Metode de forare a puțurilor: principii tehnologice și caracteristici ale metodelor principale

Construcția unui puț de captare a apei implică utilizarea diferitelor metode de forare. Solurile afânate și saturate cu apă se extrag cu ajutorul unei linguri de foraj (bailer). Pentru traversarea rocilor argiloase și dure se folosesc metode de forare a puțurilor bazate pe principiul rotativ și vibrator.

În lucrare sunt implicate mecanisme care permit excavarea solurilor de diferite tipuri și la adâncimi variate. Vă vom spune cum să alegeți tehnologia optimă de forare, care permite traversarea rapidă și impecabilă a excavației pentru construcția unei captări de apă.

Pentru o prezentare vizuală a informațiilor propuse de noi, textul este completat cu scheme utile, colecții de fotografii, ghiduri video.

Tipuri de metode de forare

Anterior, forarea puțurilor de apă pentru uz personal se efectua în principal manual. Acesta era un proces laborios și îndelungat, de aceea nu orice proprietar de teren sau de cabană se putea lăuda cu o sursă proprie de apă.

Treptat, forarea mecanizată a înlocuit metodele manuale datorită ușurării și accelerării semnificative a procesului.

Astăzi, aproape toate puțurile de apă sunt forate mecanizat, metodă bazată pe distrugerea solului și aducerea lui la suprafață prin una din două căi: uscată, când solul excavat este îndepărtat din puț cu ajutorul mecanismelor, și hidraulică, când este spălat cu apă sub presiune sau prin curgere gravitațională.

Se disting trei metode principale de forare mecanică:

• Rotativ (solul este excavat prin rotație).
• Percutant (burghiul distruge solul prin lovituri).
• Vibrator (solul este excavat prin vibrații de înaltă frecvență).

Metoda rotativă este considerată cea mai productivă, depășind de 3-5 ori eficiența metodei percutive și de 5-10 ori pe cea vibratoare. În plus, metoda rotativă este cea mai ieftină și accesibilă, fiind deseori folosită ca metodă principală de forare manuală.

Metodele mecanice de foraj rotativ pentru puțuri de apă au înlocuit metodele manuale ineficiente

La rândul său, metoda de foraj rotativ, utilizată pe scară largă pentru construcția puțurilor de apă, se împarte în patru tipuri principale de foraj:

• cu carotaj;
• cu melc;
• percutor cu cablu;
• rotativ.

Fiecare tip de foraj rotativ are propriile sale particularități și se realizează cu echipamente special concepute. Vom analiza aceste tipuri de foraj mai detaliat, vom identifica diferențele dintre ele și ce metodă trebuie aplicată în fiecare caz concret.

Specificul forării cu carotieră

Forajul de carotaj – o metodă mecanică rotativă, în cadrul căreia solul argilos sau nisipos compact este extras sub formă de carotă cilindrică. Instalația de foraj pentru forajul de carotaj constă dintr-o țeavă metalică cu pereți groși.

În partea superioară a instalației de foraj de carotaj se află un dispozitiv pentru atașarea tijelor, necesare pentru extinderea coloanei de foraj. În partea de jos – coroana, al cărei tip se alege în funcție de categoria solului de forat.

La traversarea prin metoda de carotaj, solul este distrus de o coroană inelară. Partea interioară a carotei se păstrează nedistrusă. Pentru a ușura procesul de foraj în luturi dure și semi-dure, argile, roci stâncoase, se introduce lichid de spălare pe talpă.

La forajul de carotaj, solul nu este distrus, ci este “găurit” de coroană și captat de tubul de carotaj. La suprafață, roca forată este extrasă sub formă de carotă – un stâlp cilindric monolit de rocă

Noroiul de pe talpă este uneori îndepărtat prin spălare – injectarea unei cantități mari de apă în tubul de foraj. Cel mai adesea, spălarea este înlocuită cu suflare cu aer comprimat, furnizat de compresor în interiorul țevii. Acest tip de foraj permite forarea puțurilor cu adâncimea de până la 1000 de metri și diametrul de la 8 la 20 cm.

Forajul mecanic cu carotieră se realizează cu instalații de foraj de tip ZIF, UGB, UKB, montate pe autovehicule de tip KAMAZ, KRaz, tractoare forestiere etc. În varianta pentru foraj manual, țeava de carotieră se scurtează și se numește clopot sau pahar. Cu acest ultim obiect de uz casnic, întors cu fundul în sus, țeava de carotieră este structural asemănătoare.

