Metody wiercenia studni: zasady technologiczne i cechy głównych metod

Urządzenie studni wiąże się z wykorzystaniem różnych metod wiercenia. Luźne i nasycone wodą gleby są wydobywane za pomocą bailera. Do wiercenia w formacjach ilastych i skalnych stosuje się metody wiercenia studni oparte na zasadzie rotacji i wibracji.

Prace obejmowały mechanizmy umożliwiające rozwój gleb różnego rodzaju i na różnych głębokościach. Powiemy Ci, jak wybrać optymalną technologię wiercenia, która pozwala szybko i bezbłędnie przejść przez proces opracowywania urządzenia pobierającego wodę.

Do wizualnej prezentacji proponowanych przez nas informacji tekst jest uzupełniany przydatnymi schematami, kolekcjami zdjęć, przewodnikami wideo.

Rodzaje metod wiercenia

Wcześniej przeprowadzono wiercenia warstw wodonośnych do użytku osobistego sposób ręczny. Był to czasochłonny i długotrwały proces, więc nie każdy właściciel witryny lub domku może się pochwalić posiadaniem własnego źródła zaopatrzenia w wodę.

Stopniowo zmechanizowane wiercenie wyparło metody ręczne ze względu na znaczne ułatwienie i przyspieszenie procesu.

Obecnie prawie wszystkie warstwy wodonośne wierci się w sposób zmechanizowany, który polega na niszczeniu gleby, doprowadzając ją na powierzchnię na jeden z dwóch sposobów: na sucho, gdy gleba odpadowa jest usuwana ze studni za pomocą mechanizmów i hydrauliki, gdy jest wypłukiwana przez wodę dostarczaną pod ciśnieniem lub grawitacyjnie.

Istnieją trzy główne metody wiercenia mechanicznego:

• Obrotowe (gleba jest rozwijana przez rotację).
• Szok (Bursnaryad niszczy ziemię uderzeniami).
• Wibruje (gleba jest wywoływana przez oscylacje o wysokiej częstotliwości).

Metoda rotacyjna jest uważana za najbardziej wydajną, 3-5 razy wyższą pod względem wydajności niż wstrząs i 5-10 wibracji. Ponadto metoda rotacyjna jest najtańsza i najtańsza, jest często stosowana jako główna metoda ręcznego wiercenia.

Mechaniczne metody rotacyjne wiercenia studni wodnych zastąpiły nieefektywne metody ręczne

Z kolei metoda wiercenia obrotowego, szeroko stosowana do budowy studni wodnych, dzieli się na cztery główne typy wierceń:

• rdzeń;
• ślimak;
• lina uderzeniowa;
• obrotowy.

Każdy rodzaj wiercenia obrotowego ma swoją własną charakterystykę i jest wykonywany przez specjalnie do tego zaprojektowany sprzęt. Rozważ bardziej szczegółowo te rodzaje wiercenia, określ ich różnice i jaką metodę należy zastosować w każdym przypadku.

Specyfika wiercenia rdzeniowego

Wiercenie rdzeniowe to mechaniczna metoda rotacyjna, w której glina lub gęsta piaszczysta gleba jest wydobywana w postaci cylindrycznego rdzenia. Wiertło rdzeniowe to grubościenna metalowa rura.

Na górze wiertła rdzeniowego znajduje się urządzenie do mocowania prętów niezbędnych do budowy ciągu wiertniczego. Poniżej znajduje się korona, której rodzaj jest wybierany w zależności od kategorii gleby do wiercenia.

Podczas jazdy metodą kolumnową gleba jest niszczona przez pierścieniową koronę. Jednocześnie rdzeń pozostaje nienaruszony. Aby ułatwić proces wiercenia na twardych i półstałych glinach, glinach, skałach, płyn płuczący jest dostarczany do powierzchni.

