Буровая установка своими руками: изготовление самодельного бура для бурения скважин

1 Какое применяют оборудование для бурения скважин?

Основной характеристикой, в соответствии с которой классифицируется оборудование для разработки скважин, является принцип работы. Выделяют 5 основных способов бурения:

• вращательное;
• шнековое;
• ударное;
• шарошечное;
• ударно-вращательное.

Рассмотрим каждый из способов, а также применяемое для его реализации оборудование, более подробно.

1.1 Станки вращательного (шнекового) бурения

Вращательное бурение осуществляется посредством разработки грунтовых масс вращающейся коронкой, которая с усилием подается вдоль оси скважины. Коронка состоит из нескольких режущих кромок — «перьев», которые контактируя с грунтом скалывают его, тем самым углубляясь вниз. Преимуществом данного способа является высокая скорость, недостатком — возможность применения лишь в почве средней и малой твердости.  При работе в твердых грунтах коронка не срезает, а стирает почву, что приводит к ускоренному износу резцов. Существуют специальные алмазные колонки, однако ввиду высокой стоимости такого оборудования их применение распространено крайне слабой.

Рассмотрим устройство станка вращательного бурения на примере распространенной модели СБР-160, который способен разрабатывать скважины диаметром 160-200 мм на глубину до 25 м. Схема данной машины представлена на изображении.

СБР-160

Все самоходные машины вращательного бурения базируются на  транспортной базе — гусеничной либо колесной. Модель СБР-160 обустроена на основе экскаватора Э-652А, в ней каждая из гусениц оснащена индивидуальным приводом, что значительно увеличивает проходимость машины.

Рабочий узел агрегата состоит из мачты, шнека и вращателя. Мачта представляет собой направляющую конструкцию, в которой смонтирован механизм подачи буровой колонны (шнека). Сам шнек может быть непрерывным либо секционным- пригодным к наращиванию.

Вращатель бурового станка — устройство, приводящее буровую колонну в действие. В СБР-160 вращатель состоит из асинхронного двигателя, патрона, муфты, редуктора и гидроцилиндра, посредством которого производится переключение скоростей. Технические характеристики данной модели предусматривают 4 скорости бурения — 250, 160, 125 и 80 об/мин.

БМ-811

Также в отечественной промышленности распространены следующие станки вращательного бурения:

• УРБ-2А — монтируется на шасси Урал-4320, ЗИЛ-131 либо АМАЗ-43114. Буровые станки серии УРБ-2А приводятся в действие непосредственно от двигателя базового транспорта, они комплектуются насосом типа НБ-50, компрессором для подачи бурового раствора КВ-10 либо 4ВУ1-5 (зависит от модели) и генератором БГ-16. Грузоподъемность штатной лебедки составляет 700 кг. Технические характеристики: диаметр бурения — до 190 мм, глубина — до 100 м;
• Атлас Копко DM-45 и DM-50 — агрегаты на гусеничном ходу, разрабатывают скважины диаметром 150-230 мм на глубину до 53 метров, способны развивать гидравлическое усилие на забой до 200 кН.
• СБР-160А и СБР-160Б — гусеничные станки, предназначенные для бурения горных пород с коэффициентом крепости 1-6. Диаметры бурения — 160, 180 и 200 мм. Модели отличаются между собой технической производительностью, у СБР-160А она составляет 60 м/ч, у СБР-160Б — 30 м/ч.

Среди оборудования от зарубежных производителей выделим станки вращательного бурения Sandvik, произведенные одноименным шведским концерном. В ассортименте компании представлены агрегаты для разработки скважин глубиной 27-45 м и диаметром до 311 мм.

Виды и их особенности в применении

Конструкция нефтяных буровых установок

Нефтяная буровая установка включает в своей конструкции несколько систем.

Энергетическая

Двигатель перерабатывает топливо в необходимый вид энергии, с помощью которой происходит питание генератора электрического типа. Он в свою же очередь осуществляет поток электроэнергии остальным механизмам и агрегатам машины.

