Инструмент для бурения скважин

Разновидности инструментов, применяемых для бурения

Все буровые инструменты, использующиеся в процессе обустройства скважин. делятся на четыре основные категории: технологические, вспомогательные, специальные и аварийные. Каждый из этих видов выполняет определенную функцию.

Разновидности бурового оборудования

И если Вы желаете своими руками выполнить работу по бурению — следует детальнее изучить упомянутые виды ручного инструмента и разобраться в его назначении и особенностях применения.

1 Технологический буровой инструмент

В категорию технологического инструмента относят устройства, которые применяются непосредственно для выполнения бурения. Это основной из инструментов для бурения скважин, который из всего разнообразия механизмов для бурения отличается наибольшей сложностью конструкций, и, соответственно, наивысшей стоимостью .

Разновидности технологического инструмента разберем ниже.

Буровые штанги. Штанги – одна из основных частей любой буровой установки, которая соединяет породоразрушающую конструкцию с приводом, и приводит её в движение.

Из всех элементов буровой машины именно штанги несут основную механическую нагрузку, так как на них приходится практически всё сопротивление грунта крутящему моменту двигателя. По этой причине к буровым штангам выдвигаются повышенные требования по надежности и износоустойчивости.

В зависимости от технологии производства, выделяют три вида штанг:

• Цельнокованые;
• Сделанные по методу сварки трением;
• Сварка трением с предварительной ковкой.

Наибольшим ресурсом работы обладают цельнокованые конструкции. Для того чтобы придать сварным штангам необходимую жесткость, в процессе их производства выполняется азотирование металла, который, после закалки, получает высокие показатели износоустойчивости.

Замки для соединения бурильных труб для колонны

В процессе заглубления в грунт требуется постоянное увеличение буровой колонны. Это осуществляется посредством навинчивания штанг друг на друга – все они оборудованы резьбовыми соединениями, в основном клиновидными.

Существуют круглые и шестигранные штанги. Шестигранные конструкции обладают дополнительными ребрами жесткости, что делает их оптимальным вариантом для бурения в сложных грунтах и в горных породах.

Породоразрушающие устройства. Инструменты из этой категории предназначаются для разрушения грунта при бурении. Правильный выбор такого механизма является ключевым фактором эффективности всего процесса, так как для каждого типа почвы необходимо применения определенного вида бура.

В эту категорию входят: буровые головки, пики, долота, шнеки. Которые, согласно способу воздействия на почву, классифицируются на конструкции режущего, истирающего и дробящего действия.

Для работы с мягкими грунтами используются режущие наконечники, для твердых пород – наконечники дробящего действия, для проблемных скалистых пород – истирающие конструкции (сюда относятся наконечники для алмазного бурения ).

Несмотря на высокое качество применяемых в изготовлении материалов, любой породоразрушающий инструмент, из-за жестких условий работы, со временем теряет свои эксплуатационные характеристики и изнашивается. Расход бурового инструмента обуславливается особенностями обрабатываемой породы.

Наибольшим КПД среди всех существующих разновидностей породоразрушающего инструмента обладают наконечники для алмазного бурения. Такие наконечники получили своё названия из-за нанесенного на них алмазного порошка (используются, разумеется, технические алмазы, которые ученые воспроизводят своими руками).

К неоспоримым преимуществам алмазного инструмента относится возможность эффективно бурить практические любые твердые породы (от бетона до мрамора и кварца), к недостаткам – цену. Стоимость алмазного инструмента значительно превышает стоимость обычных буровых конструкций.

Алмазные буровые наконечники

А учитывая, что такие наконечники изнашиваются в процессе работы, и их необходимо регулярно менять, технология алмазного бурения, на сегодняшний день, является очень дорогостоящей.

Оптимальным вариантом для бурения скважин в мягких породах являются шнеки. Это винтовые конструкции с расположенными по всей длине витками определенного диаметра, по которым грунт выходит на поверхность скважины.

На нижней части шнека установлены специальные зубья, которые выполняют функцию забурного элемента – преодолевают сопротивление грунта и направляют движение всей буровой колонны. Расход бурового инструмента определяется по степени изношенности забурного элемента — он является ключевым фактором, от которого зависит срок использования шнека.

Желонки. Желонка представляет собою трубообразную емкость цилиндрической формы, которая применяется в процессе бурения для удаления разрушенной породы и жидкости из скважины на поверхность. Также с помощью желонки в скважину может доставляться раствор.

