Wiercenie w studni obrotowej: przegląd technologii wiercenia i niezbędnego wyposażenia

Jeśli dom wiejski nie może być podłączony do centralnego zaopatrzenia w wodę, musisz zorganizować autonomiczny system. Większość właścicieli woli ustawiać go na podstawie studni, w której rozwoju stosuje się różne metody. Rozważymy wiercenie odwiertów obrotowych - bardzo obiecująca, ale jak dotąd mało znana opcja.

W naszym artykule szczegółowo opisano zawiłości technologii wirników i zastosowane narzędzia. Przeanalizowano zalety i wady tej techniki oraz przedstawiono metody jej praktycznego zastosowania. Nasze wskazówki będą przydatne dla rozważnych właścicieli prywatnych działek, którzy chcą monitorować pracę wiertników.

Definicja wiercenia obrotowego

Na początek przeanalizujmy, na czym polega obrotowe wiercenie studni i jakie są jego alternatywy? Wiercenie ślimakowe jest nadal uznawane za jeden z najczęstszych sposobów pobierania wody.

Jednak technologia śrubowa nie pozwala przejść skalistej skale. Wiertarka śrubowa stosowana do wiercenia śrubowego nie jest w stanie zniszczyć wapienia. Ale często zdarza się, że trzeba to wiercić, ponieważ przylegające warstwy nie są stabilne i wystarczające do prędkości przepływu operacji.

Technologia wiercenia rdzeniowego i ślimakowego nie zapewnia możliwości przechodzenia przez formacje skalne. W przypadku instalowania studni na wapieniu bardziej wydajnym i ekonomicznym jest zastosowanie obrotowej metody wiercenia

Dlatego technologia rotacyjna, wcześniej stosowana tylko w górnictwie, zaczęła być wprowadzana do zakresu budowy prywatnych ujęć wody. Jego element roboczy znajduje się nieco w dolnej części studni. Za pomocą dłuta niszczone są spójne i niespójne gleby, skaliste podłoże skruszone.

Wykopywanie zniszczonej skały odbywa się za pomocą cieczy, która jest dostarczana do twarzy przez pracującą kolumnę lub pierścień przestrzeńSą to 2 różne metody wiercenia, z których każda zostanie szczegółowo omówiona poniżej.

Średnica bitu przekracza średnicę kolumny roboczej, co pozwala:

• zmniejszyć koszty energii dla całego procesu wiercenia (tutaj energia jest wydawana bezpośrednio tylko na obracanie siłą świdra w twarz, a straty tarcia struny roboczej o ścianę odwiertu są zminimalizowane);
• chronić większość elementów struny roboczej przed uszkodzeniem, a także ściany wierconej studni przed zniszczeniem;
• tworzyć otwory o imponującej średnicy (na przykład do 70 cm) na wyjątkowo imponujących głębokościach.

W ten sposób możesz tworzą warstwy wodonośne, o głębokości 300 metrów lub większej, tj. wiercić ujęcia wody w celu dostarczenia wody do letnich domków letniskowych i wiosek.

Tak więc definicja: wiercenie obrotowe jest takim sposobem opracowania studni, w której siła na świdrze w powierzchni jest przenoszona z obrotowego rotator przez kolumnę roboczą. Składa się z prętów - wąskich stalowych rur, które są ze sobą połączone kolejno, zmieniając głębokości w ziemię.

Ale przy oczyszczaniu pnia kopalni i uboju z osadu wykorzystywana jest woda dostarczana pod ciśnieniem. Dzięki tej decyzji nie jest konieczny demontaż i montaż struny wiertniczej w celu wydobycia rdzenia, jak w przypadku wiercenia rdzeniowego.

Płyn wstrzyknięty do kopalni natychmiast rozwiązuje dwa ważne zadania: uwalnia ścieżkę dla wiertła do dalszych prac i wytwarza spłukiwanie studniniezbędne do przygotowania ujęcia wody do pracy.

Korzyści z technologii rotacyjnej

Jakie są zalety wiercenia obrotowego nad możliwymi alternatywami? Jest ich kilka.

Po pierwszeZa pomocą wiertła obrotowego można stworzyć studnie o dużej średnicy, które mogą w pełni zaspokoić zapotrzebowanie na wodę kilku gospodarstw domowych jednocześnie.

Nie jest tajemnicą, że wiercenie nie jest kosztownym procesem: wymaga specjalistycznego sprzętu, a doświadczeni wiertacze muszą kontrolować i zarządzać procesem. W końcu wiercenia są licencjonowany. Stąd jego wysoka cena.