Podczas wiercenia rdzeniowego gleba nie jest niszczona, lecz „wiercona” przez koronę i chwytana przez rurę rdzeniową. Na powierzchni wiercona skała jest wydobywana w postaci rdzenia - monolitycznej cylindrycznej kolumny skały

Szlam z dna jest czasami usuwany przez mycie - pompowanie dużej ilości wody do beczki. Najczęściej płukanie jest zastępowane przez przedmuchiwanie sprężonego powietrza dostarczanego przez sprężarkę do rury. Ten rodzaj wiercenia pozwala wiercić studnie o głębokości do 1000 metrów i średnicy od 8 do 20 cm.

Mechaniczne wiercenie rdzeniowe odbywa się za pomocą wiertnic typu ZIF, UGB, UKB, montowanych na samochodach KAMAZ, KRAZ, skidderach itp. W przykładzie wykonania dla wiercenie ręczne rura rdzeniowa jest skrócona, zwana dzwonkiem lub szkłem. Po odwróceniu ostatniego przedmiotu gospodarstwa domowego rura rdzeniowa jest strukturalnie podobna.

Wiercenie rdzeniowe jest stosowane w następujących przypadkach:

• eksploracja minerałów;
• wiercenie studni poszukiwawczych;
• rozmieszczenie warstw wodonośnych o dowolnej głębokości, w tym studnie bez filtra w formacjach skalnych.

Do urządzenia prywatne studnie wodne w niektórych przypadkach podstawową metodę stosuje się przed rozpoczęciem wiercenia ślimakowego lub obrotowego, wykonując zarówno role rozpoznawcze, jak i przygotowawcze.

W budowie studni prywatnych wiercenie rdzeniowe stosuje się w połączeniu z wierceniem szokowym. Warstwy gliny przechodzą przez rdzeń rurowy.Luźne piaski, żwir i żwir z kruszywem piaskowym, które nie pozostają w rurze rdzenia, są usuwane z beczki przez zhelonowanie.

Pod względem wydajności metoda rdzeniowa jest nieco gorsza od metody śrubowej wiercenia studni wodnych. Szybciej wiercą ślimak, ale nie pozwala to całkowicie uwolnić pnia z wierconej skały. Są rzadko używane w parach. A jeśli zostanie podany, pierwsze kilka metrów przechodzi ze śrubą.

Korony nie niszczą gleby, ale ostrożnie przecinają ją na obwodzie, tworząc „kolumny” - rdzenie, badając, które można zrobić z hydrologicznego fragmentu witryny

Używany sprzęt i narzędzia

Do wiercenia rdzeniowego stosuje się następujące narzędzia:

• wiertła wykonane z diamentu lub innego materiału z węglików spiekanych (stal, wolfram, win);
• rura rdzeniowa;
• rura do usuwania osadu;
• pręty potrzebne do zbudowania wiertła;
• złącza sprzęgające, adaptery między rurami, uszczelnienie spłukujące.

Podczas wiercenia w skałach wiertło szybko się zużywa i należy je wymienić. Materiał korony jest drogi, wytrzymuje ogromne obciążenia, najczęściej stosowane opcje wiercenia diamentowego.

Wszystkie narzędzia używane w procesie wiercenia muszą być wyrównane, tj. umiejscowiony dokładnie względem osi wiercenia.

Technologia wiercenia rdzeniowego

Główną cechą wiercenia rdzeniowego jest przejście skały z pełnym zachowaniem w rurze rdzeniowej. Tj. podczas działania sprzętu wiertniczego korona na pierścieniu niszczy glebę, która w miarę zanurzania jest wciskana w rurę rdzeniową i utrzymywana w niej z powodu własnej gęstości.

Podczas usuwania napełnionej rury z wału roboczego jest ona uwalniana z rdzenia poprzez stukanie młotem.