Механическая

В этой части расположено подъемное устройство, которое перемещает тяжелые элементы. К тому же в этой части нефтяной буровой конструкции расположен ствол ротора.

Вспомогательная

Система включает в себя дополнительное оборудование, с помощью которого имеется свет, вентиляционные элементы, а также может осуществляться движение агрегата.

Схема показывающая основные элементы конструкции проветривателя

Информационная

Осуществление строгого контроля над работой всех типов агрегатов и механизмов. При наличии неполадки срабатывает оповестительный сигнал.

Циркуляционная

С помощью данного типа системы происходит продвижение химического раствора в бурильную колонну. Под определенным давлением он перемещается по всем трубам и попадает в ствол ротора.

Помимо систем, из которых состоят нефтяные комплексы, выделяют рабочие органы устройства:

Циркуляционная система бурового раствора

• Буровая вышка (поддерживает бурильную машину во время проведения работ на местности, осуществляет спуск и подъем необходимого оборудования).
• Высокотехнологичные насосы (осуществляют закачку в систему химического раствора).
• Система трубопроводов (происходит соединение механизмов и агрегатов между собой).
• Ротор (осуществление движение бура при проведении работ, а также поддержание равновесия оборудования).
• Бур (агрегат, с помощью которого происходит разрушение пород местности, где проводятся работы).
• Лебедки (подают инструмент на забой, обеспечивают вращение ротора).

К тому же в агрегате находятся такие элементы, как превенторы, которые обеспечивают герметичное фиксирование клапанов труб.

Составляющей любой нефтяной системы являются буровые лафеты. Представляют собой навесное оборудование, которое размещают на гидравлических экскаваторах. Состоит из ходового механизма с гусеничным двигателем, имеется механизм для тяги вперед и бурового функционирования. Лафеты применяют для укрепления грунта, при работе с пневмоударником, а также для бурения скважин под сваи.

Буровой лафет Figaro Lafette

Виды установок

Буровые установки применяют не только на суше, но и в воде. Они часто могут выполнять несколько разных видов работ. Для бурения определенной скважины выбирают установку по допустимой нагрузке на крюк. Нагрузка не должна превышать вес (в воздухе) самой тяжелой обсадной колонны. Выбирая модель оборудования и размер, необходимо учитывать климатические, геологические, дорожно-транспортные и энергетические условия. В соответствии с этими данными выбирают тип привода (электрический либо дизельный) и схему монтажа. Существует много подходов к классификации установок для бурения. Их можно подразделять по:

Дислокации: плавучие и наземные. Плавучие бывают:

• ПББУ (полупогружная);
• МСП (морская стационарная);
• СПБУ (самопогружная)

Способу передвижения: несамоходные и самоходные.

Виду работ:

• для разработки месторождений: газа, нефти и подземных вод;;
• для глубинных геологических исследований.

Последние, в свою очередь, делятся на разборные и неразборные. Разборные (мелкоблочные и крупноблочные) используются для сооружения скважин глубиной до 10000 м.

Размеры буровых сооружений различны. Это могут быть небольшие станки, управление и монтаж которыми могут осуществлять два человека, или огромное оборудование, смонтированное на стальных вышках и обслуживаемые бригадой специалистов.

Подразделяются буровые установки и по виду разбуриваемой породы. На участках, перекрытых осадочной мощной толщей и твердыми породами, бурение скважин проводят при помощи следующего оборудования:

• шнековая (для мягкого грунта);
• ударно-канатная (применяется очень редко, только для разведочного бурения);
• вращательная (в непродуктивных отложениях);
• станки «Эмпайр» (при разведке бокситовых месторождений для бурения на глубину 9−12 м рыхлых отложений).,

https://youtube.com/watch?v=lXNpEdp_xAY

Можно классифицировать по способу бурения. Но главный параметр классификации — грузоподъемность, определяющая конструкцию и характеристику входящего энергетического и бурового оборудования. Грузоподъемность зависит от нагрузок при подъеме и спуске бурильной и обсадной колонны и от нагрузок.