Ze względu na swój kształt i budowę wiertło obrotowe może tworzyć studnie o znacznie większej średnicy niż wiertła ślimakowe i rura rdzeniowa

Połączenie kilku gospodarstw domowych jednocześnie w celu sfinansowania jednej wspólnej studni dla sąsiednich miejsc jest opłacalnym przedsięwzięciem. Ale to wymaga znacznego obciążenia. W większości przypadków warstwy wodonośne osadów czwartorzędowych (piaski) nie są w stanie ich zapewnić.

Naturalnie w przypadku pracy zbiorowej ujęcie wody należy umieścić na wapieniu. Wydobywane z niej wody gruntowe charakteryzują się większą mobilnością i czystością wody. Objętość opadów nie ma najmniejszego wpływu na przepływ studni do wapienia. Czego nie można powiedzieć o studniach na piasku.

Po drugie, przekonują stosunkowo niewielkie koszty energii. Elementem roboczym do wiercenia obrotowego jest dłuto. Ale w przeciwieństwie do ślimaka i wiercenie rdzeniowe, narzędzie wiertnicze nie wchodzi w interakcje ze ścianami wierconej studni

Oznacza to, że tylko kawałek, którego wysokość jest nieznaczna w stosunku do wysokości całego ciągu wiertniczego, ma bezpośredni kontakt z glebą. W rezultacie ta metoda formowania studni jest najszybsza - do 1000 metrów liniowych na miesiąc!

Po trzecie, zbiorowych klientów przyciąga głębokość wiercenia. Tylko metody rotacyjnej można użyć do wiercenia studni zakopanej w rodzimych skałach metamorficznych i magmowych, z której pęknięć można pompować wodę, której skład jest najbardziej odpowiedni do picia.

Najczęściej tylko ujęcia przemysłowe pobierane są z ujęć o głębokości mniejszej niż 30 m.Na jego skład wpływają pobliskie zbiorniki wodne, rzeki zaśmiecone śmieciami, opady atmosferyczne i tylko techniczne płyny rozlane na ziemię. Rura ze śrubą i rdzeniem pomoże uzyskać tylko taki wlot.

Cały zestaw sprzętu wiertniczego można łatwo zamontować na pojedynczej platformie samochodowej o średnim obciążeniu. To sprawia, że ​​proces wiercenia obrotowego jest znacznie bardziej zaawansowany technologicznie, a zatem tańszy.

Ponadto wiercenie obrotowe pozwala przejść przez proces projektowania na pełną głębokość bez przełączania na inną metodę wiercenia. Na przykład podczas opracowywania studni za pomocą śruby, jeśli konieczne jest wywiercenie głazu, przełączają się na technikę liny uderzeniowej.

W tym celu skorupa śruby jest usuwana z lufy, a wiertło jest rzucane w twarz, dopóki głaz nie zostanie złamany. Potem rzeź oczyszczone przez kaucję. Stosuje się go, gdy konieczne jest podniesienie piasku nasyconego wodą na powierzchnię, która nie jest ziarnista w rurze rdzenia.

Praktyka pokazuje, że studnie wiercone metodą obrotową mają dłuższą żywotność. Technologicznie wynika to z faktu, że po zainstalowaniu sznurka obudowy tworzącego ściany odwiertu pierścień jest dalej wzmacniany.

Cóż, wyposażenie

Najpierw pionowa konsola jest montowana na powierzchni nad studnią w celu dalszego mocowania pionowych ogniw struny roboczej. Pierwsze ogniwo tego wału wiertniczego jest wyposażone w element roboczy - nieco, który może mieć inny format, w zależności od kategorii skały pod kątem wierności.

Oczywiście do wiercenia warstw wodonośnych stosuje się bardziej kompaktowe urządzenia, a zwykle nie jest wymagane utworzenie wyznaczonej wieży

Zestaw narzędzi do wiercenia

Podczas pogłębiania pierwszego ogniwa montuje się na nim świecę, następną, zwaną prętem, i tak dalej. Długość każdego takiego bloku rur może wynosić od 20 do 50 m. Aby uprościć tworzenie kolumny roboczej, każdy pręt jest wyposażony w stożkowy gwint z zamkiem.

W rezultacie powstaje wiertło, które składa się z:

• bit roboczy;
• pasek ołowiu;
• kolumny zwykłych prętów połączone za pomocą sprzęgieł.