Etapowy proces wiercenia rdzeniowego jest następujący:

• wiertło jest połączone z rurą rdzenia;
• rura rdzeniowa jest połączona z prętami, które rosną w miarę pogłębiania;
• górny pręt jest zamocowany w platformie wiertniczej;
• wiertło obraca wiertło i stopniowo „wkręca” je w ziemię;
• rura rdzeniowa jest stopniowo wypełniana zagłębioną w rdzeniu glebą we wnęce;
• po przejechaniu 50 - 70 cm sznurek wiertniczy jest usuwany na powierzchnię, pręty są kolejno odłączane, aż rura rdzeniowa zostanie usunięta;
• rura jest wolna od sadzonek;
• pusta skorupa jest ponownie opuszczana na twarz, zwiększając ciąg wiertła za pomocą prętów.

Czynności są wykonywane w opisanej kolejności, dopóki odwiert nie ujawni warstwy wodonośnej i nie zanurzy się 50 cm w leżącą pod nią wodoodporną skałę.

Jeśli zamocowanie górnej warstwy wodonośnej nie jest celem zatonięcia, wówczas górne warstwy mogą zaczerwienienie. W takim przypadku pompa sprzedaje roztwór do płukania przez wąż do rur. Następnie rozwiązanie przenosi rozwiniętą glebę na powierzchnię.

Jeśli celem ułożenia studni nie jest warstwa wodonośna w piasku, wiercenie można wykonać przed dotarciem do skały

Dobre mocne i słabe strony

W porównaniu z metodami wiercenia udarowego i obrotowego wiercenie rdzeniowe odbywa się dość szybko, co znacznie skraca czas pracy. Jego główną wadą jest niemożność podnoszenia luźnych gleb i kamyków nasyconych wodą. Powoli poruszając się po skałach, trochę potrzeba, by popędzić głazy.

Zalety wiercenia rdzeniowego obejmują:

• wysoka wydajność i zdolność do wiercenia studni o głębokości ponad 100 m;
• zmniejszenie obciążeń urządzeń wiertniczych z powodu zniszczenia gliny, porównywalne do jej cięcia;
• możliwość zastosowania mobilnej wiertnicy o kompaktowych wymiarach.

Wiercenie rdzeniowe jest jedną z najszybszych metod opracowania ujęć wody.Studnia na piasku dzięki jej zastosowaniu może zostać ukończona w ciągu jednego dnia roboczego. Rozwijany ręczne pobieranie wody zajmie znacznie więcej czasu.

Funkcje wiercenia ślimakowego

Tego rodzaju wiercenia najczęściej stosuje się obecnie przy budowie warstw wodonośnych w gospodarstwach prywatnych. Cechą wiercenia ślimakowego jest to, że opracowana skała jest całkowicie usuwana z odwiertu bez angażowania dodatkowego wyposażenia. Metoda przypomina wkręcanie, pozwala wiercić na głębokości, a jednocześnie usuwać niepotrzebną glebę.

Narzędzie używane do wiercenia nosi nazwę świdra. Jest to metalowy pręt z ostrzami. Wkręcając się w ziemię, śruba niszczy skałę, która utrzymuje się na jej ostrzach. Ze względu na specyficzną konstrukcję śruby niemożliwe jest całkowite uwolnienie twarzy z ostrza. Dlatego służy głównie do napędzania górnych warstw.

Wiercenie ślimakowe jest szybką i niedrogą metodą, która nie wymaga zbiornika płynu płuczącego

Wiercenie za pomocą śruby nie wymaga dużego wysiłku i kosztów finansowych, więc zakres tej metody jest wystarczająco szeroki: odwierty poszukiwawcze, układanie komunikacji, budowa odwiertów i częściowo wiercenie w wodzie.

Obecnie jest aktywnie wykorzystywany do budowy studni abisyńskich, aby nie całkowicie zatkać igły w gęstej glebie, ale nieco ułatwić proces zanurzania pnia w uprzednio zniszczonej skale.

Metoda jest odpowiednia do rozwoju warstw wodonośnych o głębokości do 30 m na glebach miękkich i luźnych oraz do 20 m na glebach średnio gęstych. Po penetracji ślimaka i zamontowaniu obudowy, odwiert musi zostać oczyszczony z nie podnieconej skały przez bailera.