Имеется два параметра характеристики буровых машин:

1. Номинальная грузоподъемность, которую определяют длительностью использования оборудования.
2. Максимальная грузоподъемность — определяется кратковременными перегрузками установки.

Разница между максимальной и номинальной грузоподъемностью с ростом глубины скважины увеличивается. В связи с тем, что при бурении глубокой скважины возможна кратковременная перегрузка, оборудование должно быть больше, чем при работе с неглубокой скважиной.

По грузоподъемности номинальной установки для эксплуатационного и разведочного бурения подразделяют на пять классов. При наличии большого разнообразия конструкций и глубин скважины, различных целей и условий, нельзя удовлетвориться одним типоразмером установки. Поэтому согласно ГОСТу, оборудования различаются по допускаемой нагрузке на крюк.

https://youtube.com/watch?v=cTWtOVadTs8

Виды буровых установок

Бурильные станки являются очень востребованным продуктом на рынке. Сфера их применения может быть как промышленной, так и бытовой. В зависимости от этого подобные механизмы можно разделить на несколько видов.

Промышленные. Такие станки используются для бурения глубоких скважин. Они отличаются высокой мощностью и производительностью. Очень часто они применяются с различным вспомогательным оборудованием. Подобные механизмы используются при формировании нефтяных скважин. Ярким представителем может стать плавучая платформа, оснащенная мощным бурильным станком.

Мобильные. Буры такого типа предназначаются для формирования скважин на воду. Они оснащаются маломощными приводами (электрические двигатели и другие), с помощью которых можно сформировать отверстие глубиной до 100 м.

Ручные. Они являются самыми простыми конструкциями, с помощью которых можно бурить относительно неглубокие скважины до 15–20 м в зависимости от типа почвы. Эти самодельные малые механизмы применяются в бытовой сфере.

В зависимости от техники бурения станки делят еще на несколько групп.

Ударно-канатные

Формирование колодцев происходит с помощью специального патрона, который выполнен в виде своеобразной трубы с заостренным концом. Разрушение почвы происходит под собственным весом устройства. Чтобы увеличить энергию удара, чашу поднимают специально на определенную высоту над уровнем земли. Среди минусов можно выделить низкую проходимость и невозможность организации довольно глубоких скважин. Ударно-канатные модели используются в быту для рытья колодцев.

Шнековые

Они являются одними из самых распространенных видов станков. В качестве бура применяют шнеки различной формы и размера. Самые простые модели могут использоваться даже ручным методом. Бур помещают вращательным способом в грунт, что приводит к дроблению материала, при этом почва располагается между лопастями. Чтобы удалить ее, рабочий орган периодически вынимается и очищается от грязи. Установки приводятся в движение как вручную, так и с помощью различных видов двигателей.

Вращательно-роторные

Станки этого класса отличаются высокой производительностью, так как позволяют проходить грунт относительно быстро и качественно. Технически конструкция состоит из вертикальной трубы и режущего органа. При прохождении ножа к поверхности разрушения подают воду под напором. Это позволяет размягчить почву и сделать ее более податливой. Жидкость здесь также нужна для очистки отверстия от грунта. Осуществляться подобная операция может двумя основными способами. Первый предполагает подачу воды через штангу, а грязь уже выводится через отверстие самой скважины. Второй подход осуществляется полностью наоборот. Скважину заполняют водой, а самая грязь уже выводится с помощью специального оборудования и наносов.

Следует отметить, что практически все буровые станки имеют аналогичное строение описанной ранее структуре. Касается это не только устройств для формирования скважин для воды, но и нефтяных механизмов. Но в мощных станках уже применяют более прочные материалы, способные выдерживать высокие нагрузки. Поэтому подобное оборудование невозможно соорудить самостоятельно без применения специальных технологий.

