Metoder för att borra brunnar: tekniska principer och egenskaper hos huvudmetoderna

Byggandet av en vattenintagsbrunn innebär användning av olika borrmetoder. Lösa och vattenmättade jordar avlägsnas med hjälp av en bailer. För borrning genom ler- och bergformationer används brunnsborrningsmetoder baserade på rotations- och vibrationsprincipen.

Arbetet involverar mekanismer som möjliggör utveckling av jordar av olika slag och till olika djup. Vi kommer att berätta hur du väljer den optimala borrtekniken som gör att du snabbt och felfritt kan slutföra utgrävningen för vattenintagsanordningen.

För att visuellt presentera informationen vi erbjuder kompletteras texten med användbara diagram, fotosamlingar och videohandledningar.

Typer av borrmetoder

Tidigare utfördes huvudsakligen borrning av vattenförande brunnar för eget bruk manuellt. Detta var en arbetskrävande och långvarig process, så inte varje ägare av en tomt eller stuga kunde skryta med att ha sin egen vattenförsörjning.

Gradvis ersatte mekaniserad borrning manuella metoder på grund av den betydande förenklingen och accelerationen av processen.

Idag borras nästan alla akviferbrunnar med en mekaniserad metod, som är baserad på förstörelse av jord, som tillför den till ytan på ett av två sätt: torr, när avfallsjord avlägsnas från brunnen med hjälp av mekanismer, och hydraulisk, när det tvättas ur med vatten som tillförs under tryck eller gravitation.

Det finns tre huvudsakliga metoder för mekanisk borrning:

• Roterande (jorden utvecklas genom rotation).
• Chock (borrprojektilen förstör jorden med stötar).
• Vibrerande (jorden utvecklas av högfrekventa vibrationer).

Rotationsmetoden anses vara den mest produktiva, 3-5 gånger effektivare än stötmetoden och 5-10 gånger effektivare än vibrationsmetoden. Dessutom är rotationsmetoden den billigaste och mest tillgängliga, den används ofta som huvudmetoden för manuell borrning.

Mekaniska rotationsmetoder för att borra vattenbrunnar har ersatt ineffektiva manuella metoder

I sin tur är den roterande borrmetoden, allmänt använd för konstruktion av vattenbrunnar, uppdelad i fyra huvudtyper av borrning:

• kärna;
• skruva;
• stöt-rep;
• roterande.

Varje typ av roterande borrning har sina egna egenskaper och utförs med utrustning speciellt utformad för detta ändamål. Låt oss titta på dessa typer av borrning mer i detalj, bestämma vad deras skillnader är och vilken metod som behöver användas i varje specifikt fall.

Specifikationer för kärnborrning

Kärnborrning är en mekanisk rotationsmetod där lerig eller tät sandig jord utvinns i form av en cylindrisk kärna. En kärnborr är ett tjockväggigt metallrör.

Överst på kärnborren finns en anordning för att fästa stavar som behövs för att förlänga borrsträngen. Nedan finns en krona, vars typ väljs beroende på vilken kategori jord som ska borras.

Vid körning med kärnmetoden förstörs jorden av en ringformad krona. Den inre delen av kärnan är bevarad i oskadad form. För att underlätta borrningsprocessen i hårda och halvfasta ler, leror och stenar, tillförs en borrvätska till bottenhålet.

Vid kärnborrning förstörs inte jorden utan ”borras ut” med en krona och fångas upp av kärnröret. Den borrade stenen extraheras till ytan i form av en kärna - en monolitisk cylindrisk stenpelare

Slam från ansiktet avlägsnas ibland genom spolning - genom att injicera en stor mängd vatten i gruvschaktet. Oftast ersätts spolningen genom att blåsa med tryckluft som tillförs av en kompressor inuti röret.Denna typ av borrning låter dig borra brunnar med ett djup på upp till 1000 meter och en diameter på 8 till 20 cm.

Mekanisk kärnborrning utförs med hjälp av borriggar som ZIF, UGB, UKB, monterade på fordon som KAMAZ, KrAZ, lunnare etc. I versionen för manuell borrning Kärnröret är förkortat och kallas en klocka eller glas. Kärnröret är strukturellt likt den sista, upp och nervända hushållsartikeln.