Ślimak kategorycznie nie nadaje się do pracy w skałach! Służy do częściowej penetracji studni o długości do 120 m, podczas gdy metoda ta jest łączona z innymi: obrotowymi, szokowymi, rdzeniowymi.

Zaangażowany sprzęt i narzędzia

Wiercenie ślimakowe odbywa się za pomocą wiertnicy, której głównym elementem jest śrubowe narzędzie wiertnicze wykonane z metalu o wysokiej wytrzymałości. Wywierć sznurek jako pogłębiające się śruby o równej wielkości.

W zestawie czasami używane są brzeszczoty niezbędne do przejścia luźnych skał, a także bity z okrągłymi lub stożkowymi głowicami, wykorzystywane do rozwoju twardych skał.

Wiertnica oparta na samochodzie wyposażonym w mocny silnik to najlepsza opcja do wiercenia w odległych i niedostępnych miejscach

Większość nowoczesnych platform wiertniczych jest wyposażona w wydrążone skorupy wyposażone w odwracalne blokady, które uniemożliwiają ruch narzędzia w przeciwnym kierunku.

Tnące części ślimaka podczas wiercenia są chłodzone z powodu rozwiniętej gleby, a rozwinięta skała unosi się spiralnie. Umożliwia to wiercenie bez zatrzymywania, co znacznie skraca czas i koszty energii związane z tworzeniem warstwy wodonośnej.

Technologia wiercenia ślimakowego

Po zakończeniu penetracji, której głębokość wynosi 1,5 - 2,0 m, ślimak jest usuwany i instalowany w studni rury osłonowe. Średnica studni wywierconej śrubą wynosi 50-200 mm i zależy od wielkości zastosowanego narzędzia.

Zapadanie się ścian otworu wiertniczego zapobiega obudowie. Jest to szczególnie ważne w przypadku luźnych, niespójnych gleb, dlatego wiertarki mają zasadę: podczas jazdy piaskiem ilastym należy używać świdrów z ostrzami pod kątem 30 - 60º, a podczas wiercenia piasków o dużym zagęszczeniu narzędzie z ostrzami pod kątem 90º.

Przy mniejszym nachyleniu zwojów spirali ślimaka większe ostrze świdra unosi ślimak na powierzchnię.

Wiercenie ślimakowe nie wymaga użycia płynu płuczącego, kamień powstały za pomocą dłuta jest przenoszony na powierzchnię na ostrza narzędzia

Plusy i minusy używania śruby

Metoda wiercenia świdra pozwala na jak najszybsze wykonanie studni, pod warunkiem, że rozmiar świdra i kąt nachylenia świdra zostały odpowiednio wybrane.

Zalety wiercenia ślimakowego obejmują:

• gleba unosi się na powierzchnię natychmiast podczas wiercenia;
• duża prędkość zagłębiania się w ziemię bez przestojów technologicznych;
• nie ma potrzeby spłukiwania odwiertu;
• kompaktowy świder lub świder ręczny można wiercić w domu (w piwnicy);
• nie ma potrzeby podnoszenia pierwszego ogniwa do powierzchni i demontażu / montażu sznurka wiertniczego, jak w metodzie rdzenia.

Główną wadą wiercenia ślimakowego jest niemożność pracy na luźnych i bardzo twardych glebach, ale jednocześnie świder jest idealnym narzędziem do wiercenia w glebach gliniastych, mieszanych (gliniastych i piaszczystych) i miękkich glebach gliniastych.

Kolejną wadą, która ogranicza użycie śruby do budowy warstw wodonośnych, jest konieczność zastosowania metody liny uderzeniowej do oczyszczenia pnia ze zrzuconych skał.

Podobieństwo świder - cewka szeroko stosowany w wierceniu ręcznym. Niszczy również skałę i chwyta ją ostrzami w celu wydobycia.

Funkcja wiercenia obrotowego

Wiercenie obrotowe jest metodą obrotowego wiercenia wibracyjnego, w którym niszczenie gleby odbywa się za pomocą wiertła napędzanego w dnie studni z wirnika wiertnicy. Wirnik obraca się od silnika samochodowego lub oddzielnie zainstalowanego silnika elektrycznego przez wał napędowy.

