Принцип гидробурения скважин

Любой хозяин загородного дома наверняка желает, чтобы в его владениях имелся бесперебойный источник чистой воды. И если нет никакой возможности подключения к водопроводу, то вся надежда на автономные источники. А из возможных вариантов оптимальным видится скважина с хорошим дебетом воды.

Существует несколько технологий создания таких скважин, но оптимальной выглядит гидробурение. Этот метод позволяет обойтись без сложного оборудования, не потребует от работников какой-то особой квалификации. Давайте посмотрим, как можно выполнить гидробурение скважин на воду своими руками.

В чем секрет популярности технологии гидробурения скважин?

Принцип гидробурения скважин

Существует немало способов бурения скважины, различной степени сложности и эффективности. Но так как темой настоящей публикации является именно гидробурения, остальные технологии оставим без внимания, тем более что на страницах нашего портала об этом можно отыскать немало материала. Там же подробно рассказывается и о залеганиях грунтовых вод.

Тот, кто ознакомился с предлагаемой выше публикацией, мог убедиться, что там рассматриваются главным образом, так сказать, «сухие» технологии – колонковое, шнековое и ударно-канатное бурение. У каждого есть свои плюсы и минусы, но объединяет их одно – для проходки в грунте требуется приложение очень серьезных механических усилий. Это и неудивительно – необходимо не только взрезать плотные слои грунта, но и регулярно обеспечивать подъем выработки наружу. Все это отнимает много сил и времени.

Технология же гидробурения заключается в сочетании механического воздействия на слои грунта с гидравлическим. А именно – в область бура постоянно подается под напором вода (буровой раствор).

Схематично это можно, например, изобразить так:

1. Буровая колонна, собираемая из полых труб.
2. Бур, на которые передается вращательный момент через буровую колонну.
3. Буровой кондуктор для направления потока воды. Во многих схемах он не используется – просто делается система каналом и приямков.
4. Емкость для воды (бурового раствора).
5. Насос, обеспечивающий напор воды.
6. Шланг, соединяющий насос с буровой колонной.

Итак, насос подает под напором воду в буровую колонну. Вода проходит по полости колонны и попадает в область бура, а затем поднимается вверх по пробуренной скважине и возвращается обратно в исходную емкость. Эта циркуляция должна обеспечиваться постоянно в течение всего процесса бурения.

Что дает использование циркулирующего напора воды?

• Вода вымывает раздробленные буром фрагменты грунта.
• Обратным потоком этот выбранный шлам выносится на поверхность, в отстойник.
• Оказывает динамическое воздействие на плотные слои, и его тоже не следует преуменьшать.
• Обеспечивает эффективное охлаждение трущихся поверхностей буровой оснастки, повышая их долговечность.
• Производит своеобразную шлифовку стенок скважины.
• Так как вода при бурении даже сама по себе очень быстро становится глиняным раствором, она производит укрепляющее действие на стенки скважины. Опытные бурильщики умеют варьировать концентрацию и состав раствора, вводя в него дополнительные укрепляющие присадки, если это необходимо.

Какие преимущества показывает гидробурение?

Сочетание механического и гидравлического воздействия на грунт при такой технологии бурения дает массу преимуществ.

• Вполне можно обойтись без тяжелой специальной техники.
• Это, в свою очередь, означает, что проводить работы можно буквально на «пятачке», на очень ограниченной площади.
• Оборудование несложное, и его можно даже изготовить самостоятельно.
• Не требуется большого количества сложных технологических операций.
• Нет особых требований к квалификации работников – справиться способен даже обычный владелец участка.
• Высокая производительность работ.
• При аккуратном подходе не приносится вреда обустроенному ландшафту участка. И никаких экологических проблем.
• Затраты на создание рабочей скважины становятся минимальными, по сравнению с другими технологиями.

Такой «букет» достоинств делает гидробурение одним из наиболее популярных способов обустройства автономных источников воды. Кстати, технология широко применяется и при бурении крупных скважин – в том числе в геологоразведке, в нефте- и газодобыче.

Для выполнения бурения можно воспользоваться специальными компактными буровыми установками (станками). Их немало представлено в продаже, наверняка можно поискать и возможность аренды. Или же вызвать бригаду со всем нужным снаряжением.