Выделяют следующие виды желонки:

1. Обычная – труба, на нижней части которой оборудован тарельчатый клапан, через который осуществляется забор грунта, либо воды. Сверху трубы делается зацеп для соединения с тросом. Такую конструкцию можно без проблем сделать своими руками.
2. Поршневая желонка – жидкость закачивается в желонку с помощью поршня, установленного в середину трубы.
3. Пневматическая желонка – заполнение такой желонки выполняется под воздействием давления, перепады которого создаются специальным нагнетателем.

Желонка для скважины на воду

2 Вспомогательный инструмент

Вспомогательный буровой инструмент выполняет обслуживающую функцию в процессе эксплуатации технических инструментов. С его помощью укрепляются стенки скважины, и осуществляются операции спуска и подъема механизмов.

Обсадные трубы. Такие трубы используются для создания обсадной колонны, посредством которой выполняется укрепление скважины, и изоляция её рабочей среды от грунта. В промышленных скважинах, главным критерием, которому должны соответствовать обсадные трубы, является устойчивость к внешнему механическому воздействию и стойкость к коррозии – так как опущенная в скважину труба подвергается всестороннему давлению грунта.

В скважинах на воду важным фактором также является экологичность материала – он не должен загрязнять питьевую жидкость. Основным материалом при изготовлении обсадных труб является низколегированная сталь с высоким содержанием углеродов. Для обустройства бытовых скважин на воду также могут использоваться трубы из полимерных материалов.

Для соединения обсадных труб в одну колонну используются резьбовые соединения. Толщина стенок таких труб, в зависимости от диаметра, может колебаться от 5 до 16 мм. Обсадную трубу для домашней скважины можно изготовить своими руками на основе обычной стальной трубы.

Вспомогательные фиксирующие инструменты. Сюда относятся все устройства, которые выполняются функцию крепления, удержания в подвешенном состоянии, либо подъема-опускания основного инструмента. Это – подкладные вилки, хомуты, трубодержатели, вертлюги. элеваторы, шарнирные ключи, и другой мелкогабаритный инструмент для использования своими руками и автоматизированного применения.
к меню ↑

2.1 Специальный буровой инструмент

В специальную категорию входят средства для торпедирования, тампонирования и искривления скважин – достаточно редких операций, встречающихся, в основном, в промышленном бурении газовых и нефтяных скважин.

Шнеки для проведения бурильных работ

Торпедирование применяется для увеличения продуктивности скважин, так как внутренние взрывы приводят к более интенсивному притоку газа и нефти. Оно выполняется с помощью герметичных, либо негерметичных торпед, внутри которых расположено взрывчатое вещество.

Тампонирование скважины необходимо в случае бурения в сильно поглощающих воду грунтах, что делает невозможным нормальную промывку скважины. Для этого используются специальные быстросхватывающиеся растворы, которые подаются внутрь скважины через буровую колонну.
к меню ↑

2.2 Аварийный инструмент для бурения

В группу аварийного инструмента входят все механизмы, которые используются для предотвращения возможной аварии, либо для ликвидации её последствий. В бурении аварийный инструмент ещё называют ловильным, так как в большинстве случаев, ликвидация чрезвычайного происшествия в бурении сводится к извлечению вышедшей из строя буровой колонны, или обсадной трубы из скважины.

Главной проблемой, с которой можно столкнуться в процессе работы, является прихват бурового инструмента, который возникает как причина интенсивного сопротивления грунта буру – в основном они происходят при обработке горных пород. Последствия прихвата бурового инструмента — частичная (в некоторых случаях — полная), остановкой вращательного движения буровой колонны.

Вследствие прихвата растет давление промывочной жидкости, и нагрузка на привод установки, что без своевременного ручного вмешательства специалистов может стать причиной возникновения аварийной ситуации и поломки оборудования. Разобраться с прихватом бурового инструмента своими руками, без привлечения дополнительных бригад, можно с помощью метода гидровибрирования, либо понижая уровень раствора в скважине.

Аварийный инструмент, в зависимости от особенностей конструкции, делится на следующие виды:

Твердосплавные коронки для бурения

• Ловильный колокол;
• Ловильный метчик;
• Ловильный механизм плашечного типа.

Ловильный метчик используют для извлечения из скважины колонковых, либо обсадных труб, которые подсоединяются к метчику резьбовым соединением. Размеры и особенности метчиков регламентируются согласно ГОСТ 8483-81.