Rozwinięta gleba jest wymywana z szybu studni poprzez bezpośrednie lub odwrotne płukanie. Roztwór myjący może być dostarczany grawitacyjnie lub za pomocą stacji pomp.

Większość studni artezyjskich wiercona jest metodą wiercenia obrotowego: za pomocą obrotowego obrotowego wiertła, a następnie płukania studni i zabezpieczenia obudowy

Wiercenie obrotowe służy do zagospodarowywania gleb skalistych i półskalistych z instalacją głębokich studni do 150 m. Wiertnica obrotowa z odpowiednio dobranym wiertłem i ważonymi rurami wiertniczymi radzi sobie z formacjami skalnymi.

Wiertarki zalecają stosowanie tej metody wiercenia w następujących warunkach:

1. Część hydrogeologiczna tego miejsca została dość dobrze zbadana. Wiadomo, że kamień ma być wiercony. Poziom występowania warstwy wodonośnej w skale jest znany.
2. Wody gruntowe mają charakterystyczny nacisk na studnie artezyjskie
3. Istnieje możliwość nieprzerwanego dostarczania wody procesowej do płukania studni.

W regionach południowych wiercenie obrotowe można przeprowadzać przez cały rok, aw klimacie północnym zastosowanie tej metody jest ograniczone ze względu na możliwość zamrożenia płynu płuczącego.

Zastosowany sprzęt i narzędzia

Wiercenie obrotowe warstw wodonośnych odbywa się za pomocą ramy lub wieży kratowej, na których znajdują się urządzenia podnoszące i inne elementy wiertnicy. Wieża umożliwia podnoszenie i opuszczanie struny wiertniczej do studni.

Wiertnica obrotowa obejmuje:

• rama lub wieża kratowa;
• silnik z napędem;
• wirnik i wiertło;
• sprzęt pompujący i system oczyszczania płynu płuczącego;
• urządzenia do podnoszenia, przewód ciśnieniowy, obrotowe, uszczelnienia olejowe itp.

W jednostkach samobieżnych silnik pojazdu służy jako silnik, na podstawie którego zlokalizowany jest kompleks wiertniczy. W tym przypadku prędkość obrotowa silnika jest regulowana przez prędkość narzędzia wiertniczego.

Stacjonarny lub mobilny silnik elektryczny, silnik spalinowy samochodu, generatory mogą działać jako źródło energii dla obrotowej wiertnicy

Wirnik za pomocą przekładni przenosi obrót na rurę prowadzącą, która z kolei przekazuje ją do głównego narzędzia wiertniczego - dłuta. Wiertło może mieć inny kształt i jest wykonane z materiałów o wysokiej wytrzymałości: kompozytów, stali pokrytej diamentem itp.

Dla każdego rodzaju gleby wybierany jest specjalny rozmiar i kształt wiertła, co zapewnia wysoką wydajność i szybkość penetracji.

Specyfika technologii rotacyjnej

Wiercenie obrotowe studni na wodę odbywa się w trzech etapach:

1. Łamanie skały za pomocą dłuta.
2. Usuwanie zniszczonej skały na powierzchnię przez przepływ wstrzykniętej wody.
3. Wzmocnienie ścian otworu wiertniczego za pomocą rur osłonowych.

Usuwanie zniszczonej gleby odbywa się przez odwrotne lub bezpośrednie mycie. Wybór metody płukania zależy od konkretnych warunków: głębokości studni, rodzaju gleby, dostępności wymaganej objętości wody do płukania.

Zazwyczaj prywatne gospodarstwa rolne stosują technologię wiercenia bezpośredniego, która obejmuje następujące etapy:

• pogłębianie bitów o dużej średnicy w ziemię;
• obrót bitów pod wpływem wirnika;
• instalacja rur wiertniczych i instalacja rur ważonych między nimi a bitem;
• usuwanie gleby odpadowej za pomocą ciśnienia płynu za pomocą pompy;
• montaż obudowy zapobiegający zraszaniu gleby wewnątrz studni;
• wiercenie wiertłem o mniejszej średnicy i powtarzanie całego cyklu.

