Бурение скважины своими руками

Первые попытки бурения предпринимались ещё в период 4000-ных годов до нашей эры. Последние 100 лет деятельности социума особо подчёркивают всю важность бурения как технологии. Неудивительно, так как если представить полное отсутствие технологии бурения скважин, людям не пришлось бы узнать: что такое нефть и бензин. Соответственно, не пришлось бы использовать легковые и грузовые автомобили, а также на другие виды транспорта. Термин «бурение» охватывает сферы от стоматологии и производства скважины воды своими руками, до извлечения пробы льда с целью анализа изменения климата. Поэтому есть смысл рассмотреть тему бурения как можно ближе.

Начать с простого вопроса: что такое дрель?

Устройство, именуемое дрелью, представляет огромный спектр машин, предназначенных под функции сверления. Размеры сверлильных (буровых) установок варьируются от гигантских нефтяных вышек, до малых ручных машин дантистов. Тем не менее, практические функции всех машин подобного рода основаны на трёх ключевых составляющих:

1. Привод.
2. Сверло (бур).
3. Отверстие.

Энергетический привод

Любой механической работе требуется энергетический источник, обычно именуемый приводом. Привод простой бурильной головки (например, по дереву) представлен кривошипом, смещенным по центру, который поворачивается мышечной силой руки для передачи вращения сверлу.

Современная домашняя автоматическая дрель, как правило, приводится в движение мощным электродвигателем, наделённым к тому же коробкой передач. Поэтому пользователю доступно увеличивать или уменьшать скорость вращения сверла (бура). Мощные же буровые установки, приводятся в действие гигантскими дизельными двигателями или пневматическими компрессорами.

Сверлильный элемент

Второй ключевой частью устройства дрели выступает сверло, — вращающийся инструмент в форме стержня, способный резать (сверлить) определённый материал (например, дерево или метал). Любое сверло состоит из трёх  составных частей:

• хвостовик (верхняя часть под захват приводом),
• корпус (винтовая режущая область),
• наконечник (конечная режущая часть).

Сверло соединяется прочно с приводом посредством специального зажима – патрона. Вращательным движением пользователь затягивает (или ослабляет) губки патрона, чтобы закрепить либо высвободить сверло. Благодаря широкому диапазону перемещения губок, становится доступным применение бит (свёрл) разного калибра.

Большинство свёрл имеют две особенности:

1. Заостренный (конический) наконечник, который режет либо скребёт материал.
2. Спиральную винтовую резьбу (шнек) подъёма срезанного материала вверх по отверстию, с последующим отводом в сторону.

Иногда свёрла покрыты сверхтвердыми материалами, подобными карбиду вольфрама (соединение вольфрамового металла и углерода). Такое покрытие предотвращает быстрое истирание. Однако часто буровое долото и вал изготавливаются из цельного куска очень твердой стали, способной выдерживать высокие температуры (быстрорежущая или углеродистая сталь).

Термостойкость сверла – важная деталь, потому что процесс сверления сопровождается выделением большого количество тепла. Температурный синдром грозит повредить не только высверливаемый материал, но также сверло. Вот почему буровые коронки практически всегда охлаждают подводом жидкости к режущей кромке.

Такая технология отмечается и другим важным побочным преимуществом: охлаждающая жидкость помогает смывать отходы процесса сверления, облегчая тем самым дальнейший ход сверла. Поэтому традиционно жидкость именуется «смазочно-охлаждающей».

Просверленное отверстие

Отверстие, по сути, конечный продукт бурения. Казалось бы, незначительная деталь процесса, но фактически является наиболее важной частью. Если не брать во внимание изготовление отверстия наспех (на скорую руку), во всех иных случаях размер отверстия при бурении имеет критическую значимость.

Например, высверленное отверстие часто требует точной подгонки под болт, винт или другую деталь. Соответственно, отверстие следует высверливать с высокой точностью относительно требуемого диаметра (ни чрезмерно большим, ни чрезмерно малым). Вот почему свёрла комплектуются как сменные насадки в широком диапазоне различных и очень точных диаметров.

В большинстве случаев сверления отверстия выполняются абсолютно прямо и перпендикулярно (под прямым углом) к базовому материалу. Отчасти поэтому металлические сверла в мастерских устанавливают на небольших станках и приводят в действие на ход ручным рычагом.

Наука классическое бурение

Материаловедение является важнейшим аспектом науки о бурении. Степень твёрдости различных материалов оценивается от 1 до 10 по шкале привязи Мооса. Наиболее мягкие материалы занимают верхние строчки списка ниже:

• Тальк
• Гипс
• Кальцит
• Флюорит
• Апатит
• Полевой шпат
• Кварц
• Топаз
• Корунд
• Алмаз

Любой материал тверже другого материала с более низким значением твердости по Моосу, способен резать более мягкий материал. Нет ничего удивительного в том, что буровые коронки сделаны из материалов с высоким значением шкалы Мооса.