Ловильный колокол применяется в скважинах диаметров от 76 до 136 мм. С его помощью извлекаются буровые трубы. Соединение выполняется с помощью наружной резьбы. Колокола могут быть проходными и непроходными.

Инструменты плашечного типа, они же труболовки, фиксируют трубу с помощью выдвижных распорок. В зависимости от способа фиксации выделяют внутренние и наружные труболовки.
к меню ↑

2.3 Процесс подъема инструмента после завершения бурения (видео)

К атегория: Водопровод в частном доме и коттедже

Инструмент для бурения скважин

Для бурения скважин используется специальный инструмент, который можно сделать самому или купить в строительных магазинах. Разрушение породы и ее извлечение с забоя осуществляются с помощью буровых цилиндрических ложек, желонок, змеевиков и долот. Их можно спускать в скважину на штангах или тросе.

Буровая ложка (рис. 1, а) служит для бурения скважин на воду преимущественно в устойчивых мягких породах: чистых влажных песках, глинистых песках, песках с содержанием мелкой гальки или гравия, песчанистых глинах, суглинках. При работе ложкой ей сообщают одновременно поступательное и вращательное движения.

Корпус ложки состоит из стального пустотелого цилиндра, имеющего в верхней части головку с резьбой для соединения со штангами и в нижней части режущую кромку. Корпус имеет продольный прорез, у которого один край подогнут внутрь, а второй заточен и может работать при вращении как лезвие. Ширина прореза зависит от свойств проходимых пород: для сыпучих пород прорез делают уже, для плотных — шире. Пробуренная порода поступает внутрь цилиндра, удерживается там и извлекается на поверхность с инструментом. Режущие кромки цилиндра, ложки и лезвие направляющей части закаливают.

Рис. 1. Буровой инструмент

В некоторых случаях нижняя цилиндрическая часть буровой ложки взамен отогнутого лезвия имеет наконечник — змеевик в виде бурава по дереву (рис. 1.14, б). Буровая ложка с таким наконечником работает более успешно, чем с лезвием.

Буровую ложку как с лезвием, так и со змеевиком можно изготовить в мастерской, имеющей токарный станок и кузницу. Ложки имеют диаметр 70,140 и 198 мм. Диаметр ложки должен на 10 мм превышать диаметр опускаемых после бурения труб.

Змеевик или спиральный бур (рис. 1, в) применяется для бурения в глинах и суглинках, иногда содержащих небольшое количество гравия или очень мелкой гальки. При этом диаметры сохраняются те же, что и при бурении ложкой. Змеевик состоит из головки с нарезкой для соединения со штангами и нескольких спиральных витков, которые оканчиваются в нижней части лезвием. Змеевик углубляют в породу при медленном вращении с довольно значительным усилием на забой. При этом лезвие змеевика срезает породу, которая по его виткам передвигается вверх. Выбуренная порода заполняет лопасти спирали, удерживается на них и извлекается на поверхность вместе с инструментом.

Зубильное долото (рис. 1, г) предназначается для бурения в плотных сухих глинах, рыхлых песчаниках, известняках, сланцах, мергелях, твердых мел ах. Ствол скважины округляется путем поворачивания долота на угол 15—20° после каждого удара. Долото отковывается из одного куска вязкой стали. Угол заострения долота 90°. Зубильные долота имеют диаметры 74, 108, 147 мм.

Пирамидальное долото (рис. 1, д) применяют для дробления, а также для сдвигания с забоя скважины валунов, гальки и т. д. Это долото имеет форму круглой болванки с резьбой.в верхней части и пирамидальным острием в нижней.

Буровые долота небольших размеров можно изготовлять в мастерских, где имеется хотя бы небольшая кузница, а также токарные и строгальные станки.
Желонка (рис. 1, е) служит главным образом для извлечения из скважины пробуренной породы и для бурения в рыхлых и сыпучих породах. Корпус желонки состоит из железной или стальной трубы, к верхней части которой прикреплена вилка с конусной резьбой для подвешивания к канату или прикрепления к рабочим штангам, в нижней части труба снабжена стальным режущим башмаком с клапаном. Корпус желонки может быть изготовлен из обсадной или газовой трубы длиной 1—2 м.

Башмак желонки представляет собой стальное кольцо, верхняя часть которого служит для соединения с корпусом желонки и для устройства клапана, а нижняя (лезвие) — для разрыхления породы. Наружный диаметр нижней части башмака увеличивается к лезвию, диаметр которого на 4—6 мм больше наружного диаметра корпуса желонки. В нижней части желонки находится клапан, который при резком опускании ее на забой открывается, пропуская разжиженную породу внутрь. При подъеме желонки клапан закрывается.