Podczas płukania wstecznego gleba jest usuwana ze studni przez rurę wiertniczą, a płyn płuczący wlewa się między ścianki studni a rury.

Woda płynie grawitacyjnie do uprzednio przygotowanego zbiornika, gdzie jest oczyszczana z gleby i szlamu, i wraca do łańcucha wiertniczego w celu uzyskania nowej porcji skały odpadowej.

W niektórych przypadkach podczas wiercenia obrotowego nie stosuje się bezpośredniego lub wstecznego płukania, ale wdmuchiwanie powietrza pod ciśnieniem wytwarzanym za pomocą sprężarki

Zalety i wady wiercenia obrotowego

Główną zaletą metody rotacyjnej jest możliwość wiercenia głębokich studni z ujęciem wody w pękniętym wapieniu.

Ponadto ta metoda wiercenia ma następujące zalety:

• wysokiej jakości otwarcie nośnika wody w skale;
• możliwość ustawienia studni o dużej średnicy do 200 cm;
• duża prędkość wiercenia, niskie koszty energii.

Znaczącą wadę wiercenia obrotowego można nazwać koniecznością płukania studni.

Którą metodę wiercenia wybrać?

Wszystkie rozważane metody wiercenia mechanicznego są szeroko stosowane do budowy warstw wodonośnych.

Podsumowując, możemy powiedzieć, że:

1. Wiercenie rdzeniowe zaleca się stosować do tonięcia w plastikowych glebach ilastych. Metoda kolumnowa jest odpowiednia dla urządzenia z większością ujęć wody; w razie potrzeby jest stosowana w połączeniu z liną uderzeniową.
2. Wiercenie ślimakowe w zastosowaniu jest podobne do metody rdzenia. Różni się od niej słabym czyszczeniem lufy, wymaga obowiązkowego użycia bailera lub długotrwałego mycia studni przed uruchomieniem.
3. Wiercenie obrotowe jest najlepszą opcją do wykrawania otworów wiertniczych w glebach skalistych.

Koszt opracowania odwiertu przy użyciu tej lub innej metody wiercenia zależy w dużej mierze od używanego sprzętu, a także od kategorii skał przepuszczanych przez wiertło.

Dobrze dobrana metoda wiercenia studni nie tylko pomoże skrócić czas poświęcony na wiercenie, ale także pozwoli na bezproblemową eksploatację źródła wody w przyszłości

Możesz przeczytać o tym, jak zrobić wiertnicę własnymi rękami w innej popularny artykuł nasza strona.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Wideo nr 1. Demonstracja zasady klasycznego wiercenia rdzeniowego z ekstrakcją rdzenia przez ciśnienie wody:

Wideo nr 2. Cechy wiercenia studni ślimakowej:

Wideo nr 3. Wiercenie rdzeniowe studni z myciem dna i instalowaniem podwójnej obudowy, której zewnętrzna część jest wykonana z rur stalowych, wewnętrzny polimer:

Wiercenie warstwy wodonośnej jest procesem czasochłonnym. Nie tylko prędkość urządzenia autonomicznego źródła wody, ale także koszty finansowe zależą od poprawności wybranej metody wiercenia.

Pierwszą rzeczą, na którą należy zwrócić uwagę przy wyborze metody wiercenia, jest rodzaj gleby i głębokość warstwy wodonośnej. W oparciu o te parametry możesz wybrać najlepszą opcję, która pozwoli ci szybko i tanio wywiercić studnię.

Czy chcesz podzielić się historią wiercenia studni we własnym obszarze lub przydatnymi informacjami na temat tego artykułu? Proszę zostawić komentarz w bloku poniżej. Tutaj możesz zadać pytanie lub wskazać kontrowersyjne punkty w tekście.