Forajul prin metoda carotieră este utilizat în următoarele cazuri:

• prospecțiunea geologică a zăcămintelor minerale;
• forajul puțurilor de explorare;
• amenajarea puțurilor acvifere de orice adâncime, inclusiv puțuri fără filtru în roci dure.

Pentru amenajarea puțurilor private de apă, în unele cazuri, metoda carotieră este utilizată înainte de a începe forajul cu melc sau forajul rotativ, îndeplinind simultan un rol de explorare și pregătire.

În amenajarea puțurilor private, forajul carotier este utilizat în combinație cu forajul percutant cu cablu. Straturile argiloase sunt străbătute cu țeava de carotieră. Nisipurile cu structură necompactă, pietrișul și prundișul cu umplutură nisipoasă, care nu se rețin în țeava de carotieră, se extrag din gaură prin chisare.

În ceea ce privește eficiența, metoda carotieră este oarecum inferioară metodei de foraj cu melc pentru puțurile de captare a apei. Cu melcul se forează mai repede, dar acesta nu permite eliberarea completă a găurii de roca forată. Ele sunt rareori utilizate împreună. Iar dacă se întâmplă, cu melcul se parcurg primii câțiva metri.

Coronele nu distrug solul, ci îl decupează cu grijă pe perimetru, formând “stâlpi” – carote, studiind care se poate realiza un profil hidrologic al terenului.

Echipamente și unelte utilizate

Pentru forajul carotier se utilizează următoarele instrumente:

• coroane de foraj din diamant sau alt material dur (oțel, wolfram, pobedit);
• țeavă de carotieră;
• țeavă pentru evacuarea noroiului;
• tije necesare pentru prelungirea coloanei de foraj;
• racorduri cu mufă, adaptoare între țevi, presgarnitura de spălare.

La forajul în roci dure, coroana de foraj se uzează rapid și trebuie înlocuită. Materialul coroanei – costisitor, suportând sarcini colosale, cele mai răspândite sunt variantele de foraj cu diamant.

Toate instrumentele utilizate în procesul de foraj trebuie să respecte coaxialitatea, adică să fie poziționate exact în raport cu axa de foraj.

Tehnologia forării cu carotieră

Principala caracteristică a forajului carotier – străbaterea rocii cu păstrarea sa completă în țeava de carotieră. Adică, în timpul funcționării echipamentului de foraj, coroana distruge solul pe inel, care, pe măsură ce se adâncește, este împins în țeava de carotieră și se menține în ea datorită propriei densități.

La extragerea țevii umplute din gaura sondei, aceasta este eliberată de carotă prin lovire cu barosul.

Procesul etapizat al forajului carotier arată astfel:

• coroana de foraj se conectează la țeava de carotieră;
• țeava de carotieră se conectează la tije, care se prelungesc pe măsură ce se adâncește;
• bara superioară se fixează în instalația de foraj;
• mașina de forat rotește coloana de foraj și o “înșurubează” treptat în sol;
• tubul carotier se umple treptat cu carotă – pământ blocat în cavitatea sa;
• după o avansare de 50 – 70 cm, coloana de foraj se extrage la suprafață, barele se deconectează pe rând până când tubul carotier este extras;
• tubul se eliberează de roca forată;
• dispozitivul golit se coboară din nou pe talpă, prelungind coloana de foraj cu bare.

Acțiunile se efectuează în ordinea descrisă până când sonda deschide acviferul și se adâncește cu 50 cm în roca impermeabilă subiacentă.

Dacă fixarea acviferului superior nu este scopul forării, atunci straturile superioare pot fi forate cu spălare. În acest caz, pompa introduce fluidul de spălare prin furtun în interiorul țevilor. Apoi, fluidul transportă pământul excavat la suprafață.

Dacă scopul amenajării sondei nu este un strat acvifer în depozitele nisipoase, forajul până la atingerea rocilor dure poate fi efectuat cu spălare

Avantaje și dezavantaje semnificative

În comparație cu metoda de foraj mecanic prin percuție cu cablu și cea rotativă, forajul carotier se efectuează destul de rapid, reducând considerabil timpul de execuție a lucrărilor. Principalul său dezavantaj – imposibilitatea de a ridica soluri afânate și pietrișuri saturate cu apă. Avansează lent prin roci dure, pentru străpungerea bolovanilor este necesară o daltă.

Printre avantajele forajului carotier se numără:

• productivitate ridicată și posibilitatea de a fora sonde cu adâncimi de peste 100 m;
• reducerea sarcinilor asupra echipamentului de foraj datorită distrugerii rocii argiloase, comparabilă cu tăierea acesteia;
• posibilitatea de a utiliza o instalație de foraj mobilă de dimensiuni compacte.