Алмаз (промышленный, не ювелирный) — наиболее твёрдый материал, занимающий вершину шкалы твёрдости. Карбид вольфрама — другой популярный буровой материал, показывающий твёрдость по шкале Мооса на уровне 8–9 (по сравнению с обычным вольфрамом 7–8). Высокоскоростная углеродистая сталь, используемая в конструкции буровых наконечников, демонстрирует значения твёрдости около 6–7 по шкале Мооса.

На практике отмечаются два типа промышленного бурения:

1. Роторное бурение
2. Ударное бурение.

Роторное бурение

Роторное бурение традиционно применимо к устройству нефтяных вышек. Здесь постепенным проталкиванием бура делается отверстие в земле с периодическим наращиванием хвостовой части.

В отличие от обычной бытовой дрели, хвостовик, используемый роторным бурением, не имеет фиксированной длины. В процессе бурения периодически добавляются новые секции бурового долота. В конечном итоге бурильная колонна может достигать длины нескольких километров.

Бурильная колонна приводится в действие либо двигателем, установленным непосредственно над колонной (верхний прямой привод), либо своего рода устройством с вращающимся воротником (привод Келли и вращающийся стол). Во втором случае устройство приводится в действие расположенным рядом дизельным двигателем. Скорость вращения достигает 100 оборотов в минуту.

На таких скоростях и при условиях преодоления больших расстояний под землёй, отвод тепла видится основной проблемой. Поэтому охлаждающая жидкость (буровой раствор) постоянно закачивается в скважину (одновременно используется для переноса шлама через внутреннюю полость колонны). Буровое долото требует невероятной прочности для таких условий. Как правило, для изготовления инструмента используются закалённые материалы, подобные карбид вольфраму или промышленному алмазу.

Роторная буровая установка поддерживается высокой металлической башней — вышкой. Вращающаяся часть колонны поднимается и опускается шкивом (блок-захват) в верхней части буровой вышки. Эта часть называется коронным модулем. Нижняя часть шкива, поддерживающая движение вверх и вниз, называется подвижным модулем.

Ударное (перкуссионное) бурение

Дрель, наделённая ударным механизмом, является перкуссионным инструментом бурения. Термин «перкуссия» в данном случае не связан с музыкой, но связан с ударным эффектом. Перкуссионное бурение выполняется не за счёт вращательного движения, а благодаря часто повторяющимся ударам от давления. К примеру, давления, созданного сжатым воздухом.

Отбойный молоток (пневматическая дрель) — самый мелкий вид ударной (перкуссионной) дрели. Строительные работы часто включают применение гораздо более крупных видов инструментов перкуссионного бурения. Например, использование сваебойных машин (сваебойный копер), когда фундаменты здания или моста формируют, врезая в землю бетонные сваи многократными ударами.

В зависимости от местности, этот вид работы нередко выглядит трудоёмким, зачастую требует большого количества времени, чтобы забить сваю всего лишь на несколько метров. Ударное (перкуссионное) бурение также применяется для работы на твёрдых породах грунта под изготовление скважин глубиной более 1 км.

Когда движение бура становится затруднительным, техника ударного бурения предполагает использование сверхтяжёлых инструментов, где сочетаются сила вращения бурильной колонны и периодические удары. При этом удары по долоту перкуссионного типа наносятся в нижней части колонны (на уровне земли).

Воздушно-ударное бурение

Существует множество различных типов и вариаций техники воздушно-ударного бурения. Все типажи и варианты в значительной степени зависят от состава грунта, глубины и диаметра отверстия, которое необходимо пробурить. Также учитываются причины бурения отверстия (скважины).

При вращательном воздушно-ударном бурении (вращательно-воздушном подрыве, бурении погруженным пневмо-ударником) бурильная колонна вращается обычным образом. Однако внизу, вместо простого бурового долота используется более сложный пневматический механизм — ударник (буровой забойный двигатель).

Буровой забойный двигатель имеет прочный стальной корпус и множество мелких вольфрамовых стержней (кнопок). Стержни постоянно перемещаются внутрь и наружу подобно малым отбойным молоткам. Одновременно бурильная колонна вращается, раскалывает и разрывает скалу.

При воздушно-ударном бурении в скважине бурильная колонна вращается вверху, а сжатый воздух подается вниз через внутреннюю полость бурильной колонны. Поэтому удары наносятся в самом низу, непосредственно по буровой головке. Эта технология уменьшает износ бурильной колонны и соединений отдельных частей.

Как бурить скважину воды своими руками?

Скважину довольно легко бурить (прогонять), когда вода под землёй образует подземные резервуары. Однако подобная ситуация на практике — редкость. Чаще всего запасы подземных вод существуют в слоях пористых песков, ила. В этом случае процесс создания скважины видится достаточно сложным, но вполне решаемым своими силами.

Следует постараться определить характер глубину залегания подземных вод. В некоторых районах подземные воды находятся близко к поверхности; в других районах глубина залегания может быть значительной. В любом случае для получения качественной питьевой воды придётся бурить скважину достаточно глубоко.

Приемлемое качество воды обычно достигается на глубине не менее 10 м. Но, как правило, под чистую воду приходится бурить скважину ещё глубже. Никогда не следует бурить (проходить) скважину в заболоченной, влажной зоне. Необходимо определиться, бурить скважину или проходить. Это совершенно разные процессы, напрямую связанные с глубиной залегания вод и характером почвы.