Kärnborrning används i följande fall:

• geologisk utforskning av mineraltillgångar;
• borrning av prospekteringsbrunnar;
• konstruktion av vattenförande brunnar oavsett djup, inklusive filterfria brunnar i berg.

För enhet privata vattenbrunnar i vissa fall används kärnmetoden innan borrning påbörjas eller roterande borrning, samtidigt som en prospekterings- och förberedande roll.

Vid konstruktion av privata brunnar används kärnborrning i kombination med slagrepsborrning. Lerlagren förs genom ett kärnrör. Lös sand, grus och småsten med sandfyllmedel, som inte finns kvar i kärnröret, avlägsnas från schaktet genom zhelonisering.

När det gäller effektivitet är kärnmetoden något underlägsen skruvmetoden för att borra vattenintagsbrunnar. En skruv borrar snabbare, men den tillåter inte att axeln helt frigörs från det borrade berget. De används sällan i par. Och om det händer, täcks de första metrarna med en skruv.

Kronorna förstör inte jorden, men skär den försiktigt runt omkretsen och bildar "kolonner" - kärnor, genom att studera vilken du kan skapa en hydrologisk del av platsen

Utrustning och verktyg som används

Följande verktyg används för kärnborrning:

• borrkronor gjorda av diamant eller annat karbidmaterial (stål, volfram, pobedit);
• kärnrör;
• rör för slamborttagning;
• stavar som krävs för att förlänga borrsträngen;
• kopplingsanslutningar, adaptrar mellan rör, spolning.

Vid borrning i bergformationer slits borrkronan snabbt och måste bytas ut. Kronmaterialet är dyrt och tål enorma belastningar, diamantborrningsalternativ är de mest utbredda.

Alla verktyg som används under borrningsprocessen måste vara inriktade, d.v.s. placeras exakt i förhållande till borraxeln.

Kärnborrningsteknik

Huvuddraget för kärnborrning är passagen av berg med dess fullständiga bevarande i kärnröret. De där. När borrutrustningen fungerar förstör kronan jorden i en ring, som, när den går djupare, trycks in i kärnröret och hålls i den på grund av sin egen densitet.

När man tar bort det fyllda röret från gruvschaktet frigörs det från kärnan genom att knacka på det med en slägga.

Steg-för-steg kärnborrningsprocessen är som följer:

• borrkronan är ansluten till kärnröret;
• kärnröret är anslutet till stavar, som ökar när de fördjupas;
• den övre stången är fixerad i borriggen;
• borrmaskinen roterar borrsträngen och "skruvar" den gradvis i marken;
• kärnröret fylls gradvis med kärna - jord fastnat i dess hålighet;
• efter borrning 50 - 70 cm avlägsnas borrsträngen till ytan, stängerna kopplas bort en efter en tills kärnröret tas bort;
• röret befrias från borrad berg;
• den tömda projektilen sänks igen till botten och förlänger borrsträngen med stavar.

Åtgärderna utförs i den beskrivna ordningen tills brunnen penetrerar akvifären och penetrerar 50 cm in i det underliggande vattentäta berget.

Om fixering av den övre akvifären inte är syftet med utgrävning, så kan de övre skikten vara det borra med spolning. I detta fall säljer pumpen spollösningen genom en slang in i rören. Lösningen tar sedan upp den utbrutna jorden till ytan.

Om syftet med brunnskonstruktionen inte är en akvifer i sandiga sediment, kan borrning tills de når stenformationer utföras med spolning

Starka fördelar och nackdelar

Jämfört med slagrep och roterande metoder för mekanisk borrning utförs kärnborrning ganska snabbt, vilket avsevärt minskar arbetstiden. Dess största nackdel är oförmågan att lyfta lösa jordar och småsten mättade med vatten. Den rör sig långsamt genom sten, vilket kräver en mejsel för att penetrera stenblock.

