Roterande brunnsborrning: översikt över borrteknik och nödvändig utrustning

Om ett hus på landet inte kan anslutas till en central vattenförsörjning, måste du organisera ett autonomt system.De flesta ägare föredrar att bygga den på grundval av en brunn, vars utveckling använder olika metoder. Vi kommer att titta på roterande brunnsborrning - ett mycket lovande, men än så länge föga känt alternativ.

Artikeln som vi har föreslagit beskriver i detalj de invecklade rotationsteknikerna och de verktyg som används. Fördelarna och nackdelarna med denna teknik analyseras och sätt att implementera den i praktiken presenteras. Våra råd kommer att vara användbara för försiktiga ägare av privata tomter som vill övervaka borrarnas arbete.

Definition av roterande borrning

Låt oss först titta på vad roterande brunnsborrning faktiskt är och vilka är dess alternativ? Borrning med skruv är fortfarande erkänd som en av de vanligaste metoderna för att bygga ett vattenintag.

dock skruvteknik tillåter inte passage av stenig berggrund. Skruvborren som används vid skruvborrning är inte kapabel att förstöra kalksten. Men det händer ofta att man behöver borra i det, för... de överliggande skikten har inte en stabil och tillräcklig flödeshastighet för exploatering.

Kärn- och skruvborrteknik ger inte möjlighet att penetrera bergformationer. När det gäller att bygga en brunn på kalksten är det mer effektivt och ekonomiskt att använda den roterande borrmetoden

Därför började rotationsteknik, som tidigare endast användes i gruvindustrin, införas i konstruktionen av privata vattenintagsstrukturer. Dess arbetselement är en bit placerat i borrhålsdelen av brunnen. Med hjälp av en mejsel förstörs sammanhängande och icke-sammanhängande jordar och berggrunden krossas.

Utgrävningen av förstört berg utförs med en vätska som tillförs botten genom en arbetspelare eller ringformig Plats. Detta är 2 olika borrmetoder, som var och en kommer att diskuteras i detalj nedan.

Bitets diameter överstiger diametern på arbetssträngen, vilket tillåter:

• minska energiförbrukningen för hela borrningsprocessen (kraften läggs direkt på att vrida borrkronan med kraft i bottenhålet och förluster på grund av friktion av arbetssträngen mot brunnens väggar minimeras);
• skydda de flesta elementen i arbetssträngen från skador, såväl som väggarna i den borrade brunnen från förstörelse;
• skapa brunnar med imponerande diameter (till exempel upp till 70 cm) på extremt imponerande djup.

På så sätt kan du bilda vattenförande brunnar, djup på 300 meter eller mer, dvs. borrvattenintag för att leverera vatten till dachaområden och byar.

Så, definitionen: borrning med rotationsprincipen är en metod för att utveckla en brunn där kraften på borrkronan i bottenhålet överförs från roterande rotator genom arbetskolumnen. Den är sammansatt av stavar - smala stålrör som är sekventiellt anslutna till varandra längs ett urtag i marken.

Men för att rensa gruvschaktet och ytan från slam används vatten som tillförs under tryck.Tack vare denna lösning finns det inget behov av att ständigt demontera och återmontera borrsträngen för att extrahera kärna, som vid kärnborrning.

Vätskan som sprutas in i utgrävningen löser omedelbart två viktiga problem: den rensar vägen för borriggen att utföra ytterligare arbete och producerar välstädningnödvändigt för att förbereda vattenintaget för drift.

Fördelar med rotationsteknik

Vilka är fördelarna med rotationsborrning framför möjliga alternativ? Det finns flera av dem.

för det förstaMed hjälp av en roterande bit kan du skapa brunnar med stor diameter som fullt ut kan tillfredsställa vattenbehovet i flera hushåll samtidigt.

Det är ingen hemlighet att borrning inte är en billig process: den kräver specialiserad utrustning, och erfarna borrare måste övervaka och hantera processen. När allt kommer omkring är aktiviteten förknippad med att borra brunnar licensierad. Därav dess höga pris.

På grund av sin form och design kan borrkronan under roterande borrning bilda brunnar med mycket större diameter än skruvborrar och kärnrör

Att förena flera hushåll samtidigt för att finansiera en gemensam brunn för intilliggande tomter är ett ekonomiskt lönsamt företag. Men detta kräver en betydande debitering. I de flesta fall kan akviferer av kvartära sediment (sand) inte tillhandahålla dem.

Naturligtvis, för kollektiv drift, är det bättre att installera vattenintaget på kalksten. Grundvattnet som utvinns ur det kännetecknas av större vattenmängd och renhet. Nederbördsvolymen har inte det minsta inflytande på flödet av brunnar på kalksten. Detsamma kan inte sägas om sandbrunnar.