Forajul carotier – una dintre cele mai rapide metode de execuție a captărilor de apă. O sondă de nisip poate fi forată într-o singură zi lucrătoare. O captare de apă executată manual va necesita mult mai mult timp.

Particularitățile forării cu melc

Acest tip de foraj este astăzi cel mai frecvent utilizat la amenajarea sondelor de apă în gospodăriile private. Particularitatea forajului cu șnec este că roca excavată este îndepărtată complet din sondă fără a fi nevoie de echipament suplimentar. Metoda amintește de înșurubare, permite forarea în adâncime și, în același timp, îndepărtarea solului inutil.

Unealta utilizată pentru foraj se numește șnec. Reprezintă o tijă metalică cu palete. Înșurubându-se în sol, șnecul distruge roca, care se reține pe paletele sale. Din cauza specificului construcției, cu șnecul nu se poate elibera complet talpa de resturi. De aceea, este utilizat în principal pentru străpungerea straturilor superioare.

Forajul cu ajutorul șnecului – o metodă rapidă și ieftină, care nu necesită amenajarea unui rezervor pentru fluidul de spălare

Forajul cu șnec nu necesită eforturi mari și cheltuieli financiare, prin urmare domeniul de aplicare al acestei metode este destul de larg: puțuri de explorare geologică, instalarea utilităților, realizarea puțurilor forate și parțial foraj pentru apă.

În prezent, este utilizat activ pentru construirea fântânilor abisiniene, pentru a nu îngropa complet puțul-ac în solul compact, ci pentru a ușura procesul de introducere a coloanei în roca prealabil distrusă.

Metoda este potrivită pentru realizarea puțurilor de apă cu adâncimea de până la 30 m în soluri moi și afânate și până la 20 m în soluri mediu-consistente. După forarea cu șnec și instalarea coloanei de tubaj, coloana puțului trebuie curățată cu ajutorul unei linguri (bailer) de roca neextrasă.

Șnecul nu este deloc potrivit pentru lucrul în roci stâncoase! Este utilizat pentru forarea parțială a puțurilor de până la 120 m, această metodă fiind combinată cu altele: rotativă, prin percuție cu cablu, carotieră.

Echipamente și unelte implicate

Forajul cu șnec se realizează cu o instalație de foraj, al cărei element principal este unealta de foraj de tip elicoidal, fabricată din metal de înaltă rezistență. Coloana de foraj se extinde pe măsură ce se adâncește, prin adăugarea de șneci de aceeași dimensiune.

În set, se utilizează uneori sape cu palete, necesare pentru traversarea rocilor afânate, precum și sape cu capete rotunde sau conice, utilizate pentru forarea rocilor dure.

Instalația de foraj pe bază de automobil, echipată cu un motor puternic, este varianta optimă pentru forarea în locuri greu accesibile și îndepărtate

Majoritatea instalațiilor moderne de foraj sunt echipate cu unelte tubulare, prevăzute cu încuietori reversibile, care nu permit mișcarea uneltei în sens invers.

Părțile tăietoare ale șnecului se răcesc în timpul forajului datorită solului excavat, iar roca excavată se ridică în sus de-a lungul spiralelor. Acest lucru permite efectuarea forajului fără întreruperi, reducând semnificativ costurile de timp și energie pentru crearea unui puț de apă.

Tehnologia forării cu melc

După realizarea forajului, a cărui adâncime este de 1,5 – 2,0 m, șnecul este extras, iar în puț se instalează tuburi de tubare. Diametrul puțului de captare a apei, forat cu ajutorul șnecului, este de 50 – 200 mm și depinde de dimensiunea instrumentului utilizat.

Prăbușirea pereților puțului este prevenită de tuburile de tubare. Acest lucru este deosebit de important pentru solurile afânate necoezive, de aceea în rândul foratorilor există o regulă: la forarea nisipurilor argiloase și a luturilor să se utilizeze șneci cu palete dispuse sub un unghi de 30 – 60º, iar la forarea nisipurilor cu compactitate densă, instrument cu palete sub un unghi de 90º.

La o înclinație mai mică a spirelor spiralei șnecului, o cantitate mai mare de steril necoeziv este adusă la suprafață de către șnec.

Forajul cu șnec nu necesită utilizarea fluidului de spălare, roca excavată cu ajutorul dălții este adusă la suprafață pe paletele instrumentului.