Fördelarna med kärnborrning inkluderar:

• hög produktivitet och förmågan att borra brunnar med ett djup på över 100 m;
• minskning av belastningar på borrutrustning på grund av förstörelsen av lersten, jämförbar med att skära ut den;
• möjlighet att använda en mobil borrigg av kompakta dimensioner.

Kärnborrning är en av de snabbaste metoderna för att utveckla vattenintag. En sandbrunn kan borras med den på en arbetsdag. Under utveckling manuellt vattenintag kommer att ta mycket mer tid.

Funktioner av skruvborrning

Denna typ av borrning används idag oftast vid konstruktion av vattenförande brunnar i privata hushåll. En speciell egenskap vid borrning med skruv är att berget som bryts avlägsnas helt från brunnsplatsen utan användning av extra utrustning. Metoden liknar inskruvning och låter dig borra till djupet och samtidigt ta bort onödig jord.

Verktyget som används för att borra kallas en skruv. Det är en metallstav med blad. När skruven skruvas i marken förstör borren stenen som ligger kvar på dess blad. På grund av skruvens specifika design är det omöjligt att helt frigöra ansiktet från soptippen. Därför används den främst för penetration av övre skikt.

Borrning med en skruv är en snabb och billig metod som inte kräver organisering av en reservoar för spolvätska

Att borra med en skruv kräver inte mycket ansträngning och ekonomiska kostnader, så tillämpningsområdet för denna metod är ganska brett: geologiska prospekteringsbrunnar, läggning av kommunikationer, konstruktion av borrade brunnar och delvis vattenborrning.

Det används nu aktivt för att konstruera abessiniska brunnar, för att inte helt driva nålen väl in i tät jord, utan för att något underlätta processen att sänka ner axeln i tidigare förstörd sten.

Metoden är lämplig för att utveckla vattenförande brunnar upp till 30 m djupa på mjuka och lösa jordar och upp till 20 m på medeltäta jordar. Efter att ha borrat med en skruv och installerat höljet måste borrhålet rensas från oextraherat berg med en bailer.

Skruven är absolut inte lämplig för arbete i steniga områden! Den används för partiell borrning av brunnar upp till 120 m, medan denna metod kombineras med andra: roterande, stötrep, kärna.

Utrustning och verktyg inblandade

Skruvborrning utförs med hjälp av en borrigg, vars huvudelement är ett skruvborrverktyg av höghållfast metall. Borrsträngen utökas med lika stora skruvar när den går djupare.

Satsen innehåller ibland bladbitar, som är nödvändiga för passage av lösa stenar, såväl som bitar med runda eller konformade huvuden, som används för utveckling av hårda stenar.

En borrigg baserad på ett fordon utrustat med en kraftfull motor är det bästa alternativet för att borra på svåråtkomliga och avlägsna platser

De flesta moderna borriggar är utrustade med ihåliga enheter utrustade med vändbara lås som hindrar verktyget från att röra sig i motsatt riktning.

Under borrningsprocessen kyls skruvens skärande delar av den utvecklade jorden och det utvecklade berget reser sig upp i spiraler. Detta gör att borrningen kan utföras utan uppehåll, vilket avsevärt minskar tids- och energikostnaderna för att skapa en vattenförande brunn.

Auger borrteknik

Efter avslutad penetration, vars djup är 1,5 - 2,0 m, avlägsnas skruven och hölje. Diametern på vattenintagsbrunnen som borras med en skruv är 50 - 200 mm och beror på storleken på det använda verktyget.

Kollaps av brunnsväggarna förhindras av höljesrör. Detta är särskilt viktigt för lös, icke-kohesiv jord, så borrare har en regel: vid borrning av sandig ler och ler, använd skruvar med blad placerade i en vinkel på 30 - 60º, och när du borrar tät sand, verktyg med blad i vinkel på 90º.

Med en mindre lutning av skruvspiralens varv, bärs mer av det frånkopplade bladet till ytan av skruvskruven.

Borrning med borrskruv kräver inte användning av borrvätska; berget som utvecklats med hjälp av en borr förs till ytan på verktygets blad

För- och nackdelar med att använda en skruv

Skruvens borrmetoden gör att du kan bygga en brunn så snabbt som möjligt, förutsatt att skruvens storlek och borrkronans lutningsvinkel har valts korrekt.