Ударно-канатная МГБУ

Распространенный вариант МГБУ для бурения скважин на воду своими руками это ударно канатная установка. Сделать ее сложнее, чем ручной шнековый бур, но зато ей можно пробурить глубокие скважины.

Кроме того, этими устройствами можно чистить обсадные трубы. Чего нельзя сказать про другие виды мини установок.

Ударная буровая установка для бурения скважин на питьевую воду, состоит из:

• подвешиваемого снаряда – желонки, в которую набирается грунт;
• каната;
• треноги, на которую подвешивается желонка;
• лебедки.

В простейшем варианте, подъем желонки осуществляется вручную при помощи лебедки. Однако это довольно тяжело, т.к. к весу патрона прибавляется вес извлекаемого грунта. Поэтому для облегчения процесса к ней подсоединяется электрический мотор и редуктор.

Работа установки

Принцип работы

Бурение скважин на воду своими руками при помощи таких МГБУ довольно прост:

• в земле делается заглубление шнековым буром;
• над отверстием устанавливается конструкция МГБУ;
• к канату прикрепляется желонка;
• снаряд вводится в отверстие и отпускается в свободное падение;
• достигнув дна, в патрон врезается в землю и в него набирается немного грунта;
• желонка поднимается на несколько метров и снова отпускается вниз;
• эта операция повторяется 3-4 раза, а затем она достается наверх, очищается от земли и снова сбрасывается в скважину.

Таким образом, процесс бурения очень простой, но занимает много времени. А если использовать ручную лебедку – физические трудозатраты также будут немаленькие.

Самостоятельное изготовление

Чтобы сделать самодельный бур для скважины потребуется такой инструмент и материалы:

• болгарка, сварка;
• дрель;
• металлическая труба диаметром 80-100мм и длиной 1,5-2 м;
• материал для каркаса треноги;
• лебедка.

 Как самому сделать бур для бурения скважин:

• Вначале изготавливается желонка, поскольку бурение скважин для воды своими руками происходит ударным методом, патрон должен быть тяжелым. Оптимальной, считается масса около 80-100 кг;
• в верхней части делается крепление для троса. Можно приварить металлическое кольцо, либо сбить края и просверлить отверстие – такой вариант более надежный;
• по бокам патрона делаются зацепы – чтобы была возможность достать желонку в случае обрыва троса;
• в низу трубы вырезаются зубья высотой 3-5 см и затачиваются;
• вдоль желонки прорезается окошко для очистки внутренностей от грунта.

Важный момент – желонка оснащается клапаном, который препятствует высыпанию грунта из трубы. Для этого требуется:

• металлический шар диаметром около 2/3 от внутреннего диаметра желонки;
• конусная воронка с внутренним диаметром чуть меньше, чем приготовленный шар.

Желонка

Делается клапан таким образом:

• воронка подгоняется так чтобы она плотно входила внутрь желонки, шар также должен плотно садиться в посадочное отверстие;
• она приваривается на высоте около 5-10 см от низа трубы.

Еще один вариант – использовать лепестковый клапан. В этом случае, вместо шара делается металлический круг, который крепится к внутренней части трубы при помощи пружины.

Изготовление треноги

Вообще, можно изготовить бур для неглубоких скважин и без треноги. В этом случае сам снаряд делается длинной до метра, чтобы было легче доставать его. Однако, такой подход довольно трудоемок, поэтому лучше сделать самодельный бур для скважины своими руками с лебедкой.

Для этого потребуется:

• металлическая профильная труба с сечением 40*40 мм;
• блочек;
• ворот для троса.

Из инструментов понадобится сварочный аппарат и болгарка.