Однако, раз целью статьи поставлено показать как можно обойтись своими силами, то так и поступим. В дальнейшем рассмотрим только те примеры, где бурение проводилось на самодельном оборудовании.

Гидробурение скважин на воду своими силами

Пример гидробурения скважины на воду хозяевами дачного участка

В этом разделе будет показан опыт работы молодых хозяев дачного участка, решивших оснастить свои владения постоянным источником чистой скважинной воды. Пример примечателен уже тем, что работа ими выполнялась впервые, с использованием простейших инструментов и доступных материалов. Естественно, по ходу процесса были допущены определенные ошибки, и на них тоже будет обращено внимание.

Сказать по правде – источник воды на участке имеется. Это колодец, причем даже оборудованный насосной станцией. Но несколько причин все же не дают утверждать, что все в порядке. Одна из них – вода в колодце не наилучшего качества, так как он подпитывается верховодкой и оттого очень зависим от времени года, осадков или таяния снега. Для технических нужд, для полива – вполне, а вот для бани и тем более пищевых нужд – нежелательно, нужна многоступенчатая система фильтрации и обеззараживания.

Поэтому решено было пробурить абиссинскую скважину в непосредственной близости от здания, чтобы поступление чистой воды стало всесезонным, и его оборудование не потребовало бы значительных материальных затрат.

Итак, как шла работа по гидробурению.