Следует проконсультироваться с местными властями, ответственными за строительство, относительно разрешения на бурение. В большинстве регионов такое разрешение требуется обязательно, поскольку качество питьевой воды находится под контролем общественного здравоохранения.

Получить информацию о закладках сетей канализационных линий, подземных септических систем, расположенных поблизости. Если таковые системы существуют, выполнять бурение скважины допустимо на расстоянии не менее 15 метров от границы залегания подобных систем, дабы избежать загрязнения воды будущей скважины.

Процесс проходки скважины

Менее дорогостоящим, но более требовательным к физическим нагрузкам потенциального бурильщика считается способ создания скважины проходкой. Способ проходки скважины – это, по сути, тот же процесс бурения, но методом вбивания отрезков труб в землю до момента, пока трубная колонна не достигнет подземного источника воды.

Некоторые типы почвы затрудняют или делают невозможной методику проходки. Например, если для местности характерно присутствие большого количества глины, есть риск столкнуться с трудностями или невозможностью чисто физически выполнять работу. Аналогичной видится ситуация для районов, где существуют залежи ледникового камня или мелкой породы. Здесь выручает только технология бурения, как правило, профессиональным исполнением.

Инструменты и материалы под метод проходки скважины

Под изготовление так называемого трубного колодца необходим следующий набор инструментов и материалов:

1. Ручной бур
2. Иглофильтр (первая секция трубы-фильтра с наконечником)
3. Копер для забивания труб (столбов)
4. Оцинкованная стальная труба (несколько 1,5-метровых секций)
5. Насос типа «Гном»
6. Соединительные муфты
7. Свайный бугель (наголовник)
8. Трубно-резьбовое соединение
9. Трубные ключи
10. Верёвка (15-20 м) с грузом на конце

Как делают скважину для воды проходкой?

Изначально посредством бура делается базовое отверстие глубиной 0,5-0,6 метра. Затем, первую трубную секцию, оснащённую иглофильтром снизу и свайным бугелем сверху, устанавливают строго вертикально в созданное отверстие. Применяя инструмент копер, вбивают первую секцию в грунт. Забивка продолжается до момента, пока над уровнем земли не останется 25-30 см части трубы с наголовником.

На следующем этапе необходимо добавить очередную секцию трубы. Для этого снимают бугель и накручивают на открывшийся конец трубы муфту с внутренней резьбой. Снятый свайный бугель переставляют на верхний конец следующей трубной секции. Так, наращивая периодически колонну труб, выполняют проходку скважины до критического момента.

В данном случае критический момент – вхождение нижней части трубной колонны в область подземного источника воды. Этот момент, как правило, сопровождается глухими отзвуками при ударах по наголовнику трубы. Проходку останавливают и выполняют исследовательские работы.

В частности, необходимо определить, насколько глубоко конечная часть колонны (иглофильтр) находится в толще воды. Для этого снимают с верхней части трубной колонны свайный бугель и опускают в скважину груз, закреплённый на верёвке. Как только груз достигнет дна, извлекают контрольный груз и проверяют на влажность. С помощью таких проверок необходимо убедиться, что иглофильтр полностью погружен в воду.

После удачной проверки подключают погружной насос и опускают внутрь трубной скважины. Как правило, скважины проходкой не выдают столько же воды, сколько способны давать скважины, сделанные бурением. Тем не менее, хорошим результатом считается поступление воды в объёме не менее 20 литров в минуту. Если такого результата нет, проходку продолжают (по мере возможности) до получения лучшего результата.

Как делают скважину для воды бурением?

Методика бурением также отличается разнообразием подходов. Однако наиболее популярными способами (как показывает практика) выступают способы «шнека» и «пирамиды». Первый способ, где используется бур-шнек, удачно подходит для производства скважин воды на глиняных грунтах. Но этот инструмент ручного применения, диаметром 5-75 см, позволяет достигать глубины не более 6 метров (оптимально 4-5 м).

При помощи «пирамиды» глубину можно увеличить до 10-15 м. Конструкция «пирамиды» отличается тем, что не имеет винтовой части на штанге. В этом варианте штанга (труба) полностью оголённая, а наконечник выполнен в виде заострённой пирамиды с пластинчатыми «крыльями». Элементы «крыльев» располагаются один напротив другого и зачастую комбинируются по размерности от малых элементов до больших элементов.

При бурении «пирамидой» и «шнеком» традиционно применяется активное водяное смачивание. Аналогично методу проходки, здесь используется наращивание колонны с помощью резьбовых муфт по мере прохождения каждого следующего уровня. Вода для «смазки» и промывки подаётся сверху через внутреннюю область трубной колонны. Наглядный пример бурения скважины воды «пирамидой» демонстрируется видеороликом ниже.

Видео производства скважины своими руками

Рекомендуется к просмотру (настоятельно) видеоматериал о самостоятельном производстве скважины воды. Очень полезное и доходчивое кино на злободневную тему:

---