Последовательность действий:

• вначале делается основание. Лучше всего делать его треугольной форы – так конструкция получится пирамидальной формы;
• основание должно быть устойчивым, поэтому длина стороны делается около 3-х метров;
• когда заготовки будут готовы, на них нужно подрезать края под углом. Для этого, они выкладываются треугольником на ровной поверхности, и размечаются;
• теперь делаются заготовки для ребер. Длины труб около 4-х метров будет достаточно;
• чтобы тренога получилась ровной, верхняя точка, в которой сходятся ребра, должна быть перпендикулярна центру основания;
• для этого, на плоскости отмечается центр основания и в нем устанавливается вертикальная подставка – она послужит ориентиром для сваривания ребер;
• когда каркас будет готов, вверху нужно установить блочек, а на одной из стенок вороток с тросом.

При желании, можно сделать бур для скважины своими руками разборным – для этого, вместо сварки используются болтовые соединения. Так будет гораздо удобнее, все таки, конструкция получается довольно массивной.

Особенности обшивки деревянного дома

Обшивку деревянного дома сайдингом начинают после усадки дома. Обрешеткой выступает деревянный брус, обработанный антисептической пропиткой. Стены также необходимо обработать антисептиком. Когда они закроются сайдингом, грибковые очаги увидеть будет невозможно. Дополнительно укладывается гидроизоляционная мембрана.

Панели обязательно крепят на обрешётку, которая обеспечивает вентилируемый зазор. Несмотря на то, что монтаж панелей не сложный, необходимы внимательность и аккуратность при проведении работ. Нельзя допускать ошибок при установке стартового профиля, перетягивать крепежи, уменьшать величины температурного зазора.

Шнековая МГБУ

Шнековая буровая установка своими руками строится вокруг главного рабочего элемента — бура. Чтобы его изготовить, следует воспользоваться стальной трубой 10 см с диаметре. На верхнем конце трубы обустраивается наружная винтовая резьба. Противоположный конец снабжается шнековым винтом, диаметр которого приблизительно равен 20 см. Можно ограничится одним — двумя витками в шнеке. На концы шнека приваривают пару ножей из стали так, чтобы при установке трубы в вертикальное положение между ними и горизонтальной поверхностью был угол.

Для обеспечения более удобного вращения бура, следует выполнить сварку еще одного отрезка трубы (примерно 1,5 м) и тройника с внутренней винтовой резьбой. Навинчивание тройника выполняется на разборную штангу. Такая штанга тоже должна быть 1,5 м в длину.

Буровая установка состоит из: 1 – бура; 2 – воротка; 3 – тройника; 4 – разборной штанги; 5 – муфты; б – треноги; 7 – отверстия; 8 – лебедки; 9 – зубчатого колеса.

Производиться углубление бура в почву, с последующим троекратным его поворотом, после чего он извлекается, для удаления разрыхленного грунта. Данные действия повторяются, пока глубина отверстия не приблизится к одному метру. После этого, штанга должна быть удлинена. Для этого, посредством муфты на неё монтируют еще одну часть трубки из стали. Чтобы сделать скважину, глубина которой превышает 8 м, придется осуществить закрепление конструкции на специальную вышку-треногу.

Монтаж

Подавляющее большинство профессионалов использует при вводе в эксплуатацию буровой установки мелкоблочный, агрегатный либо мелкоблочный типы монтажа. Они соответствуют тем же самым методикам установки вышек. Прежде всего, площадку нужно выровнять и убрать с нее лишние растения. Также стоит избавиться от предметов, которые могут загораться. Поблочная схема расстановки подразумевает первоначально сборку частей, впоследствии соединяемых уже на месте.

Начинают с монтажа собираемого фундамента и опор. Следующий шаг — крепление связки из ротора и лебедки. В последнюю очередь ставят вспомогательную технику. Ее состав очень разнообразен и должен быть даже разобран дополнительно.

Стационарные комплексы монтировать сложнее. Серьезной проблемой является прокладка проводки с учетом необходимой мощности и правил разводки. Агрегатная методика периодически применяется при работе с установками 9 — 11 классов. Обязательно надо соблюдать «весовое ограничение на крюк». Агрегатный монтаж занимает много времени, требует обустройства массивного фундамента, тщательной выверки расположения частей в пространстве. Кроме того, расходуется много материалов.