Fördelarna med skruvborrning inkluderar:

• jorden stiger till ytan omedelbart under borrningsprocessen;
• hög hastighet att fördjupa sig i marken utan tekniska stopp;
• det finns inget behov av att spola borrhålet;
• en kompakt skruvenhet eller en manuell skruv kan användas för att borra inne i huset (i källaren);
• det finns ingen anledning att lyfta den första länken till ytan och demontera/montera borrsträngen som med kärnmetoden.

Den största nackdelen med skruvborrning kan betraktas som oförmågan att arbeta på lösa och mycket hårda jordar, men samtidigt är en skruv ett idealiskt verktyg för att borra i lerjord, blandad (lera och sandig lerjord) och mjuk lerjord.

En annan nackdel som begränsar användningen av en skruv för att bygga vattenförande brunnar är behovet av att använda chock-repmetoden för att rengöra schaktet från dumpat berg.

Likhet skruv - spole Används ofta vid manuell borrning. Den förstör stenen på samma sätt och tar tag i den med sina blad för att dra ut den uppåt.

Karakteristika för roterande borrning

Rotationsborrning är en metod för rotationsvibrationsborrning, där jordförstöring utförs med hjälp av en borrkrona som drivs i botten av brunnen av borriggens rotor. Rotorn roterar från en bilmotor eller en separat installerad elmotor via en drivaxel.

Den utvecklade jorden sköljs ur brunnsschaktet med direkt eller omvänd spolning. Tvättlösningen kan tillföras antingen genom gravitation eller av en pumpstation.

De flesta artesiska brunnar borras med den roterande borrmetoden: med hjälp av en borrkrona som roteras av en rotor, följt av spolning av brunnen och fästning av höljesrör.

Roterande borrning används för att utveckla steniga och halvsteniga jordar vid konstruktion av djupa brunnar upp till 150 m. En roterande borrigg med rätt vald borrkrona och viktade borrrör klarar stenformationer bra.

Borrexperter rekommenderar att du använder denna borrmetod med förbehåll för följande villkor:

1. Den hydrogeologiska delen av platsen har studerats ganska väl. Det är känt att sten kommer att behöva borras. Förekomstnivån av akviferzonen i berggrunden är känd.
2. Grundvatten har ett tryck som är karakteristiskt för artesiska brunnar
3. Det finns möjlighet till oavbruten leverans av tekniskt vatten för spolning av brunnen.

I de södra regionerna kan rotationsborrning utföras året runt, men i det nordliga klimatet är användningen av denna metod begränsad på grund av möjligheten att frysa borrvätskan.

Utrustning och verktyg som används

Rotationsborrning av vattenförande brunnar utförs med hjälp av en ram eller ett gittertorn på vilket lyftutrustning och andra delar av borriggen är placerade. Borrtårnet gör det möjligt att höja och sänka borrsträngar i brunnen.

Den roterande borriggen inkluderar:

• ram eller gallertorn;
• kör motor;
• rotor och borrsträng;
• pumputrustning och reningssystem för spolvätska;
• lyftutrustning, tryckledning, svivel, tätningar m.m.

Självgående riggar använder ett fordons förbränningsmotor som en motor, på grundval av vilken borrkomplexet är beläget. I detta fall reglerar motoreffekten hastigheten på borrverktyget.

Energikällan för en roterande borrigg kan vara en stationär eller mobil elmotor, en bils förbränningsmotor eller generatorer.

Rotorn, med hjälp av en växelanordning, överför rotation till drivröret, som i sin tur överför den till huvudborrverktyget - borrkronan.Mejseln kan ha olika former och är gjord av höghållfasta material: kompositer, diamantbelagt stål etc.

För varje typ av jord väljs en speciell storlek och form på borrkronan, vilket säkerställer hög effektivitet och penetrationshastighet.

