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.
W celu wizualnego przedstawienia proponowanych przez nas informacji tekst jest uzupełniany przydatnymi schematami, kolekcjami zdjęć, przewodnikami wideo.
Rodzaje metod wiercenia
Wcześniejsze wiercenia warstw wodonośnych do użytku osobistego odbywały się głównie ręcznie. Był to czasochłonny i długotrwały proces, więc nie każdy właściciel witryny lub domku może się pochwalić posiadaniem własnego źródła zaopatrzenia w wodę.
Wiercenie mechaniczne stopniowo zastępowało 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:
- Rotacyjny (gleba jest rozwijana przez rotację).
- Zaszokować (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;
- świder;
- lina uderzeniowa;
- obrotowy.
Każdy typ wiercenia obrotowego ma swoją własną charakterystykę i jest wykonywany za pomocą specjalnie do tego celu zaprojektowanego sprzętu. 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 jest grubościenną metalową rurą.
W górnej części wiertła rdzeniowego znajduje się urządzenie do mocowania prętów potrzebnych do budowy ciągu wiertniczego. Poniżej znajduje się korona, której rodzaj jest wybierany w zależności od kategorii gleby do wiercenia.
Galeria obrazów
Zdjęcie z
Istota podstawowej technologii
Zdobywanie zniszczonej gleby
Zwolnienie wiertła do ziemi
Rdzeń wiertniczy
Podczas jazdy metodą kolumnową gleba jest niszczona przez pierścieniową koronę. Jednocześnie rdzeń pozostaje nienaruszony. Aby ułatwić proces wiercenia na twardym i półstałym glinie, glina, skała, 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 dużych 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 KAMAZ, KRAZ, ciągnikach zrywkowych itp. W przykładzie wykonania do ręcznego wiercenia rura rdzeniowa jest skrócona, zwana dzwonem 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.
W niektórych przypadkach do instalacji prywatnych studni na wodę stosuje się podstawową metodę przed rozpoczęciem wiercenia ślimakowego lub obrotowego, wykonując zarówno rolę eksploracyjną, jak i przygotowawczą.
Przy projektowaniu studni prywatnych wiercenie rdzeniowe jest stosowane w połączeniu z liną udarową. Warstwy gliny przechodzą przez rurę rdzeniową. 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. Te. podczas działania sprzętu wiertniczego korona na pierścieniu niszczy glebę, która w miarę zanurzania jest wciskana w rurę rdzeniową i utrzymywana w niej ze względu na swoją gęstość.
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 zanurkuje 50 cm w leżącą pod nią wodoodporną skałę.
Jeśli zamocowanie górnej warstwy wodonośnej nie jest celem tonięcia, górne warstwy można wiercić z płukaniem. 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. Ręcznie opracowane ujęcie 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, świder 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: studnie poszukiwawcze, układanie komunikacji, budowa studni wierconych i częściowe wiercenie pod wodą.
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 przez bunkier nie podnieconej skały.
Ślimak kategorycznie nie nadaje się do pracy w skałach! Służy do częściowego wiercenia studni do 120 m, podczas gdy metoda ta jest łączona z innymi: obrotowymi, szokowymi, rdzeniowymi.
Galeria obrazów
Zdjęcie z
Zasada wiercenia ślimakowego
Ręczna mechanizacja wiercenia
Wady wiercenia ślimakowego
Zaangażowany sprzęt i narzędzia
Wiercenie ślimakowe odbywa się za pomocą wiertnicy, której głównym elementem jest śrubowe narzędzie wiertnicze wykonane z metalu o wysokiej wytrzymałości. Wiertło jako pogłębiające się śruba o równej wielkości
W zestawie czasami używane są brzeszczoty potrzebne do przejścia luźnych skał, a także bity z okrągłymi lub stożkowymi głowicami, służące do tworzenia 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 muszle 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 w spiralę. 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, śruba jest usuwana, a rury osłonowe są instalowane w studni. Średnica studni wywierconej śrubą wynosi 50-200 mm i zależy od wielkości użytego narzędzia.