För det andra, övertyga av de relativt låga energikostnaderna. Arbetselementet vid roterande borrning är borrkronan. Men till skillnad från skruven och kärnborrning, samverkar inte borrverktyget med väggarna i det borrade hålet

Det vill säga att endast borrkronan är i direkt kontakt med marken, vars höjd är försumbar i förhållande till höjden på hela borrsträngen. Som ett resultat är denna metod för att bilda brunnar den snabbaste - upp till 1000 linjära meter per månad!

Tredje, samlas kunder attraheras av borrdjupet. Endast med den roterande metoden kan en brunn borras djupt in i berggrundens metamorfa och magmatiska bergarter, från vars sprickor vatten kan pumpas, vars sammansättning är mest lämpad för dricksändamål.

Oftast utvinns endast processvatten från vattenintag som är mindre än 30 m djupa. Dess sammansättning påverkas av närliggande reservoarer, floder fyllda med sopor, nederbörd och helt enkelt tekniska vätskor som spills på marken. En skruv och ett kärnrör hjälper till att endast få ett sådant vattenintag.

Hela uppsättningen av borrutrustning monteras enkelt på en enda medelstark fordonsplattform. Detta gör rotationsborrningsprocessen mycket mer tekniskt avancerad och därför billigare

Dessutom låter roterande borrning dig gå igenom arbetet till fullt djup utan att byta till en annan borrmetod. När man utvecklar en brunn med en skruv, till exempel, om det är nödvändigt att borra genom ett stenblock, byter man till slagrepmetoden.

För att göra detta, ta bort matarskruven från pipan och kasta biten i ansiktet tills stenblocket är trasigt. Sedan slakt rensas med en bailer. Den används också om det är nödvändigt att höja vattenmättad sand till ytan, som helt enkelt inte kan hållas kvar i kärnröret.

Praxis visar att brunnar som borras med den roterande metoden har längre livslängd. Teknologiskt förklaras detta av det faktum att efter installation av höljet som bildar brunnens väggar förstärks ringen ytterligare.

Utrustning för brunnskonstruktion

Först installeras en vertikal konsol på ytan ovanför brunnen för ytterligare fastsättning av arbetssträngens vertikala länkar. Den första länken i denna borraxel är utrustad med ett arbetselement - en bit, som kan ha olika format, beroende på bergets borrbarhetskategori.

Naturligtvis används mer kompakt utrustning för att borra vattenförande brunnar, och bildandet av ett designat torn är som regel inte nödvändigt

Borrverktygssats

När den första länken, ljuset, fördjupas, placeras nästa, som kallas spö, på den osv. Längden på varje sådant rörblock kan variera från 20 till 50 m. För att förenkla bildandet av arbetspelaren är varje stång utrustad med en konisk gänga med ett lås.

Som ett resultat bildas ett borrverktyg som består av:

• arbetsbit;
• drivstång;
• kolumner av vanliga stavar förbundna med varandra genom kopplingar.

Arbetssträngen hålls med hjälp av en svivel, som roteras av en rotor. Beroende på hur djupt det är planerat att borra, samt de fysiska och mekaniska egenskaperna hos jorden, används standard- eller viktade stavar för att bilda den ledande länken.

Drivstången är vanligtvis ett viktat rör eftersom det har ett viktigt tekniskt uppdrag. Genom den rinner en tvättlösning in i ansiktet till biten, vars uppgift är att tvätta bort den krossade stenen. Och detta ställer i sin tur krav på kopplingskopplingar, vars uppgift är att täta förbindelserna mellan länkarna.

Glöm inte att vätsketrycket direkt beror på höjden på kolonnen som bildas (och inte beror på rörets tvärsnitt). Dessutom, även om vatten används som spollösning, kommer trycket att öka med 1 atmosfär var 10:e meter.

Som jämförelse är det värt att ge ett exempel. Arbetstrycket i hushållens rörledningsnät i huset är 10 atmosfärer, och de starkaste rören är konstruerade för ett tryck på 20 atmosfärer.

Endast om de inhemska systemen är stationära och inte rör sig, appliceras ett tryck som är lika med vikten av borrsträngen på drivstången. Men den måste fortfarande överföra rotationsimpuls och kraft till borrkronan.

Kopplingar är de mest kritiska delarna av stången, eftersom de bär vikten av hela den nedre delen av den intilliggande stången, såväl som belastningen från dynamiska vibrationer och rotationsrörelse som förs av motorn

Följande krav ställs på kopplingar som konstruktionselement i en borrsträng:

• måste säkerställa tätheten av stavanslutningen och motstå vätsketryck på upp till 100 atmosfärer (för att rensa botten med en tryckstråle);
• måste vara motståndskraftig mot slitage för att inte bli oanvändbar på grund av friktion mot brunnens väggar;
• måste kunna överföra vridmoment från toppen av arbetssträngen till botten och slutligen till borrkronan.

