно учесть советы опытных мастеров, ведь в противном случае результат может разочаровать:

Проведение геологической проверки. Следует пробурить небольшой источник, это поможет узнать, насколько глубокий водоносный горизонт. Оптимальная глубина – залегание пласта не глубже 35 м. Для более глубоких слоев лучше пробурить артезианский источник.
Если недалеко от одной песочной скважины планируется возводить вторую, не факт, что вторая конструкция будет поставлять воду. Это происходит вследствие малого количества жидкости в пласте.
На песочные колодцы негативно воздействуют грунтовые воды. При эксплуатации источника можно заметить, что состав, а также качество используемой жидкости меняется. Такие конструкции нуждаются в организации надежной системы очищения.
Недостаточно просто установить фильтр в скважину, необходимо не реже одного раза в год производить его очистку.

Сколько служит такой вариант скважинной конструкции, зачастую зависит от особенностей эксплуатации колодца. Если им не планируется регулярно пользоваться, происходит заиливание дна, что приводит к быстрой порче. Чтобы предотвратить такой итог, лучше возвести колодец артезианского типа.

Варианты добычи воды

Прежде всего направляться решить, какой из вариантов добычи воды в вашем случае будет оптимальным – колодец, скважина, выполненная на песок либо на известняк.

Любой из этих вариантов имеет свои особенности:

При наличии хорошего родника, колодец может быстро наполняться и вмещать в себя до двух кубов воды.
Фильтровая песчаная скважина представляет собой трубу, загружённую на глубину около 20-30 метров. На конце данной трубы закреплена фильтрующая сетка. В большинстве случаев, срок работы скважины на песок образовывает от пяти до пятнадцати лет.
Бесфильтровая артезианская скважина разрешает добывать воду из пластов пористого известняка. Ее глубина может составлять от 20 до 100 и более метров. К ее изюминкам относится долгий срок эксплуатации, который образовывает около пятидесяти лет, и громадный дебет (отдача воды), которого время от времени достаточно для водообеспечения нескольких домов.

Требование к площадке

Теоретически подземные воды есть везде — вопрос лишь в том, на какой глубине придется их искать. Кроме геологических, в процессе подготовки к бурению учитывают также и другие факторы:

вид породы, которую придется проходить;
удобство забора воды;
возможность прокладки труб к местам потребления;
удобство подъезда буровой установки;
наличие подземных и воздушных коммуникаций;
расстояние до точки подключения электропитания к насосу.

Кроме того, существуют правила бурения скважин, предписанные нормативами СанПиН 2.1.4.1175-02. Они в первую очередь касаются точек коммунального водозабора, но и в частных домохозяйствах лучше их придерживаться. Так:

расстояние от скважины до ближайших хозяйственных или жилых построек должно составлять минимум 4 метра;
на расстоянии менее 300 метров не могут располагаться объекты интенсивного загрязнения — скотомогильники, свалки или кладбища;
на расстоянии менее 20 метров не должны находиться земледельческие участки, на которых растения обрабатывают удобрениями и ядохимикатами;
на расстоянии менее 30 метров не должно быть никаких автомобильных и железных дорог с интенсивным движением;
скважина не может располагаться на подтопляемой паводками территории или в заболоченных местах;
на расстоянии менее 15 метров не могут находиться септики или выгребные ямы, в том числе и устроенные на участках соседей.