Det unika med rotorteknik

Roterande borrning av vattenbrunnar utförs i tre steg:

1. Förstörelse av sten med hjälp av en mejsel.
2. Avlägsnande av förstörd sten till ytan genom en ström av injicerat vatten.
3. Förstärkning av brunnens väggar med höljesrör.

Borttagning av förstörd jord utförs genom omvänd eller direkt tvättning. Valet av spolningsmetod beror på specifika förhållanden: brunnsdjup, jordtyp, tillgången på den erforderliga volymen spolvatten.

Som regel använder privata gårdar direktcirkulationsborrningsteknik, som inkluderar följande steg:

• indrivning av en bit med stor diameter i marken;
• rotation av biten under påverkan av rotorn;
• installation av borrrör och installation av viktade rör mellan dem och borrkronan;
• avlägsnande av avfallsjord genom vätsketryck med hjälp av en pump;
• installation av ett höljerör för att förhindra att jord faller in i brunnen;
• borra med lite mindre diameter och upprepa hela cykeln.

Under backspolning avlägsnas jord från brunnen genom borrsträngens rör, och spolvätskan hälls mellan brunnens väggar och rören.

Vatten rinner genom gravitationen in i en förberedd reservoar, där det renas från jord och slam, och återgår till borrsträngen för en ny del gråberg.

I vissa fall, när man utför roterande borrning, används inte direkt eller omvänd spolning, utan blåser med luft under tryck skapad med en kompressor

För- och nackdelar med roterande borrning

Den största fördelen med den roterande metoden är möjligheten att borra djupa brunnar med vattenintag i sprucken kalksten.

Dessutom har denna borrmetod följande fördelar:

• hög kvalitet på öppningen av akvifären i berggrunden;
• möjligheten att bygga en brunn med stor diameter upp till 200 cm;
• hög borrhastighet, låg energiförbrukning.

En betydande nackdel med roterande borrning är behovet av att organisera brunnspolning.

Vilken borrmetod ska jag välja?

Alla övervägda metoder för mekanisk borrning används i stor utsträckning för att bygga vattenförande brunnar.

För att sammanfatta kan vi säga att:

1. Det är lämpligt att använda kärnborrning för penetration i plastlerjordar.Kärnmetoden är lämplig för konstruktion av de flesta vattenintagsarbeten, vid behov används den i kombination med stöt-repmetoden.
2. Borrning med borrskruv liknar kärnmetoden till sin omfattning. Det skiljer sig från det i dålig kvalitet på borrhålsrengöring och kräver obligatorisk användning av en bailer eller långvarig spolning av brunnen före drift.
3. Roterande borrning är det bästa alternativet för att borra brunnar i stenig jord.

Kostnaden för att utveckla en brunn med en viss borrmetod beror till stor del på vilken utrustning som används, samt på borrbarhetskategorierna för de borrade bergarna.

Den korrekt valda metoden för att borra en brunn kommer att bidra till att inte bara minska tiden som spenderas på borrning, utan kommer också att tillåta dig att driva vattenkällan utan problem i framtiden

Du kan läsa om hur man gör en borrigg med egna händer i en annan populär artikel vår webbplats.

Slutsatser och användbar video om ämnet

Video #1. Demonstration av principen för klassisk kärnborrning med kärnutvinning med vattentryck:

Video #2. Funktioner för att borra en brunn med en skruv:

Video #3. Kärnborrning av en brunn med spolning av botten och installation av dubbelt hölje, vars yttre del är gjord av stålrör, den inre delen är gjord av polymer:

Att borra en vattenförande brunn är en arbetsintensiv process. Inte bara hastigheten för att skapa en autonom vattenkälla, utan också de ekonomiska kostnaderna beror på korrektheten hos den valda borrmetoden.

Det första du bör vara uppmärksam på när du väljer en borrmetod är typen av jord och akvifärens djup. Baserat på dessa parametrar kan du välja det bästa alternativet som gör att du kan borra en brunn snabbt och billigt.

Vill du dela med dig av historien om att borra en brunn på din egen fastighet eller användbar information om ämnet för artikeln? Lämna kommentarer i blocket nedan. Här kan du ställa en fråga eller peka ut kontroversiella punkter i texten.