Zapadanie się ścian otworu wiertniczego zapobiega obudowie. Jest to szczególnie ważne w przypadku luźnych, niespójnych gleb, dlatego wiertarki mają zasadę: używać wierteł z ostrzami pod kątem 30 - 60º podczas wiercenia piasków ilastych i iłów, a podczas wiercenia piasku o dużej gęstości, narzędzie z ostrzami pod kątem 90º.
Przy mniejszym nachyleniu zwojów spirali ślimaka więcej niż odłączone ostrze 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 wnikania w glebę bez przestojów technologicznych;
- nie ma potrzeby spłukiwania odwiertu;
- kompaktowy świder lub świder ręczny można wiercić w domu (w piwnicy);
- nie ma potrzeby unoszenia pierwszego ogniwa do powierzchni i demontażu / montażu struny wiertniczej 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.
Cewka ślimakowa jest szeroko stosowana w ręcznym wierceniu. Niszczy również skałę i chwyta ją ostrzami w celu wydobycia na szczyt.
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 wypłukiwana z szybu studni przez bezpośrednie lub odwrotne płukanie. Roztwór myjący może być dostarczany grawitacyjnie lub przez pompownię.
Większość studni artezyjskich wiercona jest metodą wiercenia obrotowego: za pomocą obrotowego obrotowego wiertła, a następnie płukania studni i zabezpieczenia obudowy
Wiercenie obrotowe służy do zagospodarowania gleb skalistych i półskalistych z instalacją głębokich studni do 150 mWiertnica obrotowa z odpowiednio dobranym dłutem i ważonymi rurami wiertniczymi radzi sobie z formacjami skalnymi.
Wiertarki zalecają stosowanie tej metody wiercenia w następujących warunkach:
- Część hydrogeologiczna tego miejsca została dość dobrze zbadana. Wiadomo, że skały należy wiercić. Poziom występowania warstwy wodonośnej w skale jest znany.
- Wody gruntowe mają charakterystyczny nacisk na studnie artezyjskie
- 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.
Galeria obrazów
Zdjęcie z
Ręczna wiertarka
Technologia wiercenia ślimakowego
Pręty do przedłużania sznurka
Opracowanie odwiertu
Specyfika technologii rotacyjnej
Wiercenie obrotowych studni wodnych odbywa się w trzech etapach:
- Łamanie skały za pomocą dłuta.
- Usuwanie zniszczonej skały na powierzchnię strumieniem wstrzykniętej wody.
- 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.
Z reguły 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 w studni;
- wiercenie kawałkiem o mniejszej średnicy i powtarzanie całego cyklu.
Podczas płukania wstecznego gleba jest usuwana ze studni przez rury wiertła, a płyn płuczący wlewa się między ściany studni i rury.
Woda płynie grawitacyjnie do uprzednio przygotowanego zbiornika, gdzie jest oczyszczana z gleby i szlamu, i wraca do łańcucha wiertniczego w celu uzyskania nowej części 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 porządnego płukania.
Którą metodę wiercenia wybrać?
Wszystkie rozważane metody wiercenia mechanicznego są szeroko stosowane do budowy warstw wodonośnych.
Podsumowując, możemy powiedzieć, że:
- Wiercenia rdzeniowego należy używać do zatapiania w plastikowych glebach ilastych. Metoda podstawowa jest odpowiednia do budowy większości ujęć wody; w razie potrzeby jest stosowana w połączeniu z liną uderzeniową.
- 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.
- 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 innym popularnym artykule na naszej stronie.
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 instalacją podwójnej obudowy, której zewnętrzna część jest wykonana z rur stalowych, wewnętrzny polimer:
Wiercenie warstwy wodonośnej jest procesem czasochłonnym. Nie tylko prędkość autonomicznego urządzenia do pozyskiwania 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.