Utrzymywanie kolumny roboczej odbywa się za pomocą krętlików, których obrót odbywa się za pomocą wirnika. W zależności od głębokości wiercenia, a także od fizycznych i mechanicznych właściwości gleby, pręty standardowe lub obciążone są wykorzystywane do utworzenia wiodącego ogniwa.

Drążek napędowy jest z reguły rurą obciążoną, ponieważ ma ważną misję technologiczną. Dzięki temu roztwór spłukujący wchodzi w twarz do bitu, którego zadaniem jest wypłukanie zmiażdżonej skały. To z kolei stawia wymagania dotyczące połączeń sprzęgających, których zadaniem jest uszczelnianie połączeń między ogniwami.

Nie zapominaj, że ciśnienie płynu zależy bezpośrednio od wysokości uformowanej kolumny (i nie zależy od przekroju rury). Co więcej, nawet jeśli woda jest używana jako roztwór myjący, wówczas co 10 metrów ciśnienie wzrośnie o 1 atmosferę.

Dla porównania warto podać przykład. Ciśnienie robocze w domowej sieci rur w domu wynosi 10 atmosfer, a najbardziej wytrzymałe rury są zaprojektowane na ciśnienie 20 atmosfer.

Tylko jeśli systemy domowe są nieruchome i nie poruszają się, wówczas nacisk jest równy ciężarowi wiertła na drążku napędowym. Ale nadal musi przekazywać pęd i siłę obrotową na bit.

Sprzęgła są najważniejszymi elementami pręta, ponieważ to one uwzględniają ciężar całej dolnej części sąsiedniego pręta, a także obciążenie wynikające z drgań dynamicznych i ruchu obrotowego wytwarzanego przez silnik

Następujące wymagania są nakładane na złącza jako elementy konstrukcyjne ciągu wiertniczego, są to:

• musi zapewnić szczelność połączenia pręta i wytrzymać ciśnienie płynu do 100 atmosfer (w celu oczyszczenia dna strumieniem ciśnienia);
• musi być odporny na zużycie, aby nie stał się bezużyteczny podczas ocierania się o ściany studni;
• musi być w stanie przenosić moment obrotowy z góry struny roboczej na dół i wreszcie na bit.

Konieczne jest, aby złącza były odpowiedniej jakości. Jeśli co najmniej jeden z nich nie wytrzyma obciążenia, a sznur roboczy jest zerwany, niezwykle trudno będzie uzyskać dolną część razem z bitem. Jeśli chodzi o nakłady inwestycyjne, czasami łatwiej jest wywiercić nową studnię w pobliżu niż uzyskać oderwany pręt ołowiowy.

Zużycie wody podczas wiercenia

Płyn dostarczany do twarzy to zwykle zwykła woda. Czasami, w celu ustabilizowania pnia przechodzącego przez luźne niespójne skały (piasek, żwir, żwir i żwir), do studni wprowadza się roztwór z dodatkami wiertniczymi. Jest to konieczne, ponieważ obudowa nie jest umieszczana w pierwszych etapach penetracji.

Woda dostaje się do wylotu pod ciśnieniem wewnątrz drążka napędowego (a następnie wypompowuje pierścień przestrzeń) lub grawitacją w dół pierścień przestrzeń, a usuwanie odbywa się już przez kolumnę roboczą z pompą ssącą.

Są to 2 różne technologie wiercenia obrotowego, których cechy zostaną omówione poniżej.

Wiercenie obrotowe charakteryzuje się najwyższym tempem rozwoju studni wodnej. W tym samym czasie, co wiercenie, lufa jest płukana, a opracowanie jest przygotowane na nadchodzące operacje

Jednak bez względu na zastosowaną metodę, płyn używany do wiercenia wszędzie musi zostać oczyszczony (do dalszego użycia).

Aby to zrobić, użyj następującego sprzętu:

• Stodoła do przechowywania płynów wiertniczych. (Jeśli planujesz wywiercić płytką studnię - w ciągu kilkudziesięciu można ułożyć bezpośrednio w ziemi, a zwykła woda jest używana jako płyn do płukania). Stodoła działa jak bateria do płukania płynu.
• Vibrosieve. Roztwór do płukania, podniesiony ze studni, zawiera cząstki pokruszonej skały, które należy usunąć. Najbardziej skutecznym sposobem jest mechaniczny przy użyciu ekranów wibracyjnych.
• Zbiornik sedymentacyjny. Po usunięciu dużych cząstek skały płyn wchodzi do miski olejowej, aby pozbyć się zawieszonych cząstek, które się wytrącają. Kiedy woda jest używana jako płyn do mycia, miska ścienna jest czasami wbudowywana bezpośrednio w ziemię. Ponadto do separacji substancji ciekłych i separacji osadów stosuje się hydrocyklon.
• Pompa do błota. To on zapewnia krążenie roztworu myjącego.
• System rynnowy. Są one potrzebne do przemieszczania wody z miejsca formowania kopalni do miejsca jej oczyszczenia.