Мелкоблочный подход состоит в том, что используют не фундаменты из дерева либо бутобетона, а блок-сани из металла. Они могут служить и основанием, и транспортным средством. Монтаж, в сущности, ограничивается только перемещением установки в требуемую точку и ее минимальной подготовкой. Число блоков, их мощность и другие параметры определяют заранее, с учетом имеющихся потребностей и ограничений. Мелкоблочная установка широко применяется при разведочном бурении, а при эксплуатационном — только когда затруднена перевозка больших блоков. Проблемы связаны с:

• трудностями кинематической увязки массы мелких блоков;
• большими потребностями в тракторах и ином транспорте;
• невозможностью доставить большие буровые укрытия и значительные участки коммуникаций.

Разделение по виду выполняемых работ

В соответствии с этим критерием установки для бурения скважин бывают:

• Эксплуатационные. Машины применяются на стадии разведки пород в месторождении. Их основная цель — забор проб грунта для уточнения данных о геологии.
• Разведывательные. Эта техника применяется для сбора проб грунта с месторождения. По итогам его исследования необходимо определить значение промышленного объекта.
• Для бурения технических скважин. Отверстия необходимы при строительстве зданий и сооружений различного назначения, для устройства фундаментов. Также их можно причислить к типу буровых установок на нефть и газ.

Самоходные буровые установки

Это самые распространённые буровые установки. Из названия следует, что для их перемещения специальный транспорт не нужен. Установки передвигаются на базе грузовиков, гусеничных тракторов, вездеходов и даже катеров. Размеры самоходок зависят от назначения и глубины бурения.

Буровые установки на своём ходу выполняют следующие работы:

• разведочное бурение при поиске запасов полезных ископаемых;
• сооружение берегоукрепляющих объектов на реках, каналах, а также в портах;
• буровые работы по устройству фундамента, заборов и др.;
• бурение водных скважин для жилых домов, фермерских хозяйств и других объектов;
• бурение крупных артезианских скважин.

Виды буровых самоходок

Самоходные буровые установки бывают гидравлическими, малогабаритными и колонкового бурения.

Установки гидравлические вручную не управляются. Для этих целей используется пульт, позволяющий автоматизировать процесс бурения. Работать на такой установке можно при любой погоде. Ещё один положительный момент: они не нуждаются в источнике электроэнергии. Питание происходит от автомобильного двигателя. Бурение обеспечивается тяжёлым буром, но при плотных грунтах бур может не справиться со своей задачей. Поэтому существует возможность увеличивать давление через гидроцилиндр.

Установки малых размеров используются для бурения скважин на глубину не более 100 м. Небольшие размеры позволяют монтировать в кузове легковой машины, например, пикапа. По характеру работ их делят на два типа: гидравлические и с электрическим двигателем. Буровые движения осуществляются с помощью электропривода, который управляет движениями троса. При этом установка перемещается вдоль мачты.

В установках колонкового бурения используется гидравлика. Сам буровой процесс проходит по кругу, как при резке теста для пельменей с помощью рюмки. При этом участок грунта в центре остаётся не тронутым. В случае бурения на воду такая установка применяется только для работ по прокладке трубу с небольшим диаметром. Установка способна формировать отверстия шириной до 60 мм и глубиной от 1200 м. Колонковое бурение проводиться в разном грунте и под любыми углами.

Плюсы и минусы

Преимущества:

• для перемещения не нужно транспортное средство;
• высокая проходимость установки;
• достаточная скорость передвижения;
• отсутствие необходимости проводить монтаж и демонтаж;
• низкая себестоимость и высокая скорость работ;

Недостатки у самоходных буровых установок, конечно, тоже есть:

• сложность бурения на большую глубину;
• низкая мощность, что снижает возможности бурения твёрдых грунтов;
• необходимость в обеспечении подъезда к месту бурения.