Det är oerhört viktigt att kopplingarna är av rätt kvalitet. Om åtminstone en av dem inte tål belastningen och arbetssträngen slits, blir det extremt svårt att få ihop sin nedre del med biten. När det gäller kapitalkostnader är det ibland lättare att borra en ny brunn i närheten än att ta bort en lossad drivstav.

Användning av vatten under borrning

Vätskan som tillförs ansiktet är oftast vanligt vatten. Ibland, för att stabilisera ett borrhål som passerar genom lösa, osammanhängande stenar (sand, krossad sten, grus och stenavlagringar), matas en lösning med borrtillsatser in i brunnen. Detta är nödvändigt, eftersom hölje inte installeras vid de första stadierna av utgrävning.

Vatten kommer in i utgrävningen antingen under tryck inuti drivstången (och sedan sker pumpning genom ringformig rymden), eller genom gravitation ner genom ringformig utrymme, och avlägsnande sker redan genom arbetspelaren med en utpumpningspump.

Dessa är 2 olika roterande borrningstekniker, vars funktioner kommer att diskuteras nedan.

Roterande borrning kännetecknas av den högsta utvecklingshastigheten för en vattenbrunn. Samtidigt med borrning tvättas axeln och bearbetningen förbereds för framtida drift.

Men oavsett vilken metod som används måste vätskan som används vid borrning överallt renas (för vidare användning).

För detta används följande uppsättning utrustning:

• Ladugård för lagring av borrslam. (Om du planerar att borra en grund brunn kan du inom några dussin brunnar bygga den direkt i marken, och vanligt vatten används som spolvätska). Ladugården fungerar som ett batteri för spolvätskan.
• Vibrerande sil. Spollösningen som lyfts från brunnen bär partiklar av krossat berg som måste avlägsnas. Den mest effektiva metoden är mekanisk, med hjälp av en vibrerande sikt.
• Sump. Efter att stora stenpartiklar har avlägsnats kommer vätskan in i en sedimenteringstank för att avlägsna suspenderade partiklar som faller ut. Vid användning av vatten som spolvätska byggs ibland också en sumptank direkt i marken. Dessutom används den för att separera flytande ämnen och sediment. hydrocyklon.
• Mud pump. Det är detta som säkerställer cirkulationen av tvättlösningen.
• Rännsystem. De behövs för förflyttning av vatten från utgrävningens bildande till platsen för dess rening.

Totalt, för att utveckla en brunn med hjälp av roterande teknologi, behövs följande mekanismer och utrustning:

1. Torn eller konsol för montering av en borrsträng från stavar och demontering av den efter avslutad borrning, samt ett löpande system.
2. Motor, vilket säkerställer rotation av rotorn.
3. Flytande utrustning. Mekanismer och anordningar för att säkerställa cirkulation av tvättvätskan och dess rengöring (pump; vibrerande sil; sedimenteringstankar och/eller hydrocyklon; förvaringsladugård för tvättvätska; system av rör och hängrännor).

För roterande borrning av grunda brunnar är hela den listade uppsättningen utrustning mycket kompakt (till exempel är konsolbommen fällbar). Detta säkerställer enkel placering av borrutrustning på vilken plats som helst som är lämplig för borroperationer och efterföljande drift.

Två alternativ för roterande borrning

Beroende på metoden för att tillföra borrvätskan till botten finns det två typer av roterande borrningsteknik:

1. med direkt matning;
2. med omvänd matning.

Det bör noteras att vätskan som tillförs ansiktet inte bara är avsedd för att tvätta och ta bort krossad sten. Den kyler också biten, som blir väldigt varm av friktion. Vid direkt vätsketillförsel skapar pumpen sitt övertryck.

Vatten kommer in i bottenhålet genom de tekniska hålen i borrkronan, "plockar upp" den krossade stenen och strömmar sedan genom gravitationen genom brunnen (det vill säga genom ringformig utrymme i förhållande till den ledande stången) kommer in i ytan, där den kommer in i rengöringskomplexet (vibrerande sil, hydrocyklon).

Spolning kan vara direkt eller omvänd, vilket kommer att avgöra kvalitetsegenskaperna för den utrustning som används, men principdiagrammet är giltigt för båda typerna av teknik

Den omvända matningstekniken innebär att spolvätskan strömmar till botten genom gravitationen, sjunker genom brunnen, men lösningen med krossat material strömmar tillbaka till ytan genom drivstångsröret. I detta fall skapar slampumpen undertryck i den.

Trots den uppenbara enkelheten hos båda teknikerna finns det många fler nyanser här än vad som kan tyckas vid första anblicken. Därför verkar det lämpligt att uppehålla sig vid var och en av dessa borrtekniker mer i detalj.