W sumie potrzebne są następujące mechanizmy i sprzęt do opracowania odwiertu przy użyciu technologii rotacyjnej:

1. Wieża lub konsola do montażu sznurka wiertniczego z prętów i demontażu go na końcu wiercenia, a także systemu sprzętu.
2. Silnikzapewnianie obrotu wirnika.
3. Sprzęt płynny. Mechanizmy i urządzenia do cyrkulacji płynu myjącego i czyszczenia (pompa; ekran wibracyjny; studzienki i / lub hydrocyklon; stodoła do przechowywania płynu do płukania; system rur i rynien).

Do wiercenia obrotowego płytkich studni cały wymieniony zestaw urządzeń jest bardzo kompaktowy (na przykład wysięgnik konsoli się składa). Ułatwia to umieszczenie sprzętu wiertniczego w dowolnym dogodnym miejscu do wiercenia i późniejszej operacji.

Dwie opcje wiercenia obrotowego

W zależności od metody dostarczania płynu płuczącego do twarzy istnieją 2 rodzaje technologii wiercenia obrotowego:

1. bezpośrednie podawanie;
2. z odwrotnym podawaniem.

Należy zauważyć, że płyn dostarczany do twarzy jest przeznaczony nie tylko do płukania i usuwania pokruszonej skały. Chłodzi również bit, który jest bardzo gorący od tarcia. W przypadku bezpośredniego zasilania płynem pompa wytwarza nadciśnienie.

Woda wchodzi do twarzy przez technologiczne dziury w bitu, „podnosi” pokruszoną skałę, a następnie grawitacyjnie przez studnię (to znaczy przez pierścień przestrzeń w stosunku do pręta prowadzącego) wchodzi na powierzchnię, gdzie wchodzi do kompleksu czyszczącego (ekran wibracyjny, hydrocyklon).

Płukanie może być bezpośrednie lub odwrotne, od którego będą zależeć cechy jakościowe zastosowanego sprzętu, ale schemat połączeń jest ważny dla obu rodzajów technologii

Technologia odwrotnego podawania oznacza, że ​​płyn płuczący przepływa na dno grawitacyjnie, opadając przez studnię, ale roztwór ze zmiażdżonym materiałem wraca na powierzchnię już przez rurę pręta ołowianego. W tym przypadku pompa błotna wytwarza podciśnienie.

Pomimo pozornej prostoty obu technologii, istnieje znacznie więcej niuansów, niż mogłoby się wydawać na pierwszy rzut oka. Dlatego wydaje się właściwe, aby rozwodzić się nad każdą z tych technologii wiercenia bardziej szczegółowo.

Bezpośrednie wiercenie z płukaniem

Technologia ta jest czasami nazywana „bezpośrednim ciekiem wodnym”. Wskazane jest stosowanie go na piaszczystych, żwirowych, żwirowych glebach. Stosuje się go również, gdy głębokość warstwy wodonośnej nie przekracza 30 m. Tutaj do płynu dodaje się dodatki, które zwiększają jego gęstość i stabilność pnia.

Wiercenie obrotowe charakteryzuje się stopniowym spadkiem średnicy wierconego odwiertu. Innymi słowy, najpierw wiercona jest studnia o największej średnicy, a następnie bzdury rura, a przestrzeń pierścieniowa między zewnętrzną powierzchnią rury a ścianą studni przez otwory technologiczne jest wypełniona zaprawą cementową.

Dalsze wiercenie jest kontynuowane przy użyciu mniejszego dłuta. Potem znowu obudowa, a nowa sekcja ma jeszcze mniejszą średnicę itp. Im rzadziej trzeba „rozpraszać” cementowanie odwiertu, tym większa wydajność wiercenia, co ostatecznie przekłada się na całkowity koszt procesu i odwiertu.

Ponadto zbyt częsta obudowa prowadzi do tego, że efektywna średnica studni (średnica otwierająca warstwę wodonośną) jest znacznie zmniejszona. Tak więc „bezpośredni ciek wodny” charakteryzuje się tym, że studnia z tą metodą jego formowania nie może być obudowana do 100 metrów.