При работе в рыхлых водоносных или плывунных породах для более плотного закрытия плоского (тарельчатого) клапана к его башмаку прикрепляется кожа или резина. В этих случаях можно применять и желонку с шаровым клапаном. Желонки освобождаются от породы посредством опрокидывания. Желонки с плоским клапаном выпускают диаметром 89, 95, 127, 168 мм, а с шаровым клапаном — 70 и 89 мм. Можно изготовить желонку любого диаметра своими средствами.

Шнеки — разновидность змеевика. Они имеют плоские спирали с учащенным шагом. С их помощью бурят связные породы (глина, суглинки, супеси). На конце шнека есть забурник, который разрушает породу, а плоские спирали выносят ее на поверхность. Шнеки эффективны при использовании для их вращения механизмов, например, небольших двигателей от пилы «Дружба». В то же время довольно сложно извлекать из скважины шнек, заполненный породой, так как для этого требуется значительное усилие.

Стаканы представляют собой обычные трубы с заостренными нижними торцами. Они предназначены для бурения связных глинистых пород. Работа с ними заключается в подъеме и сбрасывании их с высоты 2—3 м на забой. Острые торцы режут породу, отрывают ее от забоя и сохраняют ровный диаметр скважины. При подъеме на поверхность из стакана удаляется застрявшая в нем порода.

Штанги применяют для ударного и вращательного бурения. На них опускают на забой инструмент, при их вращении ведется бурение и с их помощью извлекается на поверхность разрушенная порода. Штанги испытывают нагрузки на сжатие, растяжение, изгиб и скручивание, поэтому их делают из особых штанговых труб. Для их свинчивания нарезается коническая резьба, как и на инструменте. Штанги имеют длину 3 м, но для удобства в работе применяют штанги длиной 2; 1,5 и 1 м. В качестве штанг можно использовать прутки из стали квадратного или круглого профиля, а также водопроводные трубы с усиленной стенкой.

В комплект инструмента входят крюки, хомуты, ключи, а также ловильные приспособления для извлечения из скважины оборвавшихся частей снаряда.

Качественный бур для бурения скважин своими руками

Пробить собственный колодец для воды – это мечта многих дачников, а вместе с этим необходимость большинства людей, проживающих в частных домах. Данный процесс не очень простой, но вполне выполнимый при наличии определенных инструментов и материалов. Перед тем как сделать бур для бурения скважин своими руками, нужно совершить целый ряд действий.

Конструкция песчаной скважины.

Детальное изготовление бура

Перед тем как начинать рабочую деятельность, нужно подготовить все необходимые инструменты и материалы:

• труба толстостенная – 40 мм;
• рулетка;
• болты и гайки;
• диски для болгарки – 150 и 180 мм;
• листовая сталь – 2 мм;
• стальная полоса – 4 мм;
• рашпиль;
• болгарка;
• сварочный аппарат;
• дрель.

Принцип ручного бурения скважины.

Существуют разные конструкции буров, причем их можно совместить, чтобы получить идеальный результат. Для этого нужно выполнить следующие действия:

1. Отрезаются 2 сегмента трубы по 80 и 130 см. При необходимости габариты могут быть изменены, т.к. данные идеально подходят под рост 175 см.
2. Вырезаются 2 круглые пластинки листовой стали с диаметром 70 мм. На этом же этапе все места срезов у стали и труб тщательно шлифуются.
3. 2 круга привариваются к стальным трубам, только к длинной приваривается на самый конец, а к короткой – ровно посередине. От качества швов зависит надежность всей дальнейшей деятельности.
4. Нужно разрезать 2 беззубые фрезы ровно пополам. При резке нужно стараться сделать все максимально точно, но если получатся огрехи, то не нужно огорчаться и переделывать.
5. На 2 см выше основания трубы (без стального круга) приваривается меньший по диаметру круг, а спустя 10 см – больший. Оба круга фиксируются под углом 35°, чтобы добиться максимального эффекта с минимизированием трудозатрат.
6. В самом низу вваривается стальная полоса для формирования резца. Длина ее обычно не более 20 см, но можно ограничиться и 15 см. Все излишки срезаются болгаркой для формирования пики на конце, а потом идет заточка рашпилем.

Инструменты для бурения скважины.

