Роторные буровые установки обеспечивают непрерывное вращение бурового инструмента с одновременной подачей промывочной жидкости для удаления шлама из скважины. Глубина бурения достигает 100-300 метров в зависимости от мощности привода и геологических условий. Крутящий момент 5000-25000 Нм позволяет проходить твердые породы, включая известняк, песчаник, гранит. Диаметр скважин варьируется от 150 до 600 мм для различных дебитов водоносных горизонтов.
Ударно-канатные установки применяются для бурения в рыхлых и средней твердости породах на глубину до 150 метров. Принцип работы основан на разрушении породы тяжелым долотом весом 200-500 кг, поднимаемым и сбрасываемым лебедкой. Частота ударов составляет 30-60 в минуту при высоте подъема 0,5-2,0 метра. Желонка периодически удаляет разрушенную породу и воду из скважины.
Шнековые буровые машины эффективны в мягких и рыхлых грунтах, обеспечивая быстрое бурение скважин диаметром 200-800 мм на глубину до 50 метров. Непрерывный шнек транспортирует разрушенную породу на поверхность без промывки, что исключает загрязнение водоносного горизонта. Производительность достигает 50-100 метров в смену при благоприятных геологических условиях.
Технология и этапы бурения
Геологоразведочные работы предшествуют бурение колодцев машиной и включают изучение гидрогеологических карт, определение глубины залегания водоносных горизонтов, анализ качества подземных вод в районе. Выбор места бурения учитывает удаленность от источников загрязнения не менее 50 метров, доступность для буровой техники, возможность прокладки водопровода к дому. Получение разрешений на недропользование требуется для скважин глубже 5 метров согласно законодательству.
Бурение начинается с установки направляющей трубы диаметром на 50-100 мм больше основной колонны для предотвращения обвала стенок в верхней неустойчивой зоне. Промывочная жидкость подается насосом производительностью 100-300 л/мин под давлением 0,5-1,5 МПа для охлаждения бурового инструмента и выноса шлама. Контроль вертикальности ствола осуществляется инклинометрами с допуском отклонения не более 2° на 100 метров.
Вскрытие водоносного горизонта определяется по резкому изменению характера шлама, появлению воды в промывочной жидкости, снижению давления на насосе. Предварительная откачка пробным насосом определяет дебит скважины и качество воды. Геофизические исследования методом естественного электрического поля уточняют границы водоносных пластов и их фильтрационные свойства.
Обустройство и тампонирование скважины
Обсадная колонна из стальных труб диаметром 125-219 мм или пластиковых НПВХ, ПНД защищает ствол скважины от обвала и предотвращает поступление загрязненных поверхностных вод. Сварные соединения стальных труб проверяются на герметичность, резьбовые соединения пластиковых труб уплотняются ФУМ-лентой или резиновыми кольцами. Башмак обсадной колонны оборудуется обратным клапаном для предотвращения выхода воды при остановке насоса.
Фильтровая зона формируется перфорированными трубами или щелевыми фильтрами из нержавеющей стали, пластика для предотвращения поступления песка и глинистых частиц в скважину. Размер щелей 0,5-3,0 мм подбирается по гранулометрическому составу водовмещающих пород. Гравийная засыпка вокруг фильтра из откалиброванного материала фракции 2-5 мм улучшает фильтрационные свойства призабойной зоны.
Цементирование затрубного пространства предотвращает перетоки между водоносными горизонтами и поступление загрязнений с поверхности. Цементный раствор с водоцементным отношением 0,4-0,5 подается через затрубное пространство снизу вверх до устья скважины. Тампонаж некондиционных интервалов изолирует слабообводненные и загрязненные горизонты. Время схватывания цемента составляет 6-8 часов при температуре +20°C.
Монтаж насосного оборудования и автоматики
Погружные центробежные насосы подбираются по дебиту скважины с запасом 20-30% для обеспечения стабильного водоснабжения. Диаметр насоса должен быть на 10-20 мм меньше внутреннего диаметра обсадной колонны для свободного монтажа. Глубина установки назначается на 10-15 метров ниже динамического уровня воды для исключения сухого хода. Напорный трубопровод из полиэтилена ПНД выдерживает давление до 16 атмосфер.
Автоматика управления включает гидроаккумулятор объемом 50-300 литров для сглаживания пульсаций давления, реле давления для автоматического включения-выключения насоса, манометр для контроля рабочих параметров. Защита от сухого хода предотвращает выход насоса из строя при понижении уровня воды ниже критического. Плавный пуск снижает пусковые токи и продлевает срок службы оборудования.
Оголовок скважины герметизирует устье и обеспечивает ввод кабеля, напорной трубы, измерительных приборов с сохранением доступа для обслуживания. Кессон из стали, пластика или бетонных колец защищает оборудование от замерзания на глубине 1,5-2,0 метра ниже уровня промерзания грунта. Вентиляция кессона предотвращает образование конденсата и коррозию металлических элементов.
Ввод в эксплуатацию включает прокачку скважины до получения чистой воды, бактериологический и химический анализ в аккредитованной лаборатории, составление паспорта скважины с указанием технических характеристик. Регистрация в территориальном органе Роснедр требуется для скважин дебитом более 100 м³/сутки. Гарантийное обслуживание в течение 12-24 месяцев включает профилактические осмотры, замер дебита, контроль работы автоматики.