Borrning med direkt tillförsel av spolvätska

Denna teknik kallas också ibland för "direkt vattenflöde". Det är tillrådligt att använda det i sandig, grus, krossad stenjord. Det används också om akvifärens djup inte överstiger 30 m. Det är här som tillsatser läggs till vätskan, vilket ökar dess densitet och stabilitet hos stammen.

Roterande borrning kännetecknas av en gradvis minskning av diametern på brunnen som borras. Med andra ord borras brunnen med den största diametern först, sedan borras den lugnar sig röret, och det ringformiga utrymmet mellan rörets yttre yta och brunnsväggen fylls med cementbruk genom tekniska hål.

Sedan fortsätter borrningen med en mindre borrkrona. Sedan hölje igen, och den nya sektionen har ännu mindre diameter osv. Ju mindre ofta du behöver bli "distraherad" genom att cementera en brunn, desto större borrningsproduktivitet, vilket i slutändan översätts till den totala kostnaden för processen och brunnen som helhet.

Dessutom leder alltför frekvent hölje i slutändan till att brunnens effektiva diameter (diametern som öppnar akvifären) reduceras kraftigt. Så "direkt vattenflöde" kännetecknas av det faktum att brunnen med denna metod för dess bildande inte kan planteras upp till 100 meter.

Huvudtrycket för spolvätskan skapas av pumpen inuti drivstången, och ringformig Vätskan med inslag av krossat berg fyller utrymmet genom gravitation, utan att förstöra brunnsväggen med övertryck.

Borrdiagram med direkt tillförsel av spolvätska. Den matas in i ansiktet genom det ledande stavröret och stiger upp till ytan genom gravitationen

Denna borrmetod har emellertid också nackdelar. I synnerhet för lång utan hölje Detta område leder till införandet av fina lerpartiklar i akvifärerna, vilket avsevärt kan minska och bromsa flödet av vatten till driften från akvifären.

Dessa partiklar här spelar rollen som säregna pluggar av porer och mikrokanaler i sten som vatten sipprar igenom.Därför är fodringsproceduren som utförs under borrningsprocessen nödvändig för att upprätthålla den ytterligare produktiviteten hos brunnen som helhet.

Borrning med omvänt flöde av spolvätska

Med denna metod för vätskekontroll rengörs pipan och botten bäst. Pumpen här trycker inte in vätskan i botten, utan tvärtom suger den tillbaka, och detta leder till att hastigheten för bildandet av en brunn med en bit ökar med en storleksordning och till och med flera gånger mer i jämförelse med direktspolning.

Själva brunnen är inte föremål för kontaminering av lerinneslutningar med flödet av den tillförda spolvätskan. När allt kommer omkring suger pumpen upp allt som kan finnas i den. För övrigt finns det ingen praktisk mening med ytterligare tillsatser här, så rent vatten används som samma spolvätska.

Schema för backspolning under roterande borrning. Matningen strömmar genom tyngdkraften genom ringen, och slammet dras tillbaka av en pump genom det främre stavröret

Så låt oss sammanfatta fördelarna med omvänd flödesborrning:

• borrhastigheten ökar (jämfört med ett direkt vattendrag) upp till 15 gånger;
• akvifären är inte igensatt med lerpartiklar och siltiga sandkorn från de nedre, men ändå öppen brunnsnivåer;
• tack vare den högkvalitativa öppningen av akvifären behöver brunnen inte förberedas ytterligare för drift, du kan omedelbart installera det inre höljet med ett filter och börja pumpa;
• Enkelt (och därför billigt) vatten används som arbetsvätska.

Denna metod har emellertid också en betydande nackdel.Det kräver användning av dyr utrustning, vilket i slutändan leder till en betydande ökning av kostnaden för hela borrprocessen som helhet.

Därför utförs "omvänt vattenflöde" -borrning endast i fall där brunnen är designad för drift av flera hushåll samtidigt. Men om brunnen är utformad för individuell användning, är det mycket rimligare att använda roterande borrningsteknik med direkt vattenflöde.

Slutsatser och användbar video om ämnet

Video #1. En visuell demonstration av rotationsborrningsprocessen steg för steg:

Video #2. Analys av rotationsteknik och principer för brunnskonstruktion:

Video #3. Vattencirkulation under roterande borrning:

Situationen med förekomst och djup av akvifärer kan variera mycket från plats till plats (och på vissa ställen finns det inga alls, som på ön Madeira).

När du designar en brunn och väljer den optimala rotationsborrningsmetoden bör du använda befintliga kartor över utforskade akviferer. Detta kommer att hjälpa dig att spara betydande pengar och tid.

Berätta för oss om din erfarenhet av att utveckla brunnar med hjälp av rotationsteknik. Dela tekniska nyanser som kommer att vara användbara för webbplatsbesökare. Lämna kommentarer i blockformuläret nedan, lägg upp bilder och ställ frågor om ämnet för artikeln.