Avantaje și dezavantaje ale utilizării melcului

Metoda de foraj cu șnec permite realizarea puțului cât mai rapid, cu condiția ca dimensiunea șnecului și unghiul de înclinare al dălții să fi fost alese corect.

Printre avantajele forajului cu șnec se numără:

• solul este ridicat la suprafață imediat în timpul forajului;
• viteză mare de pătrundere în sol fără opriri tehnologice;
• nu este necesară spălarea trunchiului puțului;
• cu o instalație compactă cu șnec sau cu un șnec manual se poate fora în interiorul casei (în subsol);
• nu este necesar să se ridice la suprafață prima verigă și să se demonteze/ monteze coloana de foraj ca în metoda carotieră.

Principalul dezavantaj al forajului cu șnec poate fi considerat imposibilitatea de a lucra pe soluri afânate și foarte dure, dar în același timp șnecul – instrumentul ideal pentru forarea în soluri lutoase, mixte (argilă și nisip argilos) și argiloase moi.

Un alt dezavantaj care limitează utilizarea șnecului pentru construirea puțurilor de apă – necesitatea de a aplica metoda percuției cu cablu pentru curățarea trunchiului de roca excavată.

Un asemenea șnec – spirală este utilizat pe scară largă în forajul manual. Acesta distruge roca și o prinde cu paletele pentru a o extrage la suprafață.

Caracteristica forării rotative

Forajul rotativ – o metodă de foraj prin rotație și vibrație, în care distrugerea solului se realizează cu ajutorul dălții, pusă în mișcare în talpa puțului de către rotorul instalației de foraj. Rotorul este rotit de motorul automobilului sau de un motor electric separat, prin intermediul arborelui de transmisie.

Solul excavat este spălat din coloana puțului prin metoda spălării directe sau inverse. Fluidul de spălare poate fi furnizat atât prin gravitație, cât și printr-o stație de pompare.

Majoritatea puțurilor arteziene sunt forate folosind metoda de foraj rotativ: cu ajutorul unui burghiu rotit de rotor, urmat de spălarea puțului și fixarea țevilor de tubaj.

Forajul rotativ se utilizează pentru exploatarea solurilor stâncoase și semistâncoase la realizarea puțurilor adânci de până la 150 m. Instalația de foraj rotativ cu un burghiu ales corespunzător și țevi de foraj grele face față excelent rocilor dure.

Specialiștii în foraj recomandă utilizarea acestei metode de forare cu respectarea următoarelor condiții:

1. Secțiunea hidrogeologică a terenului este suficient de bine studiată. Se știe că urmează să fie forate roci dure. Se cunoaște nivelul de amplasare a zonei acvifere în rocile de bază.
2. Apa subterană are o presiune caracteristică puțurilor arteziene.
3. Există posibilitatea livrării neîntrerupte a apei tehnice pentru spălarea puțului.

În zonele sudice, forajul rotativ poate fi efectuat pe tot parcursul anului, iar în clima nordică, utilizarea acestei metode este limitată din cauza posibilității de îngheț a fluidului de spălare.

Echipamente și unelte aplicate

Forajul rotativ al puțurilor de apă se realizează cu ajutorul unui turn cadru sau cu zăbrele, pe care este amplasat echipamentul de ridicare și celelalte elemente ale instalației de foraj. Turnul permite ridicarea și coborârea coloanelor de foraj în puț.

Instalația de foraj de tip rotativ include:

• turn cadru sau cu zăbrele;
• motor cu acționare;
• rotor și coloană de foraj;
• echipament de pompare și sistem de epurare a fluidului de spălare;
• echipament de ridicare, conductă de refulare, cap de foraj, presgarnituri etc.

În instalațiile autopropulsate, ca motor se utilizează motorul cu ardere internă al autovehiculului pe baza căruia este amplasat complexul de foraj. În acest caz, puterea motorului reglează turația sculei de foraj.

Ca sursă de energie pentru instalația de foraj rotativ poate servi un motor electric staționar sau mobil, motorul cu ardere internă al autovehiculului, generatoare

Rotorul, prin intermediul unui dispozitiv cu dinți, transmite rotația către țeava de antrenare, care, la rândul său, o transmite sculei principale de foraj – burghiul. Burghiul poate avea diferite forme și este fabricat din materiale de înaltă rezistență: compozite, oțel cu pulverizare cu diamant etc.

Pentru fiecare tip de sol se alege o dimensiune și o formă specială a burghiului, asigurând astfel o eficiență și o viteză de avansare ridicată.