Główne ciśnienie płynu płuczącego jest wytwarzane przez pompę wewnątrz pręta napędowego i pierścień ciecz z elementami pokruszonej skały wypełnia przestrzeń grawitacyjnie, nie niszcząc ściany odwiertu nadmiernym ciśnieniem.

Schemat przepływu płynu do wiercenia bezpośredniego. Poddanie jej powierzchni jest wykonywane przez rurę pręta prowadzącego i unosi się na powierzchnię grawitacyjnie

Ta metoda wiercenia ma jednak swoje wady. W szczególności za długo otwarte strona prowadzi do tego, że drobno zdyspergowane cząstki gliny dostają się do warstw wodonośnych, co może znacznie zmniejszyć i spowolnić przepływ wody do wyjścia z warstwy wodonośnej.

Cząstki te odgrywają tutaj rolę swoistych zatyczek porów i mikrokanały w skale, przez którą przenika woda. Dlatego procedura osłonkowania wykonywana podczas wiercenia jest niezbędna do utrzymania przyszłej wydajności odwiertu jako całości.

Płukanie Wiercenie wsteczne

Dzięki tej metodzie kontrolowania przepływu płynu lufa i dno są najlepiej oczyszczane. Pompa tutaj nie wyciska płynu na dno, ale wręcz przeciwnie, zasysa go z powrotem, co prowadzi do tego, że prędkość formowania studni za pomocą dłuta wzrasta o rząd wielkości i kilka razy więcej w porównaniu do bezpośredniego spłukiwania.

Sama studnia nie jest zanieczyszczona wtrąceniami glinowymi przepływem przepływającego płynu myjącego. W końcu pompa wysysa wszystko, co może się w niej znajdować. Nawiasem mówiąc, nie ma już praktycznego sensu w dodatkach, dlatego czysta woda jest używana jako ten sam płyn myjący.

Schemat płukania wstecznego dla wiercenia obrotowego. Przepływ odbywa się grawitacyjnie przez pierścień, a szlam jest zasysany przez pompę przez rurę pręta napędowego

Podsumowując zalety wiercenia w strumieniu zwrotnym:

• zwiększa prędkość wiercenia (w porównaniu z bezpośrednim ciekiem wodnym) nawet 15 razy;
• warstwa wodonośna nie jest zatkana cząstkami gliny i mulistymi ziarnami piasku z dolnej części bez serca poziomy studni;
• ze względu na wysokiej jakości otwarcie warstwy wodonośnej studnia nie musi być dodatkowo przygotowana do pracy, można natychmiast zainstalować wewnętrzną obudowę z filtrem i rozpocząć wypompowywanie za pomocą pompy;
• prosta (a zatem i tania) woda jest używana jako płyn roboczy.

Jednak ta metoda ma znaczną wadę. Wymaga zaangażowania kosztownego sprzętu, co ostatecznie prowadzi do znacznego wzrostu kosztów całego procesu wiercenia jako całości.

Dlatego wiercenie za pomocą „odwróconego cieku wodnego” odbywa się tylko w tych przypadkach, gdy odwiert jest zaprojektowany do pracy przez kilka gospodarstw domowych jednocześnie. Jednak w przypadku, gdy odwiert jest zaprojektowany do indywidualnej eksploatacji, znacznie rozsądniej jest zastosować technologię wiercenia obrotowego z bezpośrednim ciekiem wodnym.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Wideo nr 1. Wizualna prezentacja procesu wiercenia obrotowego w etapach:

Wideo nr 2. Analiza technologii obrotowej i zasady ułożenia studni:

Wideo nr 3. Cyrkulacja wody podczas wiercenia obrotowego:

Sytuacja z obecnością i głębokością warstw wodonośnych może być bardzo różna w zależności od miejsca (ale gdzieś ich wcale nie ma, jak na wyspie Madera).

Przy projektowaniu studni i wyborze optymalnej metody wiercenia obrotowego należy wykorzystać istniejące mapy sprawdzonych warstw wodonośnych. Pozwoli ci to zaoszczędzić znaczny czas i pieniądze.

Opowiedz nam o swoich doświadczeniach z opracowaniem studni przy użyciu technologii rotacyjnej. Dziel się technologicznymi niuansami, które są przydatne dla odwiedzających witrynę. Proszę zostawić komentarz w poniższym formularzu blokowym, opublikować zdjęcie i zadać pytania dotyczące tematu artykułu.