Для сцепки между собой нужно в стальных кругах провести 2 перпендикулярные линии, причем пересекаться они должны непосредственно в самом центре. От края делается отступ в 1,5 см, после чего просверливаются отверстия по 0,5 см в диаметре. Данный способ позволяет сформировать идеально ровные стыки. Остается лишь продеть болты и прихватить гайками.

Для формирования промежуточных сегментов достаточно лишь взять трубу 130 см, после чего с обоих концов приварить стальные круги с отверстиями. Таких сегментов может быть ровно столько, сколько для этого потребуется.

Некоторые возможные доработки

Для бурения скважины иногда требуется не резец, а сверло. По этой причине в своем арсенале нужно иметь дополнительную основу, где вместо стальной полосы на конце будет патрон с твердосплавным длинным сверлом.

Чертеж и внешний вид буровой штанги.

Средняя длина сверла – 100 см, но можно использовать более длинные аналоги, тогда как сама труба будет иметь лишь 40 см. При достижении известнякового слоя данная доработка станет бесценной, так как никакой аналогичный вид бурения скважин тут не поможет. После того как будет набурено необходимое количество отверстий, нужно погрузить уже привычную насадку с лопастями по бокам и вращательными движениями все снять.

Нередко даже 4 мм стали могут погнуться при взаимодействии с камнями и слежавшейся глиной. В качестве выхода из подобных ситуаций можно закалить металл. Закаливание для таких ситуаций производится самым простым способом:

1. Металл опускается в огонь на 30 мин, но если пламя уже разгоревшееся, то можно на 20, но не меньше. Необходимо довести его до того состояния, когда он станет красным.
2. При помощи любого металлического захвата (вплоть до пассатижей) нужно извлечь стальную полосу.
3. Быстрым движением она погружается в воду строго вертикально. Если бросить сталь или просто погрузить как-либо иначе, то в результате металл при резком остывании закрутит винтом, дальнейшее использование станет невозможным.

Лопастные долота для бурения скважины: а — трёхлопастное; б — двухлопастное; в — типа «РХ»; г — истирающе-режущие типа «ИР»; д — фрезерное типа «ФР»; е — пикообразное.

Перед закаливанием полосе придается именно тот внешний вид, который будет в дальнейшем, т.к. исправить что-либо будет уже невозможно. Для закаливания можно использовать еще и жидкий свинец, но ни в коем случае не масло.

Весь инструмент покрывается специальной антикоррозийной краской. Такая краска при работе частично будет облазить с инструмента, что вполне нормально. Облезшие места не нужно заново покрывать, т.к. они, благодаря работе, не подвержены ржавлению.

Самая последняя доработка из популярных – это изменение системы крепления на резьбовую. Бурение скважин от этого не станет проще или сложнее, зато процесс изготовления немного упростится. Тут уже не нужна будет листовая сталь, вместо нее в трубу вставляется болт (снизу) соответствующего диаметра, а с противоположной стороны гайка (сверху). Единственный минус – это сложность фиксации, т.к. ни в коем случае нельзя даже мимоходом коснуться резьбы при сваривании.

Буровая деятельность

Конструкция шарошечного бурового долота.

Бур делают для бурения скважин, поэтому нужно сразу же его опробовать. Для этого надо выбрать место и выполнить следующее:

1. Инструмент для бурения скважин вкручивается в выбранном месте в грунт на глубину, превышающую на 5 см уровень верхнего диска.
2. Извлекается из земли и очищается от всех возможных частиц.
3. Снова погружается в землю.

Такая последовательность прерывается только для наращивания новых сегментов, после чего процесс бурения скважины продолжается. Но есть и особый аспект – масса металла, из-за которой обычно ограничение в работе наступает на глубине 30-40 м, т.к. извлечь инструмент с породой становится уже почти невозможно.

Если что-либо мешает продвижению, то можно воспользоваться 2 трубами большего диаметра, которые надеваются на рукоятки. Тут понадобится помощник, но пробурить можно будет даже самую неподатливую породу.

Не стоит опасаться подобной работы, т.к. для формирования скважины не потребуются особые технические навыки или большой опыт, но физическая сила и выносливость нужны.

Лучше заранее обзавестись помощником, это существенно сэкономит время и силы.

Источники: http://byreniepro.ru/byr-instrumenty/vidi.html, http://gardenweb.ru/instrument-dlya-bureniya-skvazhin, http://moyaskvazhina.ru/instrumenty/bur-dlya-bureniya-svoimi-rukami.html