Иллюстрация	Краткое описание выполняемой операции

	Для изготовления буровых штанг, передающих вращение и служащих каналом для подачи напора воды, были приобретены четыре трубы по 2 метра. Трубы оцинкованные, с внутренним диаметром ¾ дюйма. На обоих концах каждой трубы уже есть участок нарезанной трубной резьбы, что избавляет от необходимости выполнять эту непростую операцию самому. Больше 8÷10 метров делать глубину скважины практически бесполезно – подавляющее большинство самовсасывающих насосов (а именно такой нужен для эксплуатации источника) обладает предельной высотой подъёма воды именно в 8 метров.
	Одна из труб станет непосредственно буровой, остальные – для наращивания ствола по мере углубления в грунт. На первой трубе необходимо сделать буровой наконечник – «копье». Для этого с одной стороны у нее сначала срезается резьбовой участок, а затем  по ее центру с торца выполняется пропил глубиной порядка 10 мм.
	Из куска стали толщиной 5 мм (может подойти, например, срезанная полка уголка 75 мм) вырезается наконечник – равносторонний треугольник с длиной стороны 50 мм.
	Рабочие стороны этого треугольника затачиваются «болгаркой».
	Затем этот наконечник вставляется в прорезь трубы, как показано на иллюстрации…
	…и крепко приваривается в этом «гнезде». Но так, чтобы сварные швы не перекрывали полость трубы, по которой будет подаваться вода.
	С наконечником буровой штанги разобрались – теперь необходимо собрать узел для противоположной стороны – для передачи вращательного движения, для приложения усилия вертикально вниз и для подачи воды в полость трубы. Этот узел собирается – «запаковывается» на подмотку (например, паклю с герметизирующей пастой) из трех сгонов, двух тройников (М-М-М) и двух заглушек (М).
	Вот этот узел в сборе, с обозначением основных деталей и их предназначения. В сгон ¾ дюйма длиной 150÷180 мм (поз. 1) вкручивается с «запаковкой» такой же по диаметру тройник (поз. 2) центральным своим входом. К боковым входам в тройник вкручиваются два одинаковых сгона (поз. 3) – они будут выступать в качестве рукояток буровой штанги. Длина рукояток может быть любой, главное, чтобы было удобно в работе и создавался достаточный рычаг для передачи крутящего момента, необходимого для проходки плотных слоев грунта. Возможно, будет достаточно на каждое плечо по 250 – 300 мм. Естественно, чтобы подаваемая вода не выходила через этот канал, оба сгона закрываются на концах заглушками (поз. 4). К вертикальному сгону боковой стороной прикручивается второй тройник (поз. 5). К его центральному выходу будет подсоединяться шланг для подачи воды. В данном примере мастер решил зафиксировать там штуцер для быстросъёмного шланга (поз. 6). Нижним входом этот тройник будет прикручиваться к резьбовому участку буровой трубы (показано широкой стрелкой), и переставляться на очередную трубу при наращивании длины буровой штанги.
	Вот мастер демонстрирует этот узел уже с первой буровой трубой в сборе. Осталось только подсоединить шланг подачи воды.
	Теперь несколько слов о подготовке, так сказать, «рабочего места». На месте будущей скважины лопатой выкапывается небольшая система каналов и приямков, разных по размерам и предназначению.
	1 – собственно, здесь как раз и будет сама скважина. Желательно постараться выкопать этот приямок сразу поглубже, например, с использованием садового бура – так легче будет начинать проходку грунта. 2 – своеобразный «фильтр», отстойник, где будет в основном скапливаться вымытая при бурении «порода», и откуда ее необходимо будет время от времени вычищать. 3 – самый большой приямок, где будет устанавливаться погружной дренажный насос. Именно отсюда вода будет перекачиваться по шлангу в буровую штангу, а затем, выйдя вверх по скважине и миновав отстойник – возвращаться сюда же. Чтобы насос не качал грязь с поверхности грунта, его лучше установить, например, в ведро, но при этом постоянно следить, чтобы была вода для бурения – периодически подливать.
	Необходимо сразу подготовить довольно внушительный запас воды, особенно если нет возможности ее подачи, например, по шлангу из другого источника. Перед началом работ третий приямок и ведро в нем должны быть полностью наполнены водой.
	Шланг от насоса подключается к фитингу на тройнике узла подачи воды. Теперь насос можно включить – вода начинает подаваться через буровую штангу под напором в область копья, затем перетекать про каналам и приямкам снова к насосу. Создается своеобразная циркуляция, и уровень воды на этом этапе пока практически стоит на месте.
	Можно начинать собственно, само бурение. Для этого мастер прикладывает усилия сверху вниз, руками, а иногда и задействуя вес своего тела. Одновременно с этим буру придаётся и вращательное движение – для резки своими заостренными гранями пластов плотного грунта. Полный круг описывать незачем – это и неудобно, и шланг будет обвиваться об трубу. Достаточно поворота градусов на 45÷60 в одну сторону, а затем, после возвращения в исходное положение – в другую.
	Бур начинает погружаться в грунт. По мере роста глубины пройденной скважины уровень воды в приямке с насосом станет, безусловно, понижаться.