Particularitatea tehnologiei rotative

Forajul rotativ al sondelor de apă se realizează în trei etape:

1. Distrugerea rocii cu ajutorul burghiului.
2. Evacuarea rocii distruse la suprafață prin fluxul de apă injectată.
3. Consolidarea pereților sondei cu țevi de tubaj.

Evacuarea solului distrus se face prin spălare inversă sau directă. Alegerea metodei de spălare depinde de condițiile specifice: adâncimea sondei, tipul solurilor, disponibilitatea volumului necesar de apă de spălare.

De regulă, în gospodăriile private se utilizează tehnologia de foraj cu spălare directă, care include următoarele etape:

• înfigerea în sol a burghiului de diametru mare;
• rotirea burghiului sub acțiunea rotorului;
• instalarea țevilor de foraj și montarea țevilor grele între acestea și burghiu;
• îndepărtarea solului rezidual prin presiunea fluidului cu ajutorul unei pompe;
• montarea țevii de tubaj pentru a preveni prăbușirea solului în interiorul sondei;
• forarea cu un burghiu de diametru mai mic și repetarea întregului ciclu.

La spălarea inversă, solul este evacuat din sondă prin țevile coloanei de foraj, iar fluidul de spălare este turnat între pereții sondei și țevi.

Apa curge gravitațional într-un rezervor pregătit anterior, unde are loc curățarea de sol și nămol, și se întoarce în coloana de foraj pentru a prelua o nouă porțiune de rocă reziduală.

În unele cazuri, la efectuarea forajului rotativ, nu se utilizează spălarea directă sau inversă, ci suflarea cu aer sub presiune creată cu ajutorul unui compresor.

Avantaje și dezavantaje ale forării rotative

Principalul avantaj al metodei rotative este posibilitatea de a fora sonde adânci cu captarea apei în calcar fisurat.

În plus, această metodă de foraj are următoarele avantaje:

• calitatea înaltă a deschiderii acviferului în rocile stâncoase de bază;
• posibilitatea amenajării unei sonde de diametru mare, de până la 200 cm;
• viteză mare de foraj, costuri reduse de energie.

Un dezavantaj semnificativ al forajului rotativ este necesitatea organizării spălării sondei.

Ce metodă de forare să alegeți?

Toate metodele de foraj mecanic analizate sunt utilizate pe scară largă pentru amenajarea sondelor de apă.

Rezumând, putem spune că:

1. Forajul carotier este recomandat pentru străpungerea solurilor argiloase plastice. Metoda carotieră este potrivită pentru amenajarea majorității excavațiilor de captare a apei, iar la nevoie se utilizează împreună cu forajul prin percuție cu cablu.
2. Forajul cu șnec este similar prin domeniul de aplicare cu metoda carotieră. Se deosebește prin curățarea de calitate inferioară a trunchiului, necesitând utilizarea obligatorie a unei linguri de foraj sau o spălare pe termen lung a sondei înainte de exploatare.
3. Forajul rotativ – este varianta optimă pentru perforarea trunchiurilor de sonde în terenurile stâncoase.

Costul dezvoltării unei sonde folosind una sau alta metodă de foraj depinde în mare măsură de echipamentul utilizat, precum și de categoriile de roci străbătute în funcție de forabilitate.

O metodă de foraj a sondei aleasă corect va ajuta nu numai la reducerea costurilor de timp pentru foraj, dar va permite și exploatarea fără probleme a sursei de apă în viitor

Despre cum să construiți o instalație de foraj cu propriile mâini, puteți citi într-un alt articol popular al site-ului nostru.

Concluzii și material video util pe această temă

Video #1. Demonstrarea principiului forajului carotier clasic cu extragerea carotei prin presiunea apei:

Video #2. Particularitățile forajului sondei cu șnecul:

Video #3. Forajul carotier al sondei cu spălarea talpii și instalarea unei coloane duble de tubaj, partea exterioară fiind din țevi de oțel, iar cea interioară din materiale polimerice:

Forajul unei sonde acvifere – un proces laborios. De corectitudinea metodei de foraj alese depinde nu numai viteza de amenajare a unei surse autonome de apă, ci și costurile financiare.

Primul lucru la care trebuie să acordați atenție atunci când alegeți metoda de foraj este tipul de teren și adâncimea stratului acvifer. Pe baza acestor parametri, veți putea alege varianta optimă care vă va permite să forați sonda rapid și ieftin.

Doriți să împărtășiți o poveste despre forajul unei sonde pe propriul teren sau informații utile pe tema articolului? Vă rugăm să lăsați comentarii în blocul de mai jos. Aici puteți, de asemenea, să adresați o întrebare sau să semnalați puncte controversate din text.