	Поэтому необходимо или самому не забывать периодически подливать воды в насосный приямок, или поручить это функцию помощнику.
	Бур пока что не слишком быстро, но все же продвигается вглубь грунта. Пока что в вымытой породе ниже почвенного слоя преобладает суглинок.
	И вот первая неприятность!.. Быстросъемное соединение, рассчитанное для полива огорода, не справляется с динамической нагрузкой, слетает, тормозя работу и принося массу других неудобств.
	Пришлось временно перейти на «упрощённую» схему – затягивать шланг, надетый на штуцер, обычным хомутом. А чтобы шланг не перегибался – подвязать его к рукоятке (и то и другое показано стрелками).
	Постепенно грунт уплотняется, и приходится прикладывать очень значительные усилия сверху, чтобы продвигаться дальше. Задействуется вес тела мастера: он сверху наваливается на бур, установив для этого подставку.
	И все же гидробурение при должном старании дает результат – штанга постепенно, но неуклонно погружается в грунт. По анализу вымываемой породы – проходка идет через толстый плотный слой глины. Это нормально – так и должно быть. Выше этого водоупорного слоя можно отыскать только верховодку. После почти полного погружения первой трубы необходимо произвести наращивание штанги второй трубой.
	Для этого мастер полностью вытащил наверх первую трубу. Заодно можно провести ревизию бурового наконечника – ну, с ним все в порядке.
	Трубы свинчены между собой с помощью обычной муфты. Узел подачи воды с рукоятками переставлен на конец второй трубы.
	Затем штанга вновь аккуратно заводится в скважину вниз до упора. Видно по «остатку» первой трубы, что пройдено около 1,8 метра. Несколькими движениями вверх-вниз мастер убеждается, что стенки скважины стабильны, не осыпаются.
	Вот наглядно виден недостаток неподвижно закрепленных рукояток на краю трубы – воздействовать на них для продолжения бурения становится крайне неудобно, так как высота получается под два с половиной метра.
	Приходится устанавливать козлы или иную подставку, чтобы приложить поступательное и вращательное усилие не бур.
	А порой приходится и так изощряться, чтобы пройти плотный глиняный слой.
	Но, как бы то ни было, вторая труба практически полностью вошла в грунт. Производится очередное наращивание штанги.
	Кстати, в районе 4 метров глубины поменялся и характер грунта. Глина стала перемежаться песком, а затем и вовсе пошел в основном песок. Это неплохой знак!
	Проходка стала явно легче, но бурить глубже пока не получилось. Причина – соединение труб одной муфтой показало ненадежность – начинается пробуксовка и развинчивание узлов.
	Решено было оставить работу до завтра, с тем чтобы продумать устранение выявленных недостатков.
	Для облегчения соединения шлангов был приобретен вот такой узел – тоже быстросъемный, но совершенно иного качества.
	А для надежной фиксации соединений труб решено было фиксировать муфту с обеих сторон контргайками.
	Забегая вперед, можно отметить, что и применение контргаек не дало ожидаемого эффекта надежности соединения. И работа начала спориться лишь после того, как муфты были приварены к концу трубы «намертво».
	Начало работ на следующий день. Штанга собрана уже из трех труб, то есть достигает длины в шесть метров.
	Поднять ее для установки в скважину – еще та задача, но мастер с помощником справились. Штанга аккуратно опускается на дно скважины – ее стенки стабильны и не осыпались. Чем и хорошо гидробурение – постоянное прохождение воды (а по сути – глинистого раствора) своеобразно «цементирует» стенки скважины.
	Подсоединяется шланг для подачи воды. С качественным быстросъемным фитингом это теперь несложно.
	На удивление, эти два метра проходки дались очень легко – чувствовалось, что бур проходит через песчаный слой.
	Буровая штанга чуть ль ли ни самостоятельно, под свои весом и воздействием потока воды, уходила на глубину.
	Вот достигнута отметка в 6 метров. Хорошо заметно, насколько осветлилась циркулирующая вода.
	Попробовали нарастить штангу четвертой трубой и продолжить бурение. Но на глубине около 6.5 метров проходка практически остановилась. А пробы грунта показали, что уперлись в очень плотный глиняный слой голубоватого цвета с каменистыми вкраплениями. Решено было дальнейшее бурение остановить, и попробовать «раскачать» скважину на этой глубине.
	Для этого необходимо подготовить обсадную трубу. Для ее роли отлично подходит труба из полиэтилена низкого давления (ПНД) с внешним диаметром 32 мм. Они недороги, долговечны и надежны. Длины трубы должно быть достаточно, чтобы достичь дна скважины, и иметь еще запас около метра снаружи, выше уровня грунта.
	На том конце трубы, что будет опускаться в скважину, необходимо создать фильтр, через который вода будет поступать из песчаного водоноса наверх. Для этого на участке примерно в метр, с отступом от края около 300 мм, высверливаются сквозные отверстия диаметром 10 мм, с шагом порядка 150 мм одно от другого.
	Затем труба поворачивается вокруг оси на 90 градусов, и просверливаются такие же отверстия и с тем же шагом, но в «шахматном порядке». Кстати, после этого трубу не помешает промыть напором воды, так как в ней внутри может остаться немало пластиковой стружки, способной создать пробку, снизить напор, застрять в камере насоса.
	Конец трубы необходимо надежно заглушить, чтобы он не всасывал песок со дна скважины. Это можно выполнить разогревом с помощью газовой горелки.
	Полиэтилен относится к термопластичным материалам – после разогрева его можно «обрабатывать», сваривать и т.д. Вот и сейчас с помощью плоскогубцев свариваются, сжимаются подплавленные размягченные стенки трубы.
	Получилось, может быть, не особо красиво, но вполне надежно.
	Теперь эти заборные отверстия необходимо обернуть фильтрующим материалом. А чтобы он не соскальзывал, и чтобы задался небольшой зазор – сначала спиралью наматывается толстая леска от садового триммера. Ее края можно закрепить обычной изолентой.
	Затем наворачивается фильтрующий материал, например, полимерная сетка галунного плетения. Пробелов оставлять недопустимо, витки сетки должны плотно перекрывать всю поверхность перфорированного участка трубы. Зафиксировать фильтрующий материал можно обычными пластиковыми стяжками, обрезав затем лишние «хвосты». А по краям сетка герметизируется или той же изолентой, или термоусадочной трубкой требуемого диаметра. Главное, чтобы не подсасывался песок сверху или снизу.
	Если все готово, можно аккуратно извлечь (или последовательно, поднимая по одной трубе, демонтировать) буровую штангу. На снимке, кстати, хорошо показан фильтрующий участок обсадной трубы.
	Затем в скважину начинают заводить обсадную трубу.
	Действовать следует очень аккуратно, чтобы не повредить стенок скважины. Лучше будет, если опускать трубу с помощником, чтобы не допускать сильных изгибов на входе.
	Обсадная труба полностью опущена в скважину. Над поверхностью земли остался небольшой участок для последующей обвязки.
	Но для начала скважину необходимо «раскачать», то есть убедиться, что она действительно рабочая, и добиться устойчивого дебета чистой воды. Для этого потребуется поверхностный самовсасывающий насос. Это важно – именно такой. То есть для работы изначально необходимо готовить два насоса – один погружной дренажный – для гидробурения, второй поверхностный самовсасывающий – для прокачки и дальнейшей эксплуатации источника воды. Этот насос подключается всасывающим патрубком к выходящему из земли отрезку обсадной трубы.
	И саму скважину, и рабочую камеру насоса необходимо по максимуму наполнить водой. Иначе ничего не получится.
	К выходному патрубку насоса можно пока присоединить небольшой отрезок трубы или шланга – так проще будет контролировать начало процесса прокачки скважины.
	Производится пуск насоса – из напорной трубы появляется поток воды. Пока радоваться рано – это всего лишь та вода, что была «заправлена» в насос. Но именно она должна создать всасывающее разрежение в обсадной трубе.
	На то, что это пока вода из насоса указывает и ее изначальная чистота.
	Но вскоре, после возможной паузы в несколько секунд, поток становится мутным. Это уже вода, которой была заполнена скважина. Вот теперь настает «момент истины»: остаётся надеяться, что этот «источник не иссякнет» – некоторые «пробелы» все же возможны, но не должны быть длительными. И если фильтрующая часть обсадной трубы попала в хороший песчаный водонос, вскорости должен пойти устойчивый поток. При этом нельзя забывать, что насос перегревать нельзя – если он будет долго работать вхолостую, «сосать воздух», то без охлаждения вскорости перегорит или, в лучшем случае, сработает тепловая защита. Но по-любому – если скважина после раскачки не дает воду, то надежд немного. Можно, конечно, еще несколько раз попробовать заполнить ее и насос водой и прокачать, но помогает это не всегда.
	Но если все сложилось удачно, то поток воды будет только «крепнуть» и постепенно избавляться от мути.
	В этом случае можно закрепить шланг подлиннее, так как прокачку надо вести в идеале хотя бы пару часов. И выкачанную воду требуется куда-то отводить, чтобы не допускать «потопа» около скважины. В итоге при хорошем исходе из земли будет поступать чистая, фильтрованная на песке вода.
	Можно проверить примерный дебет скважины – для этого, например, засекают время, за которое заполнится десятилитровое ведро.
	Это заняло чуть больше 30 секунд. Даже округленный в меньшую сторону расчет показывает, что дебет никак не меньше кубометра в час. Вполне прилично для организации домашнего водопровода.
	Чистота воды и ее вкусовые качества тоже на высоте.
	Единственное, на дне стакана заметен очень мелкий песчаный осадок – возможно, из-за недостаточной эффективности фильтрующей сетки. Но это легко решается установкой обычного механического магистрального фильтра с полипропиленовым картриджем.
	Хозяева сразу решили опробовать работу скважины в связке с насосной станцией, той, что и будет в дальнейшем обеспечивать напор в домашнем водопроводе. В дальнейшем, безусловно, для нее будет подготовлено соответствующее «укрытие» – кессон. Но это уже совсем другая тема. А пока – скважина «жива», и бесперебойное поступление чистой воды в дом — обеспечено!

Сказать по правде, не всегда получается так просто. Да и в показанном примере, оказывается, на устойчивый водоносный слой хозяева попали только с третьего «прокола». В итоге фильтрующий участок обсадной трубы расположился на глубине от 4.